DE19806543A1 - Vorrichtung zur Durchmischung von schmelzflüssigem Glas - Google Patents
Vorrichtung zur Durchmischung von schmelzflüssigem GlasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchmischung eines in einer
Rinne zu einer Feederstation geführten Stroms von schmelzflüssigem
Glas.
Beim Schmelzen von Glas treten in der Schmelze naturgemäß Inhomoge
nitäten auf, die bei stärkerer Ausbildung sichtbar sind und als Schlieren
bezeichnet werden. Diese Inhomogenitäten treten um so stärker in Er
scheinung, je weniger gut das Gemenge gemischt wurde, bevor es in den
Ofen gelangt, je geringer die maximale Glastemperatur war und je mehr
Glasbestandteile die Möglichkeit hatten, aus der Glasbadoberfläche in die
Atmosphäre auszudiffundieren.
Da in einem Glasprodukt sichtbare Schlieren gleichbedeutend mit einer
drastischen Qualitätsminderung sind, wird mit zunehmender Intensität
versucht, solche Schlierenbildungen zu beseitigen. Als Möglichkeiten zur
Schlierenbeseitigung steht praktisch nur die Verbesserung der thermi
schen oder mechanischen Durchmischung der Schmelze zur Verfügung,
wobei die thermische Durchmischung aufgrund von Strömungsvorgängen
und auch aufgrund von Diffusion nur bei sehr hohen Temperaturen mög
lich ist und stark abnimmt, wenn die Temperatur in Richtung des Ent
nahmepunktes des Glases aus dem Ofen absinkt. Es bleibt folglich dort
nur die Möglichkeit einer mechanischen Durchmischung, und mittels die
ser mechanischen Durchmischung wird demgemäß auch primär versucht,
die Schlierenbildung zu verringern.
Besonders problematisch ist es, die gewünschte Durchmischung des
schmelzflüssigen Glases dann zu gewährleisten, wenn dieses schmelzflüs
sige Glas in sogenannten gedeckten Feeder-Rinnen vom Schmelzteil des
Ofens zu den verschiedenen Entnahmepunkten geleitet werden muß. Der
artige Feeder-Rinnen sind abgedeckt, um das Ausdampfen bzw. Ausdif
fundieren verschiedener Bestandteile des Glases in die Atmosphäre zu
verhindern.
Es ist bereits bekannt, rotierend angetriebene Rührer zu verwenden, die
mit ihren seitlich vorstehende Paddel oder Ansätze tragenden Enden in
den Glasfluß in der jeweiligen Feeder-Rinne eintauchen und bei Rotation
einen Rühreffekt bewirken.
Diese bekannten Rührer ermöglichen es jedoch nicht, die störende Schlie
renbildung zufriedenstellend zu beseitigen, und zwar deshalb, weil sich
bei Drehung der Rührer hinter den Paddeln oder Ansätzen schon bei rela
tiv geringen Drehgeschwindigkeiten eine druckreduzierte Zone aufbaut,
die im Glas zur Entstehung von Bläschen führt. Diese Bläschenbildung
wird auch als mechanisches Reboiling bezeichnet und entspricht hin
sichtlich des vorliegenden Effekts den in der allgemeinen Strömungstech
nik als Kavitation bezeichneten Effekten. In der Praxis versucht man, die
sem mechanischen Reboiling dadurch entgegenzuwirken, daß die Umdre
hungsgeschwindigkeit der Rührer verringert wird, aber dies hat wiederum
zur Folge, daß die angestrebte Durchmischung des schmelzflüssigen Gla
ses zu wünschen übrig läßt. Mit bekannten Rührern muß die Umdre
hungszahl zum Zwecke einer ausreichenden Verringerung der Bläschen
bildung bis auf etwa sechs Umdrehungen pro Minute verringert werden,
was deutlich macht, daß damit kein besonders wirksamer Durch
mischungseffekt erzielt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Durchmischungsvorrichtung der ein
gangs angegebenen Art so auszugestalten, daß ohne störendes mechani
sches Reboiling zum einen die Durchmischungswirkung wesentlich ver
bessert und zum anderen die Temperaturverteilung des schmelzflüssigen
Glases über den Rinnenquerschnitt vergleichmäßigt wird, so daß hin
sichtlich der Glasqualität eine wesentliche Verbesserung erzielt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe im wesentlichen durch zumindest ein rotierend
antreibbares Rührorgan mit einem im wesentlichen zylindrischen, sich
durch eine Rinnenabdeckung erstreckenden Schaft, der an seinem im
Rinnenraum gelegenen Endbereich mit wenigstens zwei vom Schaft radial
beabstandeten und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten Misch
gliedern versehen ist, die länglich ausgebildet, mit ihrer Längsachse par
allel oder schiefwinkelig zur Schaftachse gerichtet und in ihrer Außen
kontur strömungsoptimiert gerundet sind.
