DE2843642C3

DE2843642C3 - Mit flüssigem Kühlmittel kühlbare Glasform

Info

Publication number: DE2843642C3
Application number: DE2843642A
Authority: DE
Inventors: Millard Lawrence Tolede Ohio Jones Jun.
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1977-12-27
Filing date: 1978-10-06
Publication date: 1981-11-19
Also published as: IT7852282A0; US4142884A; LU80356A1; NL168802C; BE873072A; SE432758B; JPS55130826A; ZA785342B; DK534878A; NL7810306A; ES476404A1; BR7808396A; CA1117763A; PT68699A; JPS5744609B2; IT1110858B; AU511002B2; DE2843642A1; SE7809530L; IE47340B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Glasform, deren Wandung und deren Halter mit mindestens einem inneren Kühlkanal für flüssiges Kühlmittel versehen ist und bei der zwischen dem Kanal und dem Formhohlraum eine Isolierschicht angeordnet ist.

Bisher hat man bei Formen zum Formen von Glas das Kühlen mit Druckluft vorgenommen. Die Druckluft führt, wenn sie in turbulentem Strom ausreichender Geschwindigkeit mit den Rückseiten der Formen in Kontakt kommt, eine betrachtliche Wärmemenge ab und bewirkt eine geregelte Wärmeableitung von den Formen. Bei der Glasflaschenherstellung wird zuerst in einer Külbelform ein Külbel hergestellt, der. während er noch plastisch ist, m cim Blasform überführt und mittels Druckluft zur endgültigen Form aufgeblasen wird. Während die Külbelform wenig Wärme abziehen soll, damit der Külbel plastisch bleibt, muß die Blasform ausreichend Wärme vom Gegenstand abführen, so daß der Gegenstand nach Herausnehmen aus der Form abgestellt und weiterverarbeitet werden kann, ohne verformt zu werden.

Das Problem der Wärmeabführung ist insbesondere bei der industriellen Glasbehälterherstellung akut geworden, da unter geringem Druck zugeführte Luft nicht genügend kühlt, so daß der Produktionsgeschwindigkeit Grenzen gesetzt sind. Außerdem erfordert unter geringem Druck zugeführte Luft hohe Volumenkapazität und führt zu einem unangenehmen Geräuschpegel.

In letzter Zeit haben Versuche, Formen zum Formen von Glas mit Flüssigkeiten, wie Wasser zu kühlen, zu einem gewissen Erfolg geführt. Um Formen mittels Flüssigkeiten zu kühlen, ist es notwendig, zwischen der Forminnenfläche, also der mit dem zu formenden Glas r Kontakt kommenden Fläche, und dem flüssigen 'ilmittel eine Isolierung vorzusehen.

Aus der US PS U 64 951 ist ein aus porösem M,iterial

bestehender Warmeaustauschkörper bekannt, der durch Pressen und Sintern von pulverförmigem Material hergestellt ist und durch welchen ein Wärmeaustauschmedium, wie Luft umgewälzt wird. Bekanntlich steigt die Wärmeaustauschkapazität eines porösen Körpers mit der Porosität; ein Isolator ist ein poröser Körper keinesfalls.

In der US-PS 40 09 017 ist ein Formenkühlsystem beschrieben mit einem Formaufhänger, der ein Bett aus pulverförmigem Material, wie Gußschrott and ein System, das dfln Gußschrott in ein Fließbett überführt, und in Verbindung damit ein Flüssigkeitssystem zum Kühlen des Schrotts aufweist. Das Fließbett soll relativ hohe Wärmeleiteigenschaften aufweisen und im Ruhezustand verhältnismäßig gut isolierend sein.

Eine mit Wasser gekühlte Formeinheit ist in der DE-AS 25 05 618 offenbart mit einem Formeinsatzteil, dessen Vorderfläche den Formhohlraum begrenzt, einer Hülse oder Schicht aus Isoliermaterial und einem wassergekühlten Einsatzhalter. Die Hülse ist eine Asbestgewebe-Graphit-Verbundschicht. Durch sie wird eine gleichmäßigere Temperaturverteilung an der Formungsfläche erreicht. Nachteilig ist aber, daß der Einbau der Isolierschicht beim Zusammenfügen von Form und Halter sorgfältig vorgenommen werden muß; die Isolierlage muß zwischen Form und Halter gelegt und das Ganze mit einer bekannten reproduzierbaren Kraft zusammengepreßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Form zum Formen von Glas der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die eine gegenüber der aus der DE-AS 25 05 618 bekannten Form bessere Isolierschicht aufweist. Die Form soll leichter, mit einer Isolierschicht der jeweils gewünschten kontrollierbaren Isoliereigenschaft reproduzierbar, herstellbar sein.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Glasform, deren Wandung oder deren Halter mit mindestens einem inneren Kühlkanal für flüssiges Kühlmittel versehen ist und bei der zwischen dem Kanal und dem Formhohlraum eine Isolierschicht angeordnet ist, wie eingangs angegeben, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kanal mit einer Isolierschicht aus gepreßtem Pulvermaterial aus Aluminium, rostfreiem Stahl, Nickel, feuerfesten Metalloxiden, Graphit oder Diatomeenerde umgeben ist.

