DE2014489A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Homogenisierung schmelzflüssigen Glases - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Homogenisierung schmelzflüssigen GlasesInfo
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Description
UH HWM, . SBM MUnchen 2$,
. FrelllgrathstraBe 1? n . . , B u _ . * Eiteqacher Straße 17
poiH.ehi« »ipi.-ing. κ. H. Banr *,t.*nw.m>i.i
P.l-Anw. H.rrm.nrt-Tr.nt.pohl Dlpl.-PhVS. EdUBrCl ΒθΙΖίθΓ Fernsprecher: Ϊ98011
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24. März 1970 COMPAGNIE DE SAINT-GOBAIN, NEÜIllY-sur-SEINE, Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zur Homogenisierung schmelzflüssi-
gen Glases
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Homogenisierung von
Glas im schmelzflüssigen Zustand. Sie betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bekanntlich ist die Homogenisierung des schmelzflüssigen Glases
ein Vorgang von erstrangiger Bedeutung, wenn man in Serienfertigung gleiche Artikel aus ein und der gleichen im Schmelzzustand
befindlichen Masse herstellt. Die hergestellten Gegenstände können
nämlich nur dann eine gleichförmige Qualität aufweisen, d. h. genau gleiche Eigenschaften zeitigen, wenn sie aus einem Glas
mit konstanter physikalisch-chemischen Eigenschaften hergestellt sind. Im übrigen ist es natürlich wichtig, daß ein und der gleiche
Artikel nicht aus mehreren heterogenen Gläsern geformt wird,
die beispielsweise unterschiedliche Einfärbungen aufweisen oder zu unterschiedlichen Innenspannungen führen.
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Im übrigen ist es bekannt, daß es sehr schwierig ist, durch Rühren oder Umrühren die Massen schmelzflüssigen Grlases, aus
dem die Artikel gefertigt werden, zu homogenisieren. Diese Schwierigkeit wird noch in dem Pail gesteigert, wo ein und der
gleiche Hauptofen über mehrere Verteilerkanäle oder "Feeder"
verschiedene Vorrichtungen zur Herstellung unterschiedlicher Artikel speist. Es ist nämlich in dies-em Fall üblich, die physikalisch-chemischen
Eigenschaften des BaeLsglases, und insbesondere seine Farbe, als Funktion der Art der hergestellten Artikel zu
modifizieren, in dem Additive in das in die Feeder fliessende Glas eingeführt werden. Um die Dispersion dieser Additive im
schmelzflüssigen Glas zu erleichtern, arbeitet man sie hierin ein, indem man im allgemeinen ein Hilfsglas oder "Fritte" mit
hohem Gehalt an Additionsprodukten verwendet, wobei die Einführung in das Basisglas kontinuierlich erfolgt, entweder in
fester Form oder im schmelzflüssigen Zustand.
Es ist klar, daß das erhaltene Gemisch besonders heterogen ist und daß es notwendig ist, die viskose Masse, die im Feeder
zirkuliert, bei erhöhter Temperatur zu homogenisieren, bevor sie zu den Maschinen gelangt, auf denen die Gegenstände aus
dem schmelzflüssigen Glas hergestellt werden. Man verwendet gewöhnlich hierzu Rührwerke, die mit einer Rotationsbewegung
angetrieben sind. Unzählige Bauarten von Rührwerken, sei es mit Schaufeln oder mit Scheiben vielfältigster Form sind bereits auf
dem Fachgebiet vorgeschlagen worden. Diese Vielfalt der vorgeschlagenen Lösungen zeigt aber andererseits, daß dieses wichtige
Problem bisher nicht in ausreichend zufriedenstellender Weise gelöst werden konnte.
Überraschend konnte nun ein Verfahren und eine Vorrichtung gefunden
werden, die, wie in den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigt, es ermöglichen, in beachtlicher
Weise eine schmelzflüssige Glasmasse, die in einem "Feeder" zirkuliert, zu homogenisieren.
Erfindungsgemäss soll also ein Verfahren zur Homogenisierung
schmelzflüssigen Glases vorgeschlagen werden, welches in einem Verteilerkanal zirkuliert, wobei dieses Verfahren darin besteht,
den horizontalen Fluß des schmelzflüssigen Glases in
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eine Vielzahl unabhängiger ElementarStrömungsfäden zu teilen,
diewertikal über eine horizontale Fläche fließen und die so
geformte Masse zwischen zwei horizontalen unter einen geringen Abstand voneinander vorgesehenen Flächen flach zu drücken oder
zu laminieren.
