DE2335804C3 - Verfahren zur Herstellung von Glasrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Glasrohren durch Ausheben einer Glasmenge aus der freien Oberfläche einer Glasschmelze und durch die geometrische Formgebung des herzustellenden Rohrs unter Zuhilfenahme eines die Parameter des herzustellenden Glasrohres bestimmenden, dem Inneren des Rohres in die Formgebungszone zuführenden und sich in der Formgebungszone erwärmenden Luftstromes mit nachfolgender Kühlung des Rohres auf die Umgebungstemperatur im Laufe seiner kontinuierlichen vertikalen Verschiebung.

Es sind Verfahren zur Herstellung von Glasrohren durch Ausheben einer Glasmasse aus der freien Oberfläche einer Glasschmelze bekannt, mit denen eine mechanisierte Fertigung von Rohren in einem verhältnismäßig breiten Sortiment möglich ist.

Der technologische Arbeitsvorgang der Herstellung von Glasrohren schließt folgende Hauptarbeitsgänge ein: Die Vorbereitung einer bestimmten Menge Glasschmelze, ein Schmelzen der Glasmasse, eine Formgebung von Glasrohren mit nachfolgender Kühlung und Abkühlung, ein Abbrechen (Abschneiden) und eine Kühlung der Rohre in Kühleinrichtungen und Schneiden der Rohre in verschiedenen Größen.

Die Formgebung eines Glasrohres mit nachfolgender Kühlung sowie das Abbrechen (Abschneiden) des Rohres erfolgt in Anlagen zum senkrechten Ziehen, die aus einer unteren Kammer der Maschine, in der die Formgebung des jeweiligen Rohres erfolgt und aus einem mit Walzen ausgerüsteten Schacht bestehen, die das Glasrohr von der freien Oberfläche der Glasmasse ziehen, sind bekannt.

Die untere Kammer der Maschine mit einem Querschnitt von etwa 2 m wird mit Erdgas mittels tangential angeordneter Brenner beheizt. Die Kammer ist mit dem Produktionsantell des Glasschmelzofens mittels eines breiten Durchlasses verbunden, durch den die Glasmasse kontinuierlich in die Kammer eintritt.

In der Mitte der Kammer ist ein Metallrohr angeordnet, das dazu dient, um Rohre mit vorgegebenen Abmessungen herzustellen. Von der Außenfläche erfolgt die Formgebung eines Rohres mit den erforderlichen Abmessungen unter Zuhilfenahme eines Wasserkühlers, der sich in bezug auf den Glasspiegel senkrecht verschieben läßt (s. DT-PS 20 43 777 sowie die DT-PS 7 49 965).

Die Regulierung der Abmessungen der herzustellenden Rohre erfolgt hierbei durch diejenige Luftmenge, die in die Formgebungszone eintritt, durch den Abstand des Kühlers vom Glasspiegel und durch die Ziehgeschwindigkeit.

Nach der Formgebung gelangt das Rohr in den Schacht der Anlage, wo in dem Für die gegebene chemische Glaszusammenset/ung bestimmten Temperaturbereich die Kühlung des Glasrohres auf eine Temperatur erfolgt, bei der das Rohr abbrechbar wird.

jedoch weist das Rohr bei allen diesen bekannten, nach annähernd dem gleichen Prinzip wirksame Anordnungen, beim Austritt aus der Anlage für das senkrechte Ziehen keine ausreichende mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit auf. die für den sicheren Betrieb der Herstellung eines Glasrohres erforderlich sind. Diese Eigenschaften eines Glasrohres sind auf seine spontane ungeregelte Kühlung zurückzuführen. Da die Formgebung eines Rohres unter Druck erfolgt, der durch Einblasen von Luft in das Innere des zu formenden Rohres erzeugt wird, strömt die formgebende Luft im Gleichstrom zur Zieheinrichtung des Glasrohres. Dabei erwärmt sich die Luft dermaßen in der Formgebungszone, daß sie im Bereich der Temperatur-Kühlzone und im übrigen Schachtraum des Rohrs nicht abkühlt. Die Abkühlung eines Glasrohres im Temperaturbereich der Kühlung lediglich von der Außenoberfläche her führt zum Entstehen großer Zugspannungen an den Innenflächen des Rohres, weshalb bei derartigen bekannten Anordnungen die Rohre einer zusätzlichen Kühlung in speziellen Kühleinrichtungen unterzogen werden müssen.

