DE19636588A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus Sinterglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft aus zusammengesinterten Glaskörnern bestehende Formkörper und deren Herstellung.

Im Verlauf der zu dieser Erfindung führenden Arbeiten wur­ den Glaskörner in Hohlformen oder auf Unterlagen geschüttet und diese Schüttungen in elektrisch oder mit Flammen be­ heizten Öfen aufgeheizt, bis die Oberflächen der Glaskörner weich wurden und die Glaskörner aneinander hafteten. Die auf diese Weise gebildeten Körper wurden langsam auf Zim­ mertemperatur abgekühlt.

Beim Aufheizen dieser Schüttungen durfte die Ofentempera­ tur nur sehr langsam gesteigert werden, damit die Glaskör­ ner in den äußeren Bereichen der Schüttungen, z. B. an den Hohlformwänden nicht schmolzen, bevor die Glaskörner im Inneren der Schüttung weich zu werden begannen. Aber auch bei langsamem Aufheizen war es schwierig, einen Quader mit den Abmessungen eines normalen Ziegelsteins durch Sintern von Glaskörnern herzustellen, so daß dessen sechs Flächen paarweise planparallel blieben. In jedem Fall war nach er­ folgter Sinterung zumindest die obere Fläche des Quaders nach innen gewölbt.

Aufgabe der Erfindung ist es, form- und maßgerechte Körper aus gesinterten Glaskörnern herzustellen. Weitere Aufgaben ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung löst die Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern durch Zusammensintern von Glaskörnern, dadurch gekennzeichnet, daß Schüttungen von Glaskörnern mit pulsierenden Flammen erhitzt werden.

Unter "Schüttungen" wird hier eine Vielzahl von Körnern verstanden, die auf eine Unterlage mit oder ohne seitliche Begrenzungen geschüttet worden sind. Beispiel für eine Unterlage ohne seitliche Begrenzung ist eine ebene Platte. Die aufgebrachte Schüttung kann ein kegelförmiger Haufen mit dem für die aufgeschütteten Körner charakteristischen Böschungswinkel aber auch eine planparallele Schicht mit entsprechenden Böschungswinkeln an den Rändern sein. Bei­ spiele für Unterlagen mit seitlichen Begrenzungen sind Förderbänder mit erhöhten Kanten, Schalen mit gewölbten Böden sowie Hohlformen und Behälter jeglicher Gestalt, wobei deren Böden die Unterlagen und deren Wände die seit­ lichen Begrenzungen darstellen.

Die Schüttungen können im freien Fall auf- oder einge­ bracht werden. Sie können durch Rütteln, Vibrieren oder Pressen verdichtet werden.

Eine bevorzugte Methode besteht darin, die Glaskörner mittels eines strömenden Mediums in Hohlformen einzubrin­ gen. Das strömende Medium kann flüssig oder gasförmig sein. Beispielsweise werden Glaskörner mit einem Luftstrom in Hohlformen hinein geblasen, die mit Schlitz- oder Sieb­ düsen versehen sind, durch die die Luft wieder heraus kann, die Glaskörner aber zurück gehalten werden. Geeignete Hohl­ formen sind aus der Herstellung Kunstharz-gebundener Gieß­ formen nach dem Croning-Verfahren und dem Hot-Box-Verfah­ ren bekannt.

Die Glaskorn-Schüttungen werden mit pulsierenden Flammen erhitzt. Die Pulsfrequenzen liegen vorzugsweise im akusti­ schen Bereich. Mit pulsierenden Flammen werden die Glaskör­ ner erheblich schneller und energiesparender auf Sinter­ temperaturen erhitzt als mit jeder anderen Heiztechnik. Ein erfinderischer Vorteil ist es, daß die Glaskörner im Inneren einer Schüttung mittels pulsierender Flammen prak­ tisch genau so schnell aufgeheizt werden wie in äußeren Bereichen der Schüttung. Dieses gelingt nur mit pulsieren­ den Flammen und mit keiner anderen Heiztechnik.