Offensichtlich wird durch die Unterteilung der Basi-sglasmasse
in unabhängigerStrömungsfäden, die Vereinigung dieser Fäden
auf einer horizontalen Fläche, indem ihnen so eine kräftige Fließrichtungsänderung auferlegt wird und durch anschließendes
Flachdrücken oder Laminieren der so erhaltenen Masse ein
äusserst energisches Durchführen des schmelzflüssigen Glases
hervorgerufen, was dazu führt, innig die verschiedenen Bestandteile
zu mischen und so das Glas zu homogenisieren.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrene, Diese Vorrichtung umfaßt eine Gießwanne aus einem faaerfestern Material, deren Boden eine kreisförmige
öffnung aufweist, wobei die Gießwanne dazu bestimmt ist,
in den Fließkreis des schmelzflüssigen Glases im Inneren eines
Verteilerkanals eingebaut zu werden. Die Vorrichtung weist weiterhin auf: ein erstes Element in Scheibenform, welches beweglich in dieser Öffnung gelagert ist und diese im wesentlichen
verschließt, wobei dieses erste Element eine Vielzahl von
Ausfließöffnungen aufweist, die auf eine untere im wesentlichen horizontale Fläche des ersten Elementes münden und über die das
schmelzflüssige Glas in Form unabhängiger Strömungsfäden ausfließt;
ein zweites unter einem geringen Abstand unterhalb des ersten Elementes angeordnetes Element, mit einer gegen das erste
Element gerichteten im wesentlichen horizontalen Fläche, über die die Glasfäden ausfließen und Einrichtungen, um din Drehung
um eine vertikale Achse wenigstens eines dieser Elemente mitzunehmen,
derart, daß zwischen den horizontalen Flächen dieser Elemente die Masse des aus den Strömungsfäden hervorgegangenen
Glaseβ flachzudrücken, oder zu laminieren,
Beispielsweise Ausführungsformen für diese Vorrichtung sollen
nun im weiteren beschrieben werden.
Das erste Element kann beispielsweise von einer vertikalen
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Antriebswelle getragen werden. Das zweite Element kann auch die Form einer Scheibe aufweisen und durch die gleiche Welle wie
das erste Element oder durch eine zweite Welle koaxial zu dieser angetrieben sein. Diese letztgenannte Lösung bietet den Vorteil,
daß die beiden Scheiben mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten, sogar von entgegengesetztem Drehsinn, angetrieben werden
können; hierzu wird vorgeschlagen, die erste Scheibe durch eine Hohlwelle anzutreiben, in der die zweite Antriebswelle
gelagert ist. Das zweite Element kann ebenfalls fest sein und beispielsweise integrierenden Bestandteil des Bodens der
Hießwanne oder des Bodens des Feeders bilden.
Die öffnungen des ersten Elementes können vertikal sein oder
gegen die Vertikale geneigt sein. Im letztgenannten Fall ermöglicht
die Drehung dieses Elementes es, einen Pumpeffekt auf die Hasse des schmelzflüssigen Glases auszuüben und so die
Druckverluste zu kompensieren, die aus dem Homogenisierungsvorgang resultieren. Die Erfindung soll nun anhand der beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert werden, in denen
Fig. 1 die verschiedenen Phasen des Verfahrens nach der Erfindung -^erläutert und eine erste Ausführungsform der
Vorrichtung wiedergibt;
Fig. 2, zeigen drei andere Ausführungsformen der Vorrichtung nach
3 u· 4 der Erfindung;
Flg. 5 zeigt ein Detail in grösserer Darstellung der in Fig.
gezeigten Vorrichtung.
Nach den Fig. 1 und 2 tritt die Masse schmelzflüssigen Glases 1,
die in den "Feeder" 2 einfließt in eine Gießwanne aus feuerfestem
Material ein, die auf der Rückseite offen und in die Glasbahn eingeschaltet ist. Der Boden dieser Gießwanne umfasst
eine kreisförmige öffnung 4, die durch eine Scheibe 5 verschlossen
ist und durch eine Welle 6 getragen wird und von Bohrungen 7 durchsetzt ist, durch die das schmelzflüssige Glas
in Form unabhängiger Elementarfäden ausfllessen kann.