Vorteilhafte weitere Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es ist gefunden worden, daß zur Vermeidung von Änderungen in der Wärmeleitfähigkeit bekannter Materialien, die in Folien- oder Schichtform verwendet werden können, und zum leichteren Herstellen von wassergekühlten Formen der vorstehend beschriebenen bekannten Art gepreßtes pulverförmiges Material hervorragend geeignet ist.

Es wurde ferner gefunden, daß eine Isolierschicht in Form eines Rohres eine Konfiguration ist, die sich füi" Standardreproduktion eignet, wenn ausgewählte Pulver und Preßdrücke angewendet werden, um eine bestimmte Wärmeableitung von einem Formhohlraum zu erreichen. Isolierschichten in Form von Rohren aus gepreßtem Pulver können aus einer Vielzahl von pulverisierten Materialien, wie Metalle, Graphit, Sand und andere anorganische Materialien mil Erfolg verwendet werden. Rohre mit Wärmeleitzahlen im Bereich von 0,173 W/mK aus Diatomeenerde bis 65.778 W/mK aus Graphit geben Wnniiedurchgangs-/ahlen von 90,948 bis 1845,3¹K) Wm-¹K.

Für Formen mit hohen Warniebelastungen wurden Gemische mit mittlerer bis hoher Wärmeleitung aus Aluminium- oder Graphitpulver und rostfreiem Stahloder Nickelpulver als geeignet gefunden. Die Gemische, in variierenden Mengen, geben ausgezeichnete Ergebnisse mit Wärmeleitzahlen im Bereich von 0,866 bis 13,848 W/mK. Niedrige Wärmeleitzahlen von 0,173 bis 1,212 W/mK wurden bei Verwendung von Gemischen aus Graphitpulver und Diatomeenerde erreicht
Die Rohrform der Isolierschicht ist, wie gefunden

ίο wurde, gegenüber der Plattenform hinnchtlich Herstellung und Reproduzierbarkeit vorteilhaft.

Die Prüfung der Wärmeleitfähigkeit der Pulver kann an großen Pulverpartien durchgeführt werden, und es können entweder der Preßdruck oder die Zusammensetzung des Pulvers eingestellt werden, um die genaue erwünschte Wärmeleitzahl zu erhalten. Ferner ist die maschinelle Bearbeitung von Formteilen für Formkühlsysteme mit Rohren nicht kritisch, um vorbestimmte Ergebnisse zu erhalten.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele noch deutlicher werden, wobei auch auf die Figuren Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems, Fig.2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,

F i g. 3 eine Schnittansicht, wie F i g. 2, eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigend,
F i g. 4 eine Schnittansicht, wie F i g. 2, eine dritte

JD Ausführungsform nach der Erfindung zeigend,

Fig. 5 eine Schnittansicht, wie Fig. 2, eine vierte Ausführungsform nach der Erfindung zeigend,

Fig.6 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen Wärmeleitzahl und Zusammenset-

3i zung von verschiedenen Pulvergemischen zeigt,

F i g. 7 eine graphische Darstellung, die die Beziehung von Wärmeleitzahl und Verdichtungsdruck zeigt.

Zunächst wird die Herstellung von rohrförmigen Isolierschichten aus pulverförmigen Metallen in einem

-κι Testapparat besprochen. Der Testapparal und das Kühlsystem sind nahezu gleich der funktioneilen Wirkung der Erfindung, wenn sie an einer glasformenden Form oder einem Formhalter angewandt wird.
Der Testapparat hatte die Form eines metallischen

■4) Testblocks, in welchen ein vertikales Loch oder Durchgang eines Durchmessers von 1,27 cm der Art, wie in den F i g. 3 und 5 gezeigt, gebohrt war. In diesem Durchgang wurde ein Rohr aus rostfreiem Stahl eines Durchmessers von 0,64 cm koaxial in Stellung gebracht,

ίο so daß ein Ringraum gebildet wurde. Der Ringraum wurde mit Metallpulver gefüllt, z. B. mit pulverformigem rostfreiem Stahl einer Teilchengröße von < 0,147 mm, und in Stufen von 1 cm³ unter Benutzung eines Formwerkzeugs, das mit einem Verdichtungsdruck von

V5 2110 bar in den Ringraum eingriff, verdichtet.