Um Glaskorn-Schüttungen zu sintern, werden sie durch einen von temperaturbeständigem Material abgegrenzten Raum, bei­ spielsweise ein Rohr, im folgenden "Ofen" genannt, hindurch bewegt. In das Innere des Ofens ist das Flammrohr eines Pulsbrenners gerichtet. Pulsbrenner sind in der Fachlitera­ tur beschrieben. Die vom Pulsbrenner erzeugte pulsierende Flamme bewirkt, daß die Glaskörner in allen räumlichen Be­ reichen der Schüttung gleichmäßig und äußerst schnell auf die gewünschte Sintertemperatur erhitzt werden.

Pulsbrenner erzeugen pulsierende Flammen durch Verbrennen von Brennstoff-Luft-Gemischen. Die Brennstoffe können gas­ förmig und/oder fein verteilte nicht gasförmige Stoffe sein. Die Luft kann mit Sauerstoff angereichert oder durch diesen ersetzt sein. Grundsätzlich kann jedes zu exother­ men Reaktionen befähigte Gemisch von Gasen oder Aerosolen zur Erzeugung pulsierender Flammen eingesetzt werden.

Es ist überraschend, daß pulsierende Flammen alle Materi­ alien schneller aufheizen als stetige Flammen bei ver­ gleichbaren zeitlichen Brennstoff-Durchsätzen. Dieser Effekt der pulsierenden Flammen ist überall dort besonders deutlich und vorteilhaft, wo die aufzuheizenden Objekte räumlich verborgene Oberflächen haben, die für die heißen Gase stetiger Flammen und auch für die Wärmestrahlung elek­ trischer Öfen schlecht zugänglich sind. Dieses ist bei fol­ genden Beispielen der Fall: Poröse Körper, Schüttungen kör­ niger oder pulveriger Materialien, Hohlkörper, gestapeltes Brenngut. Deshalb ist die Anwendung pulsierender Flammen auch für die Sintermetallurgie, für das Tempern von Hohl­ glas und Gußstücken aus Metall, für das Brennen von Ziegeln und Keramik, für das Erhitzen jeder Art stückigen und kör­ nigen Materials von Vorteil, natürlich auch für das Re­ zyklieren von Altglas nach dem im 7. Ausführungsbeispiel der Patentanmeldung 195 12 288.7 beschriebenen Aufheiz- Abschreck-Verfahren.

Alle Arten von Glaskörnern können mit pulsierenden Flammen zu maßgenauen Formkörpern gesintert werden. Vorteilhaft werden die Glaskörner aus Altglas hergestellt und zwar nach dem im 7. Ausführungsbeispiel der Patentanmeldung 195 12 288.7 beschriebenen Verfahren.

Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne deren vielfältige Übertragbarkeit auf andere Dimensionen, Materialien, Anwendungsgebiete zu beschränken. Alle Details sind beispielhaft.