Diese Strömungefäden fließen auf eine zweite Scheibe 8 auf, die unterhalb der Scheibe 5 unter einem geringem Abstand zu dieser
angeordnet ist; die besten Ergebnisse wurden erfindungsgemäß
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erhalten« wenn die Scheiben einen Abstand zwischen O und 30mm
aufwiesen. Sie Scheibe 8 trägt keine öffnungen, derart, daß die
Glasmasse zwischen den beiden Scheiben flachgedrückt oder laminiert wird, wenn die obere Scheibe 5 in Drehung durch die
Welle 6 versetzt wird. Ein neuer Vorgang des Durchrührens stellt
sich zwischen der Unterseite der Scheibe 8 und dem Boden des
Feeders ein, so daß man eine noch weitere Homogenisierung des
Glases erhält. Nach der in Pig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibe 8 auch fest mit der Welle 6
verbunden und dreht sieh somit in der gleichen Richtung und mit
der gleichen Geschwindigkeit wie die Scheibe 8. Obwohl diese
Ausführungsform zu sehr günstigen Ergebnissen führt, ist es
noch möglich, den Durchrührungsvorgang der Glasmasse zu steigern,
indem man die Scheibe 8, wie in Fig. 2 gezeigt, durch eine von
der Welle 6 unabhängige Welle antreibt. Die letztere hat in I
diesem Fall die Form einer Hohlwelle, in der die Welle 9 gelagert
ist. Diese Variante bietet den Vorteil, daß die Scheiben5 und 8 so in Drehung in der gleichen Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen bei gegebenenfalls unterschiedlichen
Geschwindigkeiten derart angetrieben werden können, daß die
Glasmasse energisch durchrührt wird.
Die erfindungsgemäss durchgeführten Versuche haben jedoch gezeigt,
daß man eine sehr zufriedenstellende Homogenisierung des
Glases schon dann erhält, wenn man die Elementarströmungsfäden,
die aus den öffnungen 7 der Scheibe 5 hervorgehen, nicht abhr
auf eine bewegliche Scheibe, sondern auf eine horizontale feste g
Fläche austreten lässt. Diese Lösung, die den Vorteil einer
grossen Einfachheit bietet, ermöglicht es, als feste Fläche
entweder den Boden 10 des Verteilerkanals, der gegebenenfalls
zur Annäherung an die Scheibe 5 erhöht sein kann, wie in Fig.3
gezeigt, oder einen Teil des Bodens der Gießwanne 3 oder einen
eingesetzten Verschleißring 11 zu benutzen, über dessen Öffnung
12 das Glas wie in den Fig, 4 und 5 dargestellt, ausfließt.
Das oder die benützten Elemente bestehen in sämtlichen Fällen
aus einem Material, das geeignet ist, die erhöhten Temperaturen
der schmelsflüssigen Glasmasse auszuhalten und bestehen bei-v5
spielsweise aus hochhitzebeständigem Ghrom-Nickel-Stahl, Molybdän
oder einem mit Platiinüberzogenen Metall. Die Metalle oder
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feuerfesten Legierungen bieten den Vorteil, daß sie sich leicht
bearbeiten lassen; dies ermöglicht es insbesondere, die obere Scheibe mit einer großen Aneahl von Bohrungen kleinen Durchmessers
zu versehen, durch die genau so viele Elementarströmungsfäden ausfließen, welche so für eine gesteigerte Unterteilung des
Glasstroms bzw. Glasflußes sorgen. Ein anderer Vorteil der metallischen Elemente ist in der Tatsaohe zu sehen, daß es möglich
wird, zusätzliche Wärmeenergie der zwischen diesen befindlichen Glasmasse zuzuführen, indem diese metallischen Elemente
an die Klemmen einer elektrischen Stromquelle angeschlossen werden.
Aus erfindungsgemäß angestellten Versuchen kann abgeleitet werden,
dass man eine noch gesteigert Homogenisierung erhält, wenn
man zwei Vorrichtungen nach der Erfindung verwendet, die in ein und dem gleichen Feeder in Reihe hintereinander angeordnet
sind. Für den Pail der in den Pig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen
kann diese Reihenschaltung vorgenommen werden, entweder indem man zwei Vorrichtungen verwendet, deren Scheiben
in Drehung durch unterschiedliche Wellen um parallele Achsen angetrieben werden oder in dem man zwei Vorrichtungen verwendet,
deren Scheiben in Drehung durch ein und die gleiche Welle um ein und die gleiche Vertikalachse angetrieben sind.