Diese Ausgestaltung des Rührorgans ermöglicht es in überraschender
Weise, bei im Vergleich zu herkömmlichen Rührern wesentlich gesteigerter
und insbesondere zwei- bis dreifach höherer Geschwindigkeit eine wirk
same Durchmischung ohne Bläschenbildung im Glas, d. h. ohne mechani
sches Reboiling zu erreichen. Wesentlich ist dabei die Formgebung und
Außenkontur der Mischglieder, die bei ihrer Bewegung durch die Glas
schmelze stets vollflächig mit der Schmelze in Berührung sind, d. h. es
treten keine Abrißeffekte der Strömung relativ zu den Oberflächen der
Mischglieder auf, was auch bedeutet, daß eine sehr wirksame Durch
mischung des Glases gewährleistet wird, da nur dicht an den Außenflä
chen des Rührers bzw. der Mischglieder die angestrebte Durchmischung
erfolgt, denn nur in diesen Bereichen treten die die Durchmischung be
wirkenden Scherkräfte im Glas auf.
Bevorzugt trägt jeder Schaft über strömungsoptimierte Radialträger je
weils zumindest zwei einander diametral gegenüberliegende Mischglieder,
wobei die Außenkontur der Mischglieder sowie der zugeordneten Radial
träger derart gerundet ist, daß ihre Bewegung durch die Glasschmelze ka
vitationsfrei erfolgt. Die Radialträger tragen damit zusätzlich und auf
grund der gleichen, vorstehend geschilderten Effekte zur Glasdurch
mischung bei.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im
Rinneninnenraum zumindest zwei benachbart angeordnete Rührorgane
mit sich überschneidendem Flugkreisdurchmesser vorgesehen, und diese
Rührorgane sind synchron phasenversetzt angetrieben.
Neben dem angestrebten Durchmischungseffekt wird auf diese Weise eine
Vergleichmäßigung der Temperatur der Glasschmelze über den Rinnen
querschnitt erzielt. Das schmelzflüssige Glas in der Rinne besitzt im mitt
leren oberen Bereich die höchste Temperatur, und aufgrund des Zusam
menwirkens der gegenläufig angetriebenen Rührorgane ergibt sich gerade
im Mittelbereich, in dem sich die Flug- oder Außenumlaufkreise der
Mischglieder überschneiden, ein besonders ausgeprägter Mitnahme- oder
Fördereffekt, der dazu führt, daß Glasschmelze aus dem Mittelbereich in
größerem Maße abgeführt und über den Rinnenquerschnitt verteilt wird,
so daß im Mittelbereich kein übermäßig heißer Bereich mehr entstehen
kann und die erwünschte Temperaturvergleichmäßigung erzielt wird. Ge
fördert werden kann dieser Effekt noch durch gezielte Schrägstellung der
Mischglieder, so daß sich gerichtete Förderkomponenten für die Glas
schmelze ergeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich da
durch aus, daß jeder Schaft eines Rührorgans mit zumindest einem Kra
gen versehen ist, der unter Ausbildung einer Partikelsperre auf der
Hochtemperaturseite einer Schaftdurchführung und dieser Schaftdurch
führung unmittelbar benachbart angeordnet ist. Auf diese Weise wird ver
hindert, daß störende Partikel in die Glasschmelze gelangen können, wel
che von abplatzenden Schichten herrühren können, die sich außerhalb
des Hochtemperaturbereichs auf Schäften oder Wänden von Durchfüh
rungen aufgrund von Sublimierungsvorgängen ausdampfender Substan
zen bilden können.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug
nahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Feeder-Rinne mit
einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Paar von Rühror
ganen, und
Fig. 2 Teil- und Schnittansichten eines mit Mischgliedern versehe
nen Rührorgans nach Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise und ohne ggf. vorhandene Heiz
einrichtungen eine Feeder-Rinne 1, die einen im Querschnitt etwa U-för
migen Rinnenraum 2 aufweist, der nach oben hin mit einer Rinnenab
deckung 3 versehen ist. In dieser Rinnenabdeckung 3 ist zumindest eine
Durchtrittsöffnung 4 für Rührorgane 6 vorgesehen, deren Schäfte 7 sich
durch entsprechende Öffnungen nach außen und auch durch eine deck
seitig vorgesehene thermische Isolierung 5 erstrecken.