1. Ausführungsbeispiel

Nach dem im 7. Ausführungsbeispiel der Patentanmeldung 195 12 288.7 beschriebenen Verfahren gewonnenes Glas­ granulat wird nach dem Aussieben der beim Abschrecken grob gebliebenen Keramikstücke und anderer Fremdanteile durch Sieben fraktioniert. Mit Glaskörnern der zwischen 10 mm und 15 mm Siebmaschenweite gewonnenen Fraktion werden quaderförmige, oben offene Formkästen von 24 cm Länge, 10 cm Breite und 6 cm Höhe randvoll gefüllt. Diese aus Cr-Ni-Stahlblech gefertigten Kästen werden durch einen mit einer pulsierenden Flamme beheizten Rohrofen hindurch­ geschoben. Der Rohrofen ist ein an beiden Enden ver­ schließbares waagerechtes Chrom-Nickel-Stahl-Rohr von 8 m Länge und 150 mm innerem Durchmesser, an dessen Ein­ trittsende eine pulsierende Flamme eingeleitet wird und eine Schleuse zum Hineinschieben der Formkästen vorgese­ hen ist. Am Austrittsende dieses Rohrofens ist eine Schleuse zum Herausziehen der Formkästen und ein Aus­ trittsrohr für die Ofengase vorgesehen. Die Ofengase werden ins Innere einer Kammer, deren Wände ganz oder teilweise aus porösem, unbrennbarem Material - z. B. aus Sinterglas - bestehen, geleitet und treten durch die porö­ sen Teile der Wände hindurch oder teilweise über eine Reg­ lerklappe in einen Kamin. Mit der Reglerklappe wird die Innentemperatur der Kammer zwischen 300 Grad Celsius und 450 Grad Celsius gehalten. In der Kammer werden die ausge­ formten Glassinter-Quader getempert. Natürlich kann das Austrittsende des Rohrofens mit der Formkasten-Austrag-Vorrichtung im Kammer-Inneren angeordnet sein. Zur leich­ teren Entformung sind zwei Seitenwände der Formkästen klappbar oder das Innere der Formkästen ist geschlichtet. Eine Mischung aus Kochsalz und Wasserglas eignet sich zum Schlichten. Der Pulsbrenner arbeitet mit einer Pulsfrequenz von 200 Hz bis 320 Hz. Bei vorgegebener Pulsfrequenz wird der Temperaturgradient im Rohrofen durch die zeitliche Ein­ speiserate des Luft-Gas-Gemischs in den Pulsbrenner regu­ liert. Günstig für Hohlglasgranulat sind 760 Grad Celsius am Eintrittsende und 630 Grad Celsius am Austrittsende des Rohrofens bei einer Durchschiebezeit von 30 Sekunden pro Formkasten.

Die fertigen Glassinter-Quader sind transluzent, bruchfest und atmungsaktiv. Sie können mit Zementmörtel vermauert werden, beispielsweise zu Treibhauswänden und Schallschutz-Mauern.

2. Ausführungsbeispiel

Es wird wie im 1. Ausführungsbeispiel gearbeitet, jedoch wird die dort verwendete Granulat-Siebfraktion mit der dop­ pelten Gewichtsmenge einer zwischen 2 mm und 4 mm Siebma­ schenweite ausgesiebten Fraktion vermischt. Es werden saug­ fähige Glassinter-Quader erhalten, deren Lichtdurchlässig­ keit bei Durchfeuchtung zunimmt.

3. Ausführungsbeispiel

Für die Produktion sehr feinkörnigen Glasgranulats wird eine spezielle Art des im 7. Ausführungsbeispiel der Pa­ tentanmeldung 195 12 288.7 beschriebenen Verfahrens ange­ wendet. Es werden Glasscherben, die durch Schreddern von Altglas hergestellt worden sind und ein Sieb von 60 mm Ma­ schenweite passiert haben, mittels pulsierender Flammen aufgeheizt und dann abgeschreckt. Die hierzu benutzte Vor­ richtung ist ein Rohrofen, nämlich ein Chrom-Nickel-Stahl-Rohr von 100 mm Innendurchmesser und 3 m Länge. Die­ ses ist mit einer Neigung seiner Längsachse von 20 Grad bis 30 Grad gegen die Senkrechte aufgestellt und am unteren Ende mit einer Klappe verschlossen. Die pulsierende Flamme tritt am unteren Ende durch ein tangential angeschweißtes Chrom-Nickel-Stahl-Rohr von 35 mm Innendurchmesser ein und strömt im leeren Rohrofen schraubenlinienförmig in dessen Innerem nach oben. Der Rohrofen wird mit den Glas­ scherben gefüllt, diese werden von der pulsierenden Flamme erhitzt, rutschen nach unten und verlassen den Rohrofen durch die periodisch geöffnete Klappe. Dort werden sie ab­ geschreckt. Das abgeschreckte Glas läßt sich leicht zer­ krümeln. Die Krümel werden durch Sieben in verschiedene Kornfraktionen aufgeteilt.