Der Vorgang der Homogenisierung stellt sich dar durch einen Druckverlust
des im Inneren des "Feeder" zirkulierenden Glasstromes;
vorteilhaft kann man deshalb den öffnungen 7 der Scheibe 5 ein geneigtes Profil derartiger Form verleihen, daß die Scheibe
während der Drehung einen Pumpeffekt erzeugt, der dazu bestimmt ist, den Druckverlust zu kompensieren. Zum gleichen Zweck ist
es möglich, Schaufeln in der Unterseite der oberen Scheibe und/ oder der Oberseite der unteren Scheibe auszuarbeiten oder auszuhöhlen.
Um die Homogenität des erfindungsgemäß behandelten Glases bei der Herstellung von Flaschen stärker hervortreten zu lassen,
wurden erfindungsgemäß Vergleichsversuche angestellt, indem einerseits ein Glas verwendet wurde, welches nicht der gerade
beschriebenen Homogenisierungsbehandlung ausgesetzt war, andererseits ein und das gleiche Glas genutzt wurde, welches mittels
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der in Flg. 1 gezeigten Vorrichtung homogenisiert wurde und
echliesslich das gleiche mittels zwei Vorrichtungen der Bauart
nach Fig. 1 homogenisierte Glas verwendet wurde, wobei die Vorrichtungen in Reihe im Inneren ein und des gleichen Verteilerkanals angeordnet waren.
Um quantitativ die Homogenität des Glases zu charakterisieren,
wurde erfindungsgemäß ein bekanntes Verfahren benutzt, welches darin bestand, in optischer Weise die durch die heterogenen
Zonen erzeugten Spannungen in den zuvor gekühlten Glas zu messen. Man verwendet hierzu einen Babinetkompensator, der das polarisierte einen Probenkörper durchsetzende Licht sammelt, wobei der
Probenkörper beispielsweise aus einem aus einem Flaschenkörper
ausgeschnittenen Ring gebildet ist und eine Höhe von 1 cm aufweist. Um die Restspannungen des Kühlprozesses zu eliminieren,
ist der Ring offen. Sie Untersuchungen werden ausgehend von der
Schmalseite des Probenkörpers gemacht, d. h. transveral oder auch
senkrecht zur Achse. Man erhält so als Homogenitätskriterium die maximale Sehnung in der Außenfläche des Ringes und die maximalen
absoluten (aneinander grenzenden) Spannungen im Probenkörper.
Sie Ergebnisse werden in Millimeter Abweichung des Babinetkompeneaoi
sators ausgedrückt; bei der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung entspricht 1 mm Abweichung einer optischen Verzögerung
ρ von 113 Ίψ-t das ist eine Spannung von etwa 45 kg/cm (1 τψ. =
1 Millimikron = 1 Nanometer = 1 nM).
Sie erfindungsgemäß durchgeführten Versuche hatten die folgenden
Ergebnisse:
1. Glas ohne erfindungsgemässe Behandlung
a) Außenfläche: Sehnung = 0,30 mm (34 ^i optische
b) Absolute Maxima: Sehnung . = 0,50 mm (57 mju optische
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-β-
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"handelsüblicher Qualität".
2. Glas, homogenisiert mittels einer Vorrichtung nach der Erfindung:
a) Außenfläche: Dfehnung =0,0
Kompression = 0,20 mm (23 mju)
b) Absolute Maxima: Sehnung = 0,10 mm (11 np)
Kompression " 0,20 mm (23 mn)
Absolutwert benachbarter Spannungen = 0,30 mm (34
Diese Homogenitätseigenschaften entsprechen der Qualität, die als sogenannte "gute Handelqualität11 bezeichnet wird.
3. Glas, homogenisiert mittels zweier Vorrichtungen nach der Erfindung:
a) Ausßenflache: Sehnung =0,0
Kompression= 0,10 mm (11mu)
b) Absolute Maxima: Sehnung = 0,0
Kompression= 0,10 mm (11 mu)
Absolutwert benachbarter Spannungen = 0,20 mm (1
Vom kommerziellen Standpunkt wird diese Homogenität als vollkommen
bezeichnet. Diese Ergebnisse zeigen die hohe Homogen!täte·
'qualität , die sich nach dem Verfahren der Erfindung erreichen läßt.