Das Blockgefüge wurde in eine isolierte Kammer eingestellt und elektrisch beheizt, während durch das Innenrohr Kühlwasser strömte. Die in Tpbelle 1 wiedergegebenen Werte wurden über eine Zeitdauer

«ι von mehreren Stunden erhalten, wie unter den Sternchen (*) angegeben. Die Werte zeigen die Wärmedurchgangs- oder Isoliereigenschaft des Rohres und die Vorteile, zu denen die Erfindung führt, wenn eine Vielzahl von Rohren, die die glusformende Form

hi umgeb.-'i. eingesetzt wird. Der im wesentlichen konstante Wert Ii₁* der nach den ersten beiden Ablesungen erhalten wurde, war 1,181, was als lindwert genommen wurde.

Tabelle I

Typische Messung des Verhaltens der rohrförmigen Isolierschicht

Material: Rostfreier Stahl, Teilchengröße <0,147 mm, in Stii'cn von 1 cm¹ bei 2110 bar verdichtet.

Rohr: Aus rostfreiem Stahl (Durchmesser 0.64 cm) in einem Durchgang eines Durchmessers von 1,27 cm.

U₀ ,
WVm²K

W/mk

10:40
10:45
*)
10:55

11 :42
11 :45
12: 15
12:20
*)

405,977
407,680

358,282
357,145

357,714
358,282

353,739
353,172

354,875
357,145

358,282
355,443

359,417
359,985
354,875
356,011

358,850
359,985

2,423 2,432

2,053 2,045

2,048 2,055

2,018 2,017

2,029 2,044

2,051 2,034

2,06? 2,069 2,029 2,036

2,056 2,067

*) Thermisch geschockt durch Entfernen des Wassers aus dem System für 5 Minuten.

**) Thermisch geschockt durch Kühlen des Blocksauf 82 ( und Wiedererhitzen.

Die Gesamt-Wärmedurchgangszahl, bezeichnet mit Ua, bezieht sich auf den Bereich des in die Form gebohrten Loches. U₀ kann aus folgender Gleichung erhalten werden:

M,

A,h, ' M,
in der bedeuten:

t/o die Gesamt-Wärmedurchgangszahl, bezogen auf den in die Form gebohrten Lochdurchmesser,

Ao der Oberflächenbereich des in die Form gebohrten Loches, m², to

h, die Wärmedurchgangszahl Wasser/Metall W/m^K,

Ai der Innenbereich des Rohres (der mit Wasser in Kontakt steht), m²,

k, die Wärmeleitzahl des Metallrohrs, W/mK,

Ai der effektive Wärmedurchgangsbereich des Metallrohrs, bezogen auf den Log des durchschnittlichen Radius, m².

Ar, die Dicke des Metallrohrs, m,
kp die Wärmeleitzahl des Metallpulvers W/mK,
Ap der effektive Wärmedurchgangsbereich des Pulvers, m²,
Ar_n die Pulverdicke, m.

Im Betrieb des Testapparates wurde die Größe k_P nach folgenden Gleichungen berechnet:

Q = ZJ₁CJr₂-T₁)

K- 0.023

DA

in der bedeuten:

τ— (4)

D,k,

Cp die Wärmekapazität des Wassers, W/kgK,
Db der Logarithmus des durchschnittlichen Durchmessers des Metallblocks zwischen den Thermoelementen und dem gebohrten Loch, m,
Dj der Innendurchmesser des Metall-Wasserrohres,

m,
Da Durchmesser des in den Block gebohrten Loches,

m,
Dp Logarithmus des durchschnittlichen Durchmessers des »Pulver«-Isolators, m,

Uo die Gesamt-Wärmedurchgangszahl zwischen dem Block am Thermoelement und dem Wasser, bezogen auf den Durchmesser des in den Testblock gebohrten Loches,

D, Logarithmus des durchschnittlichen Durchmessers

des Metall-Wasserrohres, m,
C Geschwindigkeit des Wassers im Rohr, kg/m²h,
hi Wärmedurchgangszahl vom Wasser zum Rohr, W/m²K,

k_h Wärmeleitzahl des Metallblocks, W/mK,
kp Wärmeleitzahl des »Pulverw-Isolators, W/mK,
k, Wärmeleitzahl des Metallrohrs, W/mK,
Ar» Wärmedurchgangszahl des Wassers, W/mK,
L Länge des Wärmedurchgangsbereiches, m,
m Wasserströmungsgeschwindigkeit, kg/h.
An Dicke des Metallblocks zwischen den Thermoelementen und dem in den Block gebohrten Loch, m,
Δγ_ρ Dicke des »Puiver«-isoiators, m,
Δ η Dicke der Wand des Wasserrohrs, m.
Ti Temperatur des Wassers, das in den Wärmedurchgangsbereich fließt, °G

Tj Temperatur des Wassers, das aus dem Wärmedurchgangsbereich fließt, "C,

Tt Durchschnittliche Temperatur des Blocks, ⁰Q (Ar_b außerhalb des gebohrten Loches gemessen).