Die Verringerung der Zugspannung bei wiederholter Wärmebehandlung in Kühleinrichtungen führt zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Kenndaten von herzustellenden Glasrohren.

Eine zusätzliche Kühlung der Glasrohre kompliziert jedoch den technologischen Prozeß und erfordert große Flächen für die Anbringung von Kühleinrichtungen. Außerdem führt die Beförderung der Glasrohre zu den Kühleinrichtungen und innerhalb derselben zum teilweisen Bruch der Glasrohre und verringert auch den Herstellungsanteil an brauchbaren Fertigerzeugnissen.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, diese obengenannten Nachteile zu beheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Glasrohren unter Anwendung solcher technologischer Vorgänge zu entwickeln, das es ermöglicht, den technologischen Arbeitsvorgang im großen und ganzen mit einer wesentlichen Verringerung an Produktionsfläche und mit einer Erhöhung der Leistung des Arbeitsvorganges durchzuführen, wobei in einem einzigen Arbeitsvorgang zugleich mit der einen Festlegung des erwünschten Kalibers aufweisenden Formgebung auch eine Vermei-

dung von durch einseitige Abkühlung des zu fertigenden Rohres an der Außenseite desselben und an der Innenseite desselben auftretenden Spannungsdifferenzen zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Glasrohr in der Kühlzone mittels eines in das Innere desselben bis in die Kühlzone hineingeführten zusätzlichen Kühlmittels zusätzlich gekühlt wird.

Zweckmäßigerweise ist das Verfahren so gestaltet, daß zur zusätzlichen Kühlung des Glasrohres von innen her in Höhe der Kühlzone ein gasförmiges Kühlmittel zugeführt wird, das sich im Gleichstrom zusammen mit dem zu formenden Glasrohr und dem formgebenden Luftstrom bewegt.

Im Rohr kann ein Luftunterdruck durch Absaugen der formgebenden Luft in Gegenstromrichtung zum Einsaugen der abkühlenden Außenluft in das Innere des jeweiligen Rohres erzeugt werden.

Zur Erzeugung des Luftunterdruckes wird in der Kühlungszone zweckmäßigerweise zur zusätzlichen Kühlung von innen her im Glasrohr in Höhe der Kühlzone ein Unterdruck mittels Absaugen der formgebenden Luft in der Gegenstromrichtung derart erzeugt, daß die abkühlende Außenluft in die Abkühlungszone eingesaugt wird.

Das Wesen der vorgeschlagenen Erfindung besteht in folgendem: Dadurch, daß das Rohr in der Kühlungszone von innen her zusätzlich gekühlt wird, ist es möglich, seine gleichmäßige Abkühlung im Schacht der Anlage zum senkrechten Ziehen zu gewährleisten.

Von der Außenseite kühlt sich das Rohr durch Abgabe der Wärme an die umgebende Luft ab, dabei hängt die Abkühlungsgeschwindigkeit des Rohres an seiner Außenseite von der Konstruktion des Schachtes ab, die entsprechend den Forderungen an die Eigenschäften des jeweiligen Rohres bestimmt wird.

Die Abkühlungsintensität von der Innenseite des Rohres in der Kühlzone wird durch die Menge und durch die Temperatur der in dieser Kühlzone vorhandenen Luft bestimmt. Deshalb begünstigt die Zuführung des gasförmigen Kühlmittels in die Kühlzone bzw. das Absaugen der formenden Heißluft aus der Formgebungs- und Kühlzone beim Ziehen eines Rohres die Abkühlung des Rohres von innen her.

Durch gleichmäßige zweiseitige Abkühlung wird das Glasrohr abgekühlt und bewirkt dabei derartig hohe mechanische Eigenschaften, daß die Notwendigkeit einer zusätzlichen weiteren Kühlung entfällt.

Durch Vermeidung eines solchen technologischen Vorganges, wie einer wiederholten Kühlung von Glasrohren, führt zu einer Reduzierung aes Pnxluktionszyklus und zu einer Vereinfachung des technologischen Arbeitsvorganges und zur wesentlichen Verringerung von Produktionsflächen. Bei nur einmaliger Kühlung der Glasrohre unmittelbar in den Anlagen zum senkrechten Ziehen werden die für die Herstellung von Glasrohren erforderlichen Produktionsflächen um etwa 30 bis 50% reduziert.