-Patentansprüche:-
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Claims (14)
1. Verfahren zum Homogenisieren von schmelzflüssigem, in einen
Verteilerkanal einströmenden Glas, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Strom schmelzflüssigen Glases in eine Vielzahl
von unabhängigen im wesentlichen vertikalen Elementarströmungs-.fäden
unterteilt wird, diesen eine plötzliche Richtungsänderung,
um sie horizontal zu machen, auferlegt wird, und daß dann die
erhaltene Glasmasse durch Vereinigung der Strömungsfäden
zwischen zwei Horizontalflächen zusammengedrückt oder laminiert wird, wobei die Horizontalflächen unter einem geringen Abstand
voneinander sich befinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
eine dieser Horizontalflächen mit einer Bewegung, beispielsweise einer Drehbewegung um eine vertikale Achse, angetrieben wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch eine Gießwanne (3) aus feuerfestem Material
deren Boden eine kreisförmige öffnung aufweist, wobei die
Gießwanne (3) dazu bestimmt ist, in den Ausfließkreis des
schmelzflüssigen Glases im Inneren des Verteilerkanals eingebaut zu werdenί durch ein erstes Element in Scheibenform (5)
welches beweglich in dieser Öffnung gelagert ist und diese
im wesentlichen schließt, wobei das erste Element (5) eine
Vielzahl von Ausströmöffnungen (7) trägt, die in eine im
wesentlichen horizontale Unterseite dieses ersten Elements (5) münden, und über die das schmelzflüssige Glas in Porm
unabhängiger Strömungsfäden ausfließt; durch ein zweites unter
geringem Abstand unterhalb des ersten (5) angeordnetes Element
(8), mit einer gegen das erste Element (5) gerichteten im
wesentlichen horizontalen Fläche, auf die die Glasströmungsfäden
ausfließen; und durch Einrichtungen zum Drehantrieb
wenigstens eines dieser Elemente um eine vertikale Achse,
derart, daß zwischen den Horizontalflächen dieser Elemente
die aus diesen Strömungsfäden hervorgegangene Glasmasse flachgedrückt oder laminiert wird.
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- vor-
N 201U89
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Element (8) beweglich und durch eine Scheibe gebildet wird, welche in Drehung um ein und die gleiche Achse wie das
erste Element angetrieben ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet! daß die
ersten und zweiten scheibenförmigen Elemente (5i 8) durch ein
und die gleiche Antriebswelle (6) getragen werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten scheibenförmigen Elemente (5; 8) durch unabhängige
zueinander koaxiale Antriebswellen (6; 9) getragen werden, von denen die eine (6) eine Hohlwelle bildet, und als Lager
für die andere dient, derart, daß diese Scheiben bei unterschledlichen
Geschwindigkeiten und in unterschiedlichen Drehrichtungen antreibbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element fest ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das
zweite Element gebildet i*Lrd durch einen Teil des Bodens des
Verteilerkanals (10), beispielsweise durch einen erhöhten Teil oder durch eine in diesen Boden eingesetzte Verschleiß-•scheibe.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element gebildet wird durch einen Teil des Gießwannenbodens
oder durch einen in diesen Boden eingesetzten Verschleißring (11).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9» dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines dieser Elemente aus eineggt feuerfesten Metall oder einer hochhitzebeständigen Legierung,
beispielsweise aus Molybdän, besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden metallischen Elemente mit den Klemmen einer elektrischen
Stromquelle zur Zuführung zusätzlicher Wärmeenergie an die Glasmasse zwischen den Elementen verbunden sind.
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12. Vorrichtung nach Anspruch 3 t dadurch gekennzeichnet, daß
die öffnungen des ersten Elementes gegen die Vertikale geneigt sind und ein Profil derart aufweisen, daß die Drehung
dieses Elementes einen Pumpeneffekt erzeugtet der dazu bestimmt ist, den Druckverlust des Flußee schmelzflüssigen Glases
EU kompensieren.
13. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß
Schaufeln in die Unterseite des ersten Elementes eingearbeitet oder ausgehöhlt sind, derart, daß ein Pumpiffekt, der dazu
bestimmt ist, den Druckverlust des Plußes schmelzflüssigen Glases zu kompensieren, erzeugt wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Schaufeln in die Oberseite diese zweiten Elementes eingehöhlt oder ausgearbeitet sind, derart, daß ein Pumpeneffekt
hervorgerufen wird, der dazu bestimmt ist, den Druckverlust im Fluß des schmelzflUssigen Glases zu kompensieren.
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