Um große Anteile feinster Siebfraktionen zu erhalten, wird das Scherbenglas im Rohrofen bis zu beginnendem Schmelzen oder auch bis zur gut fließenden Schmelze er­ hitzt und dann abgeschreckt. Durch Herabfallenlassen oder leichtes Anschlagen des abgeschreckten Glases entstehen sehr feine Körner. Eingeschlossene Keramikscherben und auch andere Fremdkörper wie Flaschenverschlüsse werden dabei im Gegensatz zum Glas nicht zerkleinert und können daher mühelos vom sauberen Glasgranulat abgesiebt werden. Keramikteilchen werden sogar durch angeschmolzene Glas­ splitter zu gröberen Teilchen und somit noch leichter absiebbar.

Das Abschrecken des am unteren Ende des Rohrofens austre­ tenden Glases erfolgt durch Besprühen mit Wasser oder durch Hineinfallen in Wasser. Das heiße Glas kann auch mit hochkomprimierter Luft abgeschreckt werden. Die dabei ent­ stehende erhitzte Luft wird dem Brenner zugeführt und dort zur Verbrennung des Brennstoffs genutzt. Vorteilhaft wird die komprimierte Luft, um ihren Kühleffekt zu erhöhen, vor­ her durch ein Hilsch-Rohr geleitet und in diesem in einen besonders kalten und einen heißen Teilstrom aufgeteilt. Der kalte Teilstrom wird zum Abschrecken des Glases benutzt und danach mit dem heißen Teilstrom vereint dem Brenner zuge­ führt.

4. Ausführungsbeispiel

Durch den Rohrofen des 1. Ausführungsbeispiels werden mit erhöhtem Rand versehene, 1 m lange und 14 cm breite Blech­ streifen hindurchgeschoben. Diese als Unterlagen dienenden Blechstreifen sind mit einer 1 cm dicken Schicht aufge­ schütteter Glaskörner bedeckt, die ein Sieb mit 1,5 mm Maschenweite passiert haben. Die aus derart feinen Glas­ körnern erhaltenen Sinterglasschichten weisen eine Beson­ derheit auf: Sie sind senkrecht zur Schichtebene durch­ gehend porös, parallel zur Schichtebene dagegen nicht. Deshalb eignen sie sich hervorragend für die Cross-flow-Filtration. Tränkt man sie mit geschmolzenem Metall, z. B. mit Aluminium, so erhält man ein Konstruktionsmaterial mit anisotroper Wärme- und Stromleitfähigkeit.

5. Ausführungsbeispiel

Am Boden eines Formkastens des 1. Ausführungsbeispiels wir ein runder Stahlstab von 60 mm Länge und 10 mm Durchmesser derart befestigt, daß er im Formkasteninneren senkrecht nach oben ragt. Auf diesen Stahlstab wird ein 60 mm langes Stück Stahlrohr von 10,5 mm Innendurchmesser und 20 mm Außendurchmesser gesteckt. Dann wird der Form­ kasten randvoll mit Glasgranulat gefüllt. Nach dem Sintern hat man einen Sinterglasziegel mit eingesintertem Stahl­ rohr. Auf ähnliche Weise können auch Schraubbolzen oder andere metallische Konstruktionsteile eingesintert werden. So produziert man Sinterglaselemente, die z. B. mitein­ ander verschraubt werden können.