Durch die erfindungsgemäße Einspeisung von zusätzlicher Luft in die Abkühlungszone, in welcher das Glasrohr sich bereits im erstarrenden Zustand befindet, und in welcher sich die die mechanischen Eigenschaften des Werkstückes für die Verwertung bestimmenden bleibenden Spannungen bilden, ermöglicht es, eine gleichmäßige und symmetrische Abkühlung des Glasrohres von beiden Seiten her zu erzielen. Bei einem derartigen Ablauf des Abkühlungsvorganges des Glasrohres im Temperaturgefälle der Abkühlung entfällt die

Notwendigkeit einer weiteren zusätzlichen Wärmebehandlung des Glasrohres durch besondere Wärmebehandlungseinrichtungen.

Erfindungsgemäß wird bei im Inneren des Glasrohres herrschenden unveränderten hydraulischen Arbeitsbedingungen in der Formgebtingszone eine Steuerung derjenigen Luftmenge ermöglicht, welche zur Abkühlung des Glasrohres in die Abkühlungszone eingeführt wird.

Somit wird es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht, in einem einzigen Arbeitsstück und in einer einzigen Vorrichtung Glasrohre bei qualitativ gesteuerter Kühlung derselben zu fertigen, wodurch der Herstellungszyklus wesentlich verkürzt und die Herstellungskosten der fertigen Erzeugnisse erheblich gesenkt werden können.

Das Verfahren zur Herstellung von Glasrohren nach dieser Technologie ermöglicht es, den Ausstoß von brauchbaren Erzeugnissen um 10 bis 20% zu erhöhen.

Zur besseren Erläuterung des Wesens des Gegenstandes der Erfindung betrachten wir beispielsweise die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens /ur Herstellung von Glasrohren in einer Anlage, die schematisch in der Zeichnung dargestellt ist.

Die in der Zeichnung gezeigte Anlage besteht aus zwei wesentlichen Baugruppen: einer Einrichtung zum Ziehen von Glasrohren, die einige Paare von Zichwalzen 1, die im Schacht 2 untergebracht sind, enthält und aus einer unter dem Schacht 2 angeordneten, mit Glasmasse gefüllten zylindrischen Kammer 3, die mit dem Produktionsieil des Glasschmelzofens mittels eines Durchflusses (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden ist.

In den Wänden der Kammer 3 sind Fenster 4 für die Anbringung von (in der Zeichnung nicht dargestellten) Brennern vorgesehen, die zur Aufrechterhallung der erforderlichen Temperatur in der Kammer angeordnet sind.

Im zentralen Teil der zylindrischen Kammer 3 ist ein keramisches Mundstück 5 angeordnet, auf dem ein kegelförmiges keramisches Hohlaufsatzstück 6 aufliegt. In der Kammer 3 ist ein Metallrohr 7 koaxial angeordnet, das sich mittels eines Flansches 8 auf das kegelförmige Aufsatzstück 6 stützt. In der Anlage ist außerdem ein hohler Ringkühler 9 vorgesehen, der mit der Möglichkeit der Verschiebung in bezug auf seine vertikale Achse angeordnet ist.

Der hohle wassergekühlte Ringkühler 9 vollführt die Formgebung des Rohres 10 von der Außenseite her und schirmt gleichzeitig das zu formende Rohr vom Flammenraum der Kammer 3 ab.

In das Innere des herzustellenden Rohres 10 mündet ein Rohrkörper 11, durch den die Zuführung des zusätzlichen Kühlmittels in die Kühlzone erfolgt. Der Rohrkörper 10 kann unter Zuhilfenahme einer Hubeinrichtung 12 in vertikaler Richtung verstellt werden. Der Rohrkörper 11 kann als feuerfestes Rohr oder als hohler Ringkühler gefertigt sein.

Das Verfahren zur Herstellung von Glasrohren eiiolgt in der beschriebenen Anlage in folgender Reihenfolge.

In der eine Glasmasse enthaltenden Kammer 3 wird eine Temperatur aufrechterhalten, die um 30 —5O⁰C höher als die Arbeitstemperatur ist, bei der die Herstellung von Glasrohren erfolgt. Dabei ist der hohle Ringkühler 9 aus der Kammer 3 herausgeführt und im unteren Teil des Schachtes angeordnet.

Durch den Schacht wird in die Glasmasse ein (in der

Zeichnung nicht dargestelltes) Ausziehstück eingeführt, das in die Glasmasse rings um das kegelförmige keramische Aufsatzstück 6 eintaucht; danach wird in die zylindrische Kammer 3 der hohle Ringkühler 9 abgesenkt und die Kammer 3 beheizenden Brenner werden ausgeschaltet. Bei der Abkühlung der Kammer 3 auf eine Temperatur, die um 30 bis 50⁰C niedriger als die Arbeitstemperatur ist, wird ein Elektromotor eingeschaltet, der die Zichwalzcn 1 dreht und gleichzeitig das gleichlaufende Heben des Ausziehstükkcs durchführt.