In dem oben beschriebenen Testapparat wurden weitere Metallpulver wie reines Aluminium geprüft

Der Verdichtungsdruck lag mit 1012 bar niedriger als im ersten Beispiel. Aus Tabelle II ist zu ersehen, daß die Wärmeleitung bei einem sehr hohen Wert anfing und schnell abiiel. Sie scheint instabil zu sein, steigt sogar nach Wärmeschock wieder an. Reines Nickel zeigt das

gleiche Verhalten, es gibt unvoraussehbare Werte. Keines dieser Materialien zeigte die für eine rohrförmige Isolierschicht erwünschten Eigenschaften.

Gemische von Teilchen verschiedener Metalle, wie weiter vorn angegeben, gaben zuverlässige voraussagbare Ergebnisse und Gemische von Metallen und feuerfesten Oxiden wurden ebenfalls untersucht. Pulverförmige feuerfeste Oxide und pulverförmiger Graphit führten zu begrenztem Erfolg. Unter feuerfesten Oxiden werden hierin organische Pulver verstanden, wie Steatit und die schon erwähnte Diatomeenerde, die zur Verwendung in den Isolierrohren geeignet sind. Tabelle 11

Messung des Verhaltens einer instabilen rohrförmigen Isolierschicht

Material: Aluminium, Teilchengröße <0,246 und >0,104 mm in Stufen von 1 cm³ bei 1190 bar verdichtet.

211 Rohr: Aus rostfreiem Stahl (Durchmesser 0,64 cm) in einem 1,27 cm Loch; 343 C Blocktemperatur; 29,5 C" Wassertemperatur.

^U" >
WVm²K

A W/niK

25

4:	10 pm	ι	:30 am	I	:20
4:	15	Nächster Tag	:33	:22
·)		*)
4:	30	11	:36
4:	35	11
**'	**>
12
12
*)
12

936,870
947,658

684,199
664,325

755,742
764,827

641,046
638,207

612,656
615,495

555,875
557,012

10,055 10,287

5,363 5,098

6,415 6,583

4,793 4,759

4,454 4.488

3,829 3,834

**) Thermisch geschockt durch Kühlen des Blocks auf 82 C und Wiedererhitzen.

Andere Metallpulver sowie Gemische solcher Pulver mit Graphit wurden untersucht. Versuche mit nicht verdichtetem Kupfer-, rostfreiem Stahl-, Nickel- und Aluminium-Pulver wurden durchgeführt; sie waren schwer reproduzierbar, da sich der Verdichtungsgrad des Pulvers als von bedeutender Wirkung erwies. Kupfer und Nickel wurden mehrere Male getestet, um die Reproduzierbarkeit zn bestimmen. Die Versuche mit Kupfer waren schlecht reproduzierbar, möglicherweise infolge partieller Oxidation des Kupfers bei den hohen Temperaturen.

Um den Wiederholstreubereichsfaktor bei ausgewählten Pulvern zu ermitteln, wurde der gleiche Testapparat benutzt Es wurde eine Testreihe durchgeführt, bei der das Kühlrohr auf gleiche Weise hergestellt wurde und die Wärmefließeigenschaften wurden sorgfältig aufgezeichnet, so daß man vergleichbare Ergeb-

60

nisse erhielt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt. Es ist auch hier zu erwähnen, daß der Verdichtungsdruck 3160 bar war, also ein anderer als in den vorhergehenden Beispielen.

Tabelle 111

Test auf Wiederholstreubereich

Material: Rostfreier Stahl, Teilchengröße <0,147mm in Stufen von 1 cm' bei 3160 bar verdichtet.

Rohr: Aus rostfreiem Stahl, Durchmesser 0,64cm, Lochdurchmesser 1,27 cm; Blocktemperatur 343 C; Wassertemperatur 29,5 C.

W/mK

W/m²K

Durchschnitt

Std. dev.

0,975
0,983
0,904
0,968
0,954
0,973
0,959
3,0%

197,594 196,459 182,264 193,620 190,213 195,891

Die Wirkung des Verdichtungsdrucks auf den Wärmedurchgang bei rostfreiem Stahl und Nickel ist in Tabelle IV wiedergegeben.