6. Ausführungsbeispiel

Luftdichte Sinterglaskörper erhält man durch längere Sin­ terzeiten oder durch Sintern von Glaskorngemischen unter­ schiedlicher Siebfraktionen, bei denen feine Körner die Poren zwischen den Körnern der gröberen Fraktion ausfül­ len. Besondere Effekte erzielt man durch nachträgliches Ausfüllen der Poren in Sinterglaskörpern mit zunächst flüssigen, dann erhärtenden Substanzen organischer oder anorganischer Natur. Da in Glasrezyklier-Betrieben große Mengen Getränkedosen aus den öffentlichen Sammelaktionen anfallen, bietet sich das Ausfüllen der Poren in den Sinterglasprodukten mit geschmolzenem Aluminium an. Der Rohrofen des 3. Ausführungsbeispiels wird kontinuierlich mit Getränkedosen beschickt. Aus dem unteren Ende des Rohrofens rutschen ständig Aluminiumteilchen und saubere, von Aluminium befreite Stahlblechdosen. Beides läßt sich durch Sieben oder magnetisch trennen. Die Aluminiumteil­ chen stammen von im Rohrofen geschmolzenen Aluminiumblech­ dosen und Aluminiumdeckeln der Stahlblechdosen.

7. Ausführungsbeispiel

Es gibt viele Materialien, deren Schmelztemperaturen weit über den Sintertemperaturen des Glases liegen und die nicht nur außerordentlich billig, sondern teilweise sogar lästig sind. Dazu gehören u. a. Ziegelgranulat, Stahl­ werksfilterstaub, Flugasche aus Verbrennungsanlagen. Es werden diese Materialien mit der doppelten bis dreifachen Gewichtsmenge Glasgranulat etwa gleicher Körnung ge­ mischt und die Mischungen gemäß dem 1. Ausführungsbei­ spiel zu Quadern gesintert. Weiße Flugasche ergibt mit farblosem Glasgranulat gut aussehende durchscheinende Ziegel. Um aus reiner Flugasche Ziegel zu brennen, wird eine Temperatur über 1600 Grad Celsius benötigt. Für das Zusammensintern mit Glaspulver oder Glasgranulat sind zwischen 700 Grad Celsius und 850 Grad Celsius liegende Temperaturen ausreichend. Ähnliches gilt für Mischsinter­ produkte aus Glas und Stahlwerksfilterstaub.

8. Ausführungsbeispiel

Beim Aufarbeiten von stark verschmutztem Altglas zu sau­ berem Glasgranulat nach dem im 7. Ausführungsbeispiel der Patentanmeldung 195 12 288.7 beschriebenen Verfahren hat sich gezeigt, daß die mit Luftüberschuß arbeitende pul­ sierende Flamme den organischen Schmutz restlos verbrennt. Dieses erfolgt auch, wenn nach dem 3. Ausführungsbeispiel dieser Patentanmeldung gearbeitet wird und die durch den Rohrofen rutschenden Glasscherben zuvor mit einem Zehntel ihres Gewichts geschredderter Grünabfälle vermischt worden sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern durch Zusammen­ sintern von Glaskörnern, dadurch gekennzeichnet, daß Schüttun­ gen von Glaskörnern mit pulsierenden Flammen erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Glaskörnern voll geschüttete Hohlformen durch einen Ofen­ raum hindurch bewegt werden, in dessen Inneres eine pulsie­ rende Flamme gerichtet ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum ein horizontales Rohr ist, in dessen Eingang eine pulsierende Flamme gerichtet ist und dessen Ausgang in eine Kammer mündet, deren Wände mindestens teilweise aus temperaturbeständigem porösen Material bestehen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 zur Produktion von Glaskörnern durch Erhitzen und Abschrecken von Glas, dadurch gekennzeichnet, daß erhitztes Glas mit komprimierter Luft ab­ geschreckt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß komprimierte Luft mittels eines Hilsch-Rohrs in einen kalten und einen warmen Luftstrom aufgeteilt wird, der kalte Luft­ strom zum Abschrecken benutzt wird und danach mit dem warmen Luftstrom vereint dem Pulsbrenner als Verbrennungsluft zuge­ führt wird.