Die Rührorgane 6 sind bevorzugt kurz vor dem jeweiligen Feeder angeord
net, so daß die mittels der Rührorgane 6 bewirkte Durchmischung des
schmelzflüssigen Glases möglichst nahe der Abgabestelle erfolgt.
Die beiden im dargestellten Ausführungsbeispiel nebeneinander angeord
neten Rührorgane 6 sind über ihre Schäfte 7 gegensinnig angetrieben,
und zwar mit einer für diesen Einsatzzweck vergleichsweise hohen Dreh
zahl. Es können beispielsweise 15 bis 20 Umdrehungen pro Minute ge
wählt werden, wobei sich durch das Zusammenwirken dieser Rührorgane
6 mit dem langsam durch diesen Rührbereich strömenden schmelzflüssi
gen Glas zum einen eine stark ausgeprägte Durchmischung des Glases
ergibt und zum anderen eine thermische Homogenisierung des Glasflus
ses erreicht wird.
Jedes Rührorgan 6 ist gemäß dargestelltem Ausführungsbeispiel mit zwei
einander diametral gegenüberliegenden Mischgliedern 9 ausgestattet, die
jeweils über einen Radialträger 11 mit dem Schaft 7 verbunden sind.
Der gegenseitige Abstand der beiden Rührorgane 8 ist so gewählt, daß
sich die von den Mischgliedern 9 durchlaufenen Außenumfangskreise im
Mittelbereich überschneiden, d. h. daß die Rührorgane zwar synchron, je
doch phasenversetzt angetrieben sein müssen, um sicherzustellen, daß
die Mischglieder 9 den Überschneidungsbereich ihrer Bewegungsbahnen
nacheinander durchlaufen.
Von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung ist, daß die Mischglieder 9
und auch die Radialträger 11 in ihren Außenkonturen strömungsoptimiert
gerundet sind und auch eine auf ihre Bewegungsrichtung bezogene strö
mungsdynamische Außenkontur besitzen können, denn eine derartige
Außenkontur ist bei den gewählten Drehgeschwindigkeiten maßgeblich
dafür, daß ein mechanisches Reboiling vermieden wird, das die Glasqua
lität entscheidend beeinträchtigen und die Brauchbarkeit einer Durch
mischungsvorrichtung in Frage stellen kann.
Die Mischglieder 9 erstrecken sich bis nahe an den Boden des Rinnen
raums 2 und enden unterhalb der Durchtrittsöffnung 4, in die das
schmelzflüssige Glas bis zu einem vorgebbaren Level hochsteigen kann.
Die länglich ausgebildeten, bolzenförmigen, jedoch strömungsoptimiert
gestalteten Mischglieder 9 können mit ihren Achsen 10 parallel zur jewei
ligen Achse 8 des zugehörigen Schafts 7 verlaufen, aber es ist in manchen
Fällen auch vorteilhaft, diese Mischglieder 9 relativ zur Schaftachse 8
schiefwinkelig anzuordnen, um auf diese Weise den Mischvorgang
und/oder die thermische Homogenisierung durch Ausübung von gezielt
gerichteten Kräften auf den Glasfluß zu verbessern bzw. zu optimieren.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß neben dem angestrebten
Durchmischungseffekt, der durch die im Glas auftretenden Scherkräfte
bewirkt wird, welche in den Bereichen des Glases wirksam werden, die
sich dicht an den Außenflächen des jeweiligen Rührorgans befinden, auch
noch eine thermische Homogenisierung erzielt wird, die insbesondere den
Betrieb und die Einstellung nachfolgender Maschinen vereinfacht.