Tabelle IV

Wirkung des Verdichtungsdrucks auf die Wärmeleitfähigkeit

Rostfreier Stahl
«0,147 mm)

k_p (W/mK)

Nickel (HN 100)

k_r (W/mK)

0,902
0,919

1.783 2,164

2110

0.871 0,817	1,973 durch schnittl. ±13,6%
0.878 durchschnittl. ±5,1%	3,150
1,317	J, It /
1,HUO	3.149 durch schnittl. ±0,08%
1.464 1,463 1.461 1,463 durchschnittl. ±7,0%	3,029 3,756 2,908 3,670
1,876 2,044 2,077 2,027

65

2810 2,005 durchschnittl.

±4,5%

2,384

3^41 durchschnittl. ±11,8%

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß der Druck ein bedeutender Faktor mit Bezug auf die Wiirmeleitfähigkeit des Kühlsystems ist.

Lin weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Zusammensetzung der Partikel, die als verdichtete Schicht 16 verwendet wird. Außer reinen Zusammensetzungen wurden verschiedene Gemische von pulverisierten Materialien untersucht.

Die folgende Tabelle V bringt Vergleiche von /Cp-Werten verschiedener Gemische von Aluminium- und Nickel-Pulver in rostfreiem Stahl-Pulver, im vorstehend beschriebenen Testapparat bei 2110 bar in Stufen von 1 cm³ verdichtet.

Tabelle V	Ni	100	T <;i:ihl	(W/mK)
Λ!		0		2.005
üew.-%	0	0		3,341
O	100	90		6,578
O	0	90		3,981
100	0	75		3,999
10	0	75		5,851-6,370
10	0	60		5,695-5,989
25	0			4,379
25	30
10

Nachdem einige der Parameter und Überlegungen, jo die die Gestaltung von Wärmeisolierrohren aus verdichtetem Pulver einschließen, beschrieben sind, wird nun auf die F i g. 6 und 7 Bezug genommen, welche Kurven zeigen, die für das Entwerfen von rohrförmigen Isolierschichten aus verdichtetem Pulver verwendet r> werden.

Die bevorzugten Systeme sind Graphit in Nickel für Wärmeleitzahlen im Bereich von 5,193 bis 13,848 W/mK. Im Bereich von 2,250 bis 5,193 erfüllt Graphit, <0,147mm, in rostfreiem Stahl die höchsten -m Erwartungen. Im Bereich von 0,866 bis. 2,250 W/mK erscheint ein System aus rostfreiem Stahl, Pulverdurchmcsscr, < 0,147 rnm, bei Drücken im Bereich von 703 bis 2810 bar am besten, und wo ein Wärmedurchgang im Bereich von 0,173 bis 1,039 W/mK erwünscht ist, <r, empfiehlt sich Graphit in Diatomeenerde, wie Celite 320.

Die fünf in F i g. 6 gezeigten Kurven sind fünf allgemeine Beispiele für Gemische von Metallpulvern, Graphit in Verbindung mit Metallpulver sowie Graphit in Verbindung mit Diatomeenerde, wie oben erläutert. Die Diatomeenerde Celite 320 hat die nachstehenden Eieenschaften:

55

60

65

Farbe:	Weiß
Dichte:	Trocken 0,312 g/cm³
	Naß Ο32Ο g/cm3
Siebanalyse; Rückstand
auf Sieb einer lichten
Maschenweite von
0,104 mm:	50%
pH:	10
Spez. Gew.:	230
Chemische Analyse:
SiO₂	89,6
Al₂O₃	4,0
Fe₂O₃	13
P2O5	0,2

TiO₂
CaO
MgO
Na₂OH-K₂O

0,2 0,5 0,6 3,3

Das Graphitpulver, das mit Celite in dem in Fig.6 gezeigten Beispiel gemischt wurde, ist im Handel erhältlich. Die Siebanalyse ist: mindestens 50% passieren ein Sieb einer Maschenweite von 0,4',7 mm und blieben auf einem Sieb einer Maschenweite von 0,208 mm zurück. Der Gesamtaschegehalt des Graphits liegt unter 2%.

Das Verfahren zur Herstellung von Rohren aus pulverförmigen Partikeln und das Testen des Rohres aus Diatomeenerde und Graphit wird nachstehend beschrieben.

Stufe 1: Es wurden die erforderlichen Gewichtsmengen jedes der pulverförmigen Materialien in einen Becher oder Behälter gegeben.

Stufe 2: Die Materialien wurden trocken gemischt, bis das Gemisch durchgehend gleiche Farbe aufwies.

Stufe 3: Das Pulvergemisch wurde dann in den weiter vorn beschriebenen Testapparat, und zwar in den Ringraum, eingebracht. Das Material wurde in zwei cm³-Anteilen zugefügt und jeder Anteil nachfolgend in der Ringform einem Druck von 2110 bar ausgesetzt.