Gleichzeitig werden die die zylindrische Kammer 3 beheizenden Brenner eingeschaltet. Haben sämtliche Ziehwalzen 1 den fertig geformten Teil des Rohres ergriffen, und ist die Abtrennung des Auszichstückcs vom jeweiligen Rohr vorgenommen, so führt man dem Inneren des zu formenden Rohres 10 (in Richtung des Pfeiles A) zur Formgebung dienende Luft zu, die zur Regulierung des Durchmessers des Glasrohres dient. Durch Änderung des Abstandes zwischen der unteren _zo Schnittfläche des Ringkühlers und dem Spiegel der Glasmasse sowie durch Regulierung der Ziehgeschwindigkeit erreicht man einen stabilen Betrieb der gesamten zum Herstellen von Glasrohren durch Senkrechtziehen dienenden Vorrichtung. Ist ein stabiler Herstellungsablauf erreicht, so wird in den Innenraum des jeweiligen Rohres der Rohrkörper 11 eingeführt. der für die Zuführung eines zusätzlichen Kühlmittels in die Kiihlzonc vorgesehen ist.

Die Zuführung des zusätzlichen Kühlmittels für die Abkühlung des Rohres von innen erfolgt (in Richtung des Pfeiles B) im Gleichstrom zusammen mit dem zu formenden Rohr und dem formgebenden Luftstrom.

Die Menge des Kühlmittels, das sich innerhalb des Rohres in der Tcmperatur-Kühlzone bewegt, soll die gleichmäßige zweiseitige Abkühlung des Rohres von beiden Oberflächen her sichern. Als Kühlmittel können beliebige gasförmige Stoffe, wie komprimierte Luft, Rauchgase, Wasserdämpfe und andere verwendet werden.

Hei einer Schachlhöhe von 12 m erfolgt die I lerstellung von Rohren mit einem AulJcndurchmesser von 40 mm und einer Wandclicke von 4,0 mm mit einer Zichgeschwindigkeil von 330 m/h. Der Ringkühler 9, dessen Innendurchmesser 450 mm beträgt, liegt 100 mm über dem Glasspiegel. Der Druck der Ventilatorenlufi um IuIJe des Metallrohrcs mit einem Durchmesser von 60 mm betrügt 40 mm Wassersäule. Die obere Schnittflache des luftzuführenden Rohrkörpers Il mit dem Innendurchmesser von 14 mm liegt 2800 mm in bezug vom Spiegel dar Ginsmasse entfernt, der Luftdruck am FuBc des Rohrkörpers 11 betrögt 1,5 ntü. Die Arbeitstemperatur der zylindrischen Kammer 3 wird bei 124O⁰C gehalten, dabei belltuft sich die Temperatur der Glaszwicbel auf 1035 bis 1040"C, die Temperatur des Rohres an der Stelle des Abbrcchcns beträgt 35O⁰C und die Lufttemperatur beim Austritt aus dem Blasrohr 340 bis 35O⁰C.

Anschließend wird ein anderes Beispiel der Herstellung von Glasrohren betruchtct. Sein kennzeichnendes Merkmal besteht In der Erzeugung eines Unterdruckes in der Kühlzonc des Jeweiligen Rohres, der durch Absaugen der formgebenden Luft In Gcgcnsiromrichtung zwecks Einsnugung der abkühlenden Atmosphnrenluft unter Zuhilfenahme eines Ventilators in das Innere des Rohres erreicht wird.

Zur Erzeugung des Unterdruckes in der Kühlzone wird innerhalb des herzustellenden Rohres der Rohrkörper 11 angeordnet, durch den Luft aus der Zone der Formgebung und der Kühlung abgesaugt wird.