In dieser Hinsicht wirkt sich eine Anordnung von Rührorganen entspre
chend Fig. 1 besonders vorteilhaft aus, da im mittig gelegenen Über
schneidungsbereich der Rührorgane und darüber die Temperatur des
schmelzflüssigen Glases am höchsten ist und aufgrund der erhöhten Mit
nahmewirkung im Überdeckungsbereich der Laufbahnen der Mischglieder
9 beider Rührorgane 6 die thermische Homogenisierung besonders geför
dert wird.
Es ist bekannt, daß im Zusammenhang mit geschmolzenem Glas stets
Ausdampfvorgänge stattfinden, und diese Ausdampfeffekte haben die
nachteilige Folge, daß diese Dämpfe außerhalb des Hochtemperaturbe
reichs an sich auf niedrigerer Temperatur befindenden Flächen sublimie
ren und Beläge bilden. Bei diesen Belägen kommt es immer wieder zu Ab
platzvorgängen, und die abgeplatzten Partikel können in die Schmelze ge
langen, in der sie nicht mehr lösbar oder verrührbar sind und somit
Fremdkörper darstellen, die bei der Herstellung von Glasprodukten ge
fürchtet sind, da sie praktisch zu Ausschußprodukten führen können.
Um zu verhindern, daß derartige Partikel in die Glasschmelze gelangen
können, ist der Hochtemperaturbereich bezüglich derjenigen Bereiche, in
denen sich diese Beläge bilden können, mechanisch abgedichtet, und
zwar durch an den Schäften 7 ausgebildete ringförmige Krägen 12, die
unmittelbar benachbart einer jeweiligen Schaftdurchführung 14 angeord
net sind.
Belagbildende Sublimationsvorgänge treten in dem sich auf hoher Tempe
ratur befindenden Zwischenraum 13 nicht auf, aber derartige Beläge kön
nen sich sowohl an den Innenwänden der Schaftdurchführungen 14 als
auch an den Schaftoberflächen ausbilden. Treten dann Abplatzeffekte auf,
so werden die abgeplatzten Partikel durch den jeweiligen Kragen 12 an ei
nem Eintreten in den Zwischenraum 13 gehindert, so daß sie auch nicht
in die Glasschmelze gelangen können. Sollten Partikel diese geschilderte
erste mechanische Abdichtung überwinden können, dann würden sie im
mer noch nicht in die Glasschmelze gelangen, sondern im Zwischenraum
13 liegen bleiben. Ggf. könnte auch noch jeweils ein weiterer Kragen be
nachbart der Abdeckplatte vorgesehen werden, die die Durchtrittsöffnung
4 zum Zwischenraum 13 hin begrenzt.
Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine vorteilhafte und beispiels
weise Ausgestaltung eines Rührorgans 6, und zwar in einer Seitenansicht,
einer Draufsicht und Schnittansichten A-A und B-B.
Dabei ist zu sehen, daß der Schaft 7 strömungsgünstig gerundet in die
ebenfalls strömungsoptimiert ausgebildeten Radialträger 11 übergeht und
die Mischglieder 9 strömungsoptimiert gerundet sind, wobei auch wieder
um die Übergänge zwischen den Radialträgern 11 und diesen Mischglie
dern 9 gerundet ausgebildet sind, so daß im Zusammenwirken zwischen
der strömenden Glasschmelze und den rotierenden Mischgliedern druck
reduzierte Zonen vermieden werden und sichergestellt wird, daß die Glas
schmelze jeweils vollflächig an den Mischgliedern 9 bzw. Radialträgern 11
anliegt und jeglicher Effekt eines Strömungsabrisses im Gegensatz zu
herkömmlichen Rührgeräten mit wesentlich niedrigerer Drehgeschwindig
keit vermieden wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rührorgane derart symme
trisch ausgestaltet, daß sie in beiden möglichen Drehrichtungen angetrie
ben werden können, aber es ist auch möglich, richtungsgebundene
Rührorgane zu verwenden, die in ihren Außenkonturen strömungsdyna
mischen Formgebungen entsprechen.