Stufe 4: Die Testeinheit wurde auf 343^CC mit Wasser bei Arbeitstemperatur (ca. 85%) durch Umlaufenlassen des Wassers durch das Rohr aus rostfreiem Stahl erhitzt.

Stufe 5: Nachdem das System thermisches Gleichgewicht erreicht hatte, wurden die Temperaturen von Thermoelementen, die in dem Testblock an mit Bezug auf das Loch darin genauen Stellen angeordnet waren, abgelesen und die Temperatur des eintretenden und austretenden Wassers festgehalten.

Stufe 6: Das System wurde thermisch geschockt, indem das Wasser für 5 Minuten abgelassen wurde, wonach die Stufe 5 wiederholt wurde.

Der Wert wurde dann zur Berechnung der Wärmeleitzahl in W/mK benutzt und der Durchschnitt mehrerer Tests, gemessen nachdem die Ergebnisse unter identischen Bedingungen der vorstehend beschriebenen Stufen konstant waren, wurde verwendet, um einen einzigen Punkt auf der Kurve, bezeichnet mit »Graphit in Celite 320« in F i g. 6 sowie der anderen vier Kurven in den F i g. 6 und 7 einzuzeichnen.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurden die sechs vorstehend beschriebenen Stufen mit der Diatomeenerde Celite 320 und einem Zusatz von 20 Gew.-% Graphit durchgeführt. Das Ergebnis war ein Durchschnittswert für k von 1,168 W/mK.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch 10 Gew.-% Graphit der Diatomeenerde zugesetzt Es wurde ein Durchschnittswert von 0,666 W/mK erhalten.

Beispiel 3

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch 5 Gew.-% Graphit der Diatomeenerde zugemischt Es wurde ein Durchschnittswert von 0,511 W/mK erhalten.

Beispiel 4

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch der Diatomeenerde kein Graphit zugesetzt. Der erhaltene Durchschnittswert war 0,415 W/mK. Die Fig. 6 zeigt den Verlauf von Prozentzusatz gegen Wärmeleitzahl für die Beispiele 1 bis 4, bezeichnet mit »Graphit in Celite320«.

Beispiel 5

Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, aber Aluminiumpulver einer Teilchengröße von < 0,147 mm, zugesetzt zu pulverförmigem rostfreiem Stahl, Teilchengröße <0,147 mm eingesetzt. Der Aluminiumanteil betrug 26 Gew.-%. Es wurde ein Durchschnittswert für k von 6,059 W/mK erhalten.

Beispiel 6

Es wurde wie in Beispiel 5 gearbeitet, aber 10 Gew.-% Aluminium eingesetzt. Der durchschnittliche Ar-Wert war 3,981 W/mK.

Beispiel 7

Es wurde wie in Beispiel 5 gearbeitet, jedoch 5 Gew.-% Aluminium zugesetzt. Der durchschnittliche Jt-Wert betrug 3,116 W/mK.

Beispiel 8

Es wurde wie in Beispiel 5 gearbeitet, aber dem rostfreien Stahl kein Aluminiumpulver zugesetzt. Der durchschnittliche Ar-Wert betrug 2,077 W/mK. Die Ergebnisse der Beispiele 5 bis 8 sind in F ι g. 6 aufgetragen und mit »Aluminium in rostfreiem Stahl« gekennzeichnet

Beispiel 9

Es wurden die vorstehend beschriebenen Stufen 1 bis 6 durchgeführt, wobei Graphitpulver als Additiv zu rostfreiem Stahl, Teilchengröße <0,147 mm verwendet wurde. Der Graphitanteil betrug 8 Gew.-°/o. Es wurde ein durchschnittlicher Ar-Wert von 7,097 W/mK erhalten.

Beispiel 10

Es wurde wie in Beispiel 9 verfahren, jedoch 5 Gew.-% Graphit zugesetzt. Der durchschnittliche Jt-Wert, der erhalten wurde, war 5,020 W/mK.

Beispiel 1!

Das Beispiel 9 wurde wiederholt, ausgenommen, daß 2 Gew.-% Graphit zugesetzt wurden. Der erhaltene Ar-Wert war 3,289 W/mK.

Beispiel 12

Das Beispiel 9 wurde wiederholt, ausgenommen, daß nur 1 Gew.-% Graphit zugesetzt wurde. Der erhaltene durchschnittliche Ar-Wert war 2,770 W/mK. Die in den Beispielen 8 bis 12 erhaltenen Ergebnisse sind in F i g. 6 eingetragen und mit »Graphit in rostfreiem Stahl« bezeichnet

Beispiel 13

Das Beispiel 5 wurde wiederholt jedoch als durchgehendes Medium anstelle von rostfreiem Stahl Nickel verwendet Der Aluminiumzusatz betrug 15 Gew.-%. Es wurde ein durchschnittlicher Ar-Wert von 6.059 W/mK erhalten.