Der Herstellungsvorgang zur Fertigung eines Glasrohres verläuft folgendermaßen:

Der anfänglich aus der zylindrischen Kammer 3 herausgeführte Ringkühler 9 befindet sich im unteren Teil des Schachtes 2. Die Temperatur in der zylindrischen Kammer 3 wird um 30 bis 50° höher als die Arbeitstemperatur gehalten. Durch den Schacht 2 senkt man das Ausziehstück in Glasmasse und taucht es in die Glasmasse rings um das keramische Aufsatzstück 6 150 bis 200 mm tief ein. Danach senkt man den Ringkühler 9 in die Kammer 3, wobei der Abstand von seiner unteren Oberfläche bis zum Glasspiegel 100 bis 150 mm beträgt. Man schaltet dann die die Kammer 3 beheizenden Brenner aus, wodurch die Temperatur in der Kammer herabgesetzt wird. 1st die Temperatur um 50"C niedriger als die Arbeitstemperatur, so schaltet man den (in der Zeichnung nicht dargestellten) Elektromotor ein, der das Heben des Ausziehstückes mit der Glasmasse durchführt und gleichzeitig die Walzen 1 mit einer Geschwindigkeit dreht, die der Geschwindigkeit des Hebens des Auszichsiückcs gleich ist. Hat das Auszichstüek die ersten zwei Paare der Zichwalzcn passiert, so schaltet man die Brenner aus und bringt die Temperatur der zylindrischen Kammer bis auf die Arbeitstemperatur, bei der das Ziehen des Rohres mit den erforderlichen Abmessungen erfolgt. Bei der 1 lerstellung von Rohren mit einem Durchmesser von 30 bis 200 mm hält man die Temperatur in der Kammer auf einem Stand von 1230 bis l2b0°C aufrecht. Dabei beläuft sich die Temperatur der Glaszwiebcl auf IOJO bis 1070'C.

1st das Ausziehstück aus dem Schacht 2 der Anlage zum senkrechten Ziehen herausgetreten, und sein Abtrennen von dem zu ziehenden Rohr erfolgt, so schaltet man die Absaugvorrichtung ein, die die Luft aus dem Hohlraum des /u fördernden Rohres in Richtung des Pfeiles ("durch das hiuebeständige Rohr 7 absaugt. Der Luftunicrdruck an der unteren Grundfläche des Rohres 7 beträgt 250 bis 320 mm Quecksilbersäule und wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit der Abkühlung des Rohres von seiner inneren Oberfläche im Temperaturintcrvall der Kühlung der Geschwindigkeit der Abkühlung des Rohres von seiner Außenfläche gleich ist. Bei einer derartigen Kühlung des Glasrohres ist eine symmetrische Verteilung von liigunspuimungcn In der Wunddicke des Rohres zu beobachten,

Die Regulierung des Durchmessers und der Wanddik· ke des herzustellenden Rohres erfolgt durch dit Verschiebung des RingkUhlors 9 in bezug auf die Oberflüche der Glasmasse, durch die Steuerung dei Zichgeschwindigkeit des Rohres und durch die Wasser temperatur im Kühler.

Bei einer Annühcrung des Ringkühlers an den Spicgc der Glasmasse erfolgt eine Vergrößerung der Wanddik ke des jeweiligen Rohres. Vergrößert sich dl· Ziehgeschwindigkeit, so erfolgt eine Verringerung de Rohrdtirchmessers unter gleichzeitiger Verringeruni der Wanddicke. Die Leistung der beschriebenen Anlag zum senkrechten Ziehen von Glasrohren beträgt 6 bl 9 t Ginsmasse pro Tag,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. ^? Patentansprüche:

   ■;. 1. Verfahren zur Herstellung von Glasrohren durch Senkrechtziehen einer Glasmenge von ihrer freien Oberfläche und durch geometrische Formgebung des herzustellenden Rohres unter Zuhilfenahme eines die Parameter des herzustellenden Glasrohres bestimmenden, dem Inneren des Rohres in die Formgebungszone zuzuführenden und sich in der Formgebungszone erwärmenden Luftstromes mit nachfolgender Kühlung des Rohres auf die Umgebungstemperatur im Laufe seiner kontinuierlichen vertikalen Verschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr in der Kühlzone mittels eines in das Innere desselben bis in die Kühlzone eingeführten zusätzlichen Kühlmittels zusätzlich gekühlt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Kühlung des Glasrohres von innen her in Höhe der Kühlzone ein gasförmiges Kühlmittel zugeführt wird, das sich im Gleichstrom zusammen mit dem zu formenden Glasrohr und dem formgebenden Luftstrom bewegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Kühlung von innen her im Glasrohr in Höhe der Kühlzone ein Unterdruck mittels Absaugen der formgebenden Luft in der Gegenstromrichtung derart erzeugt wird, daß die abkühlende Außenluft in die Abkühlungszone eingesaugt wird.