Die Rührorgane 6 können aus keramischem Material bestehen, wobei die
se Rührer entsprechend dem Herstellungszustand oder auch mit einer
Platinbeschichtung versehen eingesetzt werden können. Es ist jedoch
auch möglich, Rührer dieser Art aus Platinblech geschweißt oder entspre
chend einer anderen Fertigungsweise herzustellen.
1
Rinne
2
Rinnenraum
3
Rinnenabdeckung
4
Durchtrittsöffnung
5
Thermische Isolierung
6
Rührorgan
7
Schaft
8
Schaftachse
9
Mischglied
10
Längsachse
11
Radialträger
12
Kragen
13
Zwischenraum
14
Schaftdurchführung
Claims (15)
1. Vorrichtung zur Durchmischung eines in einer Rinne zu einer Fee
derstation geführten Stromes von schmelzflüssigem Glas,
gekennzeichnet durch
zumindest ein rotierend antreibbares Rührorgan (6) mit einem im
wesentlichen zylindrischen, sich durch eine Rinnenabdeckung (3)
erstreckenden Schaft (7), der an seinem im Rinnenraum (2) gelege
nen Endbereich mit wenigstens zwei vom Schaft (7) radial beab
standeten und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten
Mischgliedern (9) versehen ist, die länglich ausgebildet, mit ihrer
Längsachse (10) parallel oder schiefwinkelig zur Schaftachse (8) ge
richtet und in ihrer Außenkontur strömungsoptimiert gerundet
sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schaft (7) über strömungsoptimierte Radialträger (11) je
weils zumindest zwei einander diametral gegenüberliegende Misch
glieder (9) trägt.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenkontur der Mischglieder (9) sowie der zugeordneten
Radialträger (11) derart gerundet ist, daß ihre Bewegung durch die
Glasschmelze kavitationsfrei erfolgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die axiale Länge der gerundeten, stabförmigen Mischglieder (9)
größer ist als der Durchmesser des Schafts (7).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gegenseitige Abstand diametral angeordneter Mischglieder
(9) zumindest der doppelten Größe des Durchmessers des Schafts
(7) entspricht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnittsfläche der gerundeten Mischglieder ausgehend
von ihren Enden zur Mitte hin zunimmt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Radialträger (11) sich in Radialrichtung verjüngen, wobei
der Schaft (7) gerundet in die Radialträger (11) übergeht und die
Breite der Radialträger (11) im Schaftanschlußbereich gleich oder
größer als der Schaftdurchmesser ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschnittsfläche der Rührorgane (6) kleiner ist als die
Querschnittsfläche der Radialträger (11).
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischglieder (9) sich unter Ausbildung einer H-Struktur
beidseitig über die Radialträger (11) hinaus erstrecken.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Rinneninnenraum (2) zumindest zwei benachbart angeord
nete, Rührorgane (6) mit sich überschneidendem Flugkreisdurch
messer vorgesehen und die Rührorgane (6) synchron phasenversetzt
angetrieben sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Überdeckungsbereich der Flugkreise benachbarter Rühror
gane in der Rinnenmitte gelegen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rührorgane (6) aus keramischem, insbesondere mit einer
Platinbeschichtung versehenem keramischen Material bestehen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rührorgane (6) aus Platinblech bestehen.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schaft (7) eines Rührorgans (6) mit zumindest einem Kra
gen (12) versehen ist, der unter Ausbildung einer Partikelsperre auf
der Hochtemperaturseite einer Schaftdurchführung (14) dieser
Schaftdurchführung unmittelbar benachbart angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kragen (12) ringscheibenförmig ausgebildet ist.
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