Beispiel 14

Das Beispiel 13 wurde wiederholt, aber 10 Gcw.-% Aluminium zugesetzt. Der durchschnittliche Ar-Wert -> betrug 5,885 W/mK.

Beispiel 15

Das Beispiel 13 wurde wiederholt, ausgenommen, daß

das Aluminium in einer Menge von 5 Gew.-% zugesetzt

hi wurde. Der erhaltene durchschnittliche Ar-Wert war

4,847 W/mK. _D . . . _lc

Beispiel 16

Beispiel 13 wurde wiederholt, jedoch kein Aluminium

zugesetzt. Für das reine Nickel wurde ein Ar-Wert von

π 3,341 W/mK erhalten. Die Beispiele 13 bis 16 sind in F i g. 4 in der Kurve aufgetragen, die mit »Aluminium in Nicke!« gekennzeichnet ist.

Beispiel 17

Es wurde wie in Beispiel 13 gearbeitet, dem Nickelpulver aber Graphitpulver zugesetzt Das Graphit hatte den gleichen Reinheitsgrad und die gleiche Korngröße wie der. der in den vorhergehenden Beispielen benutzt worden ist Der Graphit wurde in

:, einer Menge von 8 Gew.-°/o eingesetzt Es wurde ein durchschnittlicher A--Wert von 13,848 W/mK erhalten.

Beispiel 18

Das Beispiel 17 wurde wiederholt, ausgenommen, daß in 2 Gew.-°/o Graphit zugesetzt wurden. Es wurde ein durchschnittlicher Ar-Wert von 5,712 W/mK erhalten. Die in den Beispielen 16 bis 18 erhaltenen Ar-Werte sind in Fig. 6 eingetragen; die Kurve ist mit »Graphit in Nickel« gekennzeichnet.

Die in der weiter vorn gebrachten Tabelle IV unter der Rubrik »rostfreier Stahl« <0,147 mm aufgeführten Werte sind ir. der in F i g. 7 gezeigten Kurve aufgetragen. Wiederum sind die Ar-Werte bei Drucken von 703 bis 2810 bar. die für die Kurve in F i g. 7 angewandt wurden, Durchschnittswerte, erhalten aus mehreren Tests, bei denen Rühre aus den Pulvern gemacht und nach dem 6-Stufen-Verfahren getestet worden sind. Statt jeden Test als ein separates Beispiel zu numerieren, scheint es klarer und geeigneter, nur anzugeben, daß Fig. 7 eine graphische Wiedergabe einer Anzahl von in Tabelle 4 angegebenen Werten ist.

Wie aus F i g. 6 zu erkennen ist, sind Aluminium- oder Graphit-Pulver, rostfreiem Stahl oder Nickel in Pulverform zugesetzt, für Wärmeleitzahlen im Bereich

->■■■ von 2,250 bis 13,848 W/mK ausgezeichnet. Wärmeleitzahlen im Bereich von 0.173 bis 13,848 W/mK, in der F i g. 6 zeigt die untere Kurve diesen Bereich, werden zum Teil durch ein Gemisch von Diatomeenerde und Graphit, wobei Diatomeenerde die durchgehende Phase

ο und Graphit das Additiv ist, abgedeckt. Der Wärmeleitzahlbereich für dieses Material ist etwa 0,345 bis 1,212 W/mK. Andere Diatomeenerde-Sorten können für so niedrige Wärmeleitzahlen wie 0,173 W/mK eingesetzt werden.

bo F i g. 7 verdeutlicht, wie ausgewählte Wärmeleitzahlen zwischen 0,866 bis 2,250 W/mK durch Variieren des beim Verdichten des rostfreien Stahlpulvers angewandten Drucks erreicht werden können. Für den Bereich von 2^250 bis 5,193 W/mK kann ein Gemisch von

b5 rostfreiem Stahl und Graphit in Übereinstiinmung mit der Kurve der Fig.6 verwendet werden. Nickel mit Graphit als Additiv hefen Wärmeleitzahlen im Bereich von 5.193 bis 13.848 W/mK.

Wahrend das pulverformige Material entsprechend der gewünschten Wärmeleitzahl ausgewählt werden kann, und ein Gemisch von verschiedenen Metallen und/oder Graphit sein kann, ist festzuhalten, daß uir die meisten Anwendungszwecke Wärmeleitfähigkeiten zwischen 0,173 und 65,778 W/mK die geeignetsten Sereiche für glasformende Formen umfaßt, und dieses bedenkend ist es sehr wahrscheinlich, daß Diatomeenerde-Graphit-Gemische den ganzen gewünschten Wärmedurchgangsbereich liefern. Ein Blick auf F: g. 6 zeigt, daß es einen Bereich geben muß, in dem sich der jtp-Wert so schnell mit der Zusammensetzung ändert, daß die Reproduzierbarkeit darunter ieidet.

Tabelle VI

Rohre aus verschiedenen verdichteten Pulvern Vom Standpunkt der Praxis aus ist es auch erwünscht daß alle Rohre mit dem gleichen Verdichtungsdruck hergestellt werden, um eine Komplizierung dei Instruktionen zur Durchführung der Erfindung in einen Glasbehälter-Herstellungsbetrieb zu vermeiden.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Beispielen, wo bestimmte pulverförmige Materialien eingesetzt wurden, wurden auch andere Materialien ausprobien und getestet Obwohl diese nicht bevorzugt werden wird die nachstehende Tabelle VI gebracht, um die Informationen zu vervollständigen. Die rechte Spalte der Tabelle bringt eine kurze Erläuterung, weshalb das Material nicht bevorzugt wird-

Material	Wärmedurchgangsbereich
(Chronologisch)	(W/mK)
Aluminiumpulver	0,692-3,808
Stahlwolle	3,116
Wolle aus rostfreiem Stahl 316	1,039
60% rostfreier Stahl, 20% Ni, 10% Al	4,362
Graphit	66,817
Talk	2,666

Sand 0,744

Gebranntes keramisches Material 0,294

Gießbares Harz 0,519-0,589 Gegossenes Gießharz (Cement)

Verschiedene Diatomeenerden-Graphit 0,173-1,108

unstabile Rohre
schwer zu verdichten st ι wer zu verdichten

Wärmedurchgangsbereich in anderen Materialien eingeschlossen

zu hoher Wärmedurchgang

schwer zu verdichten, abgedeckt durch rostfreien Stahl

kein Vorteil über andere bevorzugte Materialien

dto.

versagt

verworfen zugunsten von besseren

Sorten

Wie schon gesagt, hat die Art und Weise, in welcher das Pulver in einer ringförmigen Kammer, die zwischen der Wand des Durchgangs und einem zentrischen Rohr gebildet ist, einen wesentlichen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit der Form. Diesbezüglich ist der Verdichtungsvorgang nach der Erfindung gleich dem, der in der Pulvermetallurgie angewendet wird, obwohl erfindungsgemäß die Isolierschicht nicht gesintert ist, weil dies eine Konsolidierung des Preßlings und Erhöhung der Wärmeleiteigenschaften über den gewünschten Wert hinaus zur Folge haben würde. Der Verdichtungsprozeß umfaßt das Zusammendrücken des Pulvers in einer gebildeten Form mit einem Kolbendruck zu einem in der Metallurgie als »Rohrpreßling« bezeichneten Material.

Es wird nun auf F i g. 1 Bezug genommen. Der glasformende Formaufbau, der aus Eisen, Stahl oder einem anderen hierfür üblichen Material sein kann, ist mit dem Bezugszeichen 10 versehen. Der dargestellte Formaufbau 10 weist eine glasformende Formhälfte 12 auf. Sie hat eine Aussparung mit einer polierten, die Gestalt bestimmenden Fläche 13, die in Verbindung mit einer komplementären Formhälfte den Hohlraum bildet, der die Form der zu bildenden Flasche hat.

DLT Formaufbau ist von der Art, die allgemein mit »Doppelmatrizengefüge« bezeichnet wird und hat die Konstruktion einer mehrteiligen Form. Der vollständige Formaufbau schließt eine weitere Formhälfte für jeder Hohlraum ein, der mit dem in der Fig. 1 gezeigter identisch ist.

Die Form 12 ist mit mehreren Rohrabschnitten 14 füi flüssiges Kühlmittel versehen, die in vertikalen Sack bohrungen 15 eingesetzt sind. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Form mit zwei Sätzen von vier Sackbohrungen Ii versehen, für jede Formhälfte 12 ein Satz. Die Rohrabschnitte 14, in Form von üblichen Metallrohren wie Kupferrohren für wirksame Wärmeleitung, sind ir jeder Sackbohrung 15 vorgesehen. Jeder Rohrabschnitt 14 ist im wesentlichen konzentrisch mit Bezug auf die Sackbohrung 15 und der resultierende Ringraum ist, wie vorstehend beschrieben, mit gepreßtem Pulver gefüllt was in einer ringförmigen harten porösen Isolierschicht 16 resultiert, wie in F i g. 2 zu erkennen ist Diese Schicht 16 ist somit in dem Weg bzw. dem Verlauf dei Wärmeleitung von der glasformenden Fläche 13 zurr

M) Rohrabschnitt 14 angeordnet. Die Schicht 16 hat eine Wärmeleitzahl k_p\m Bereich von 0,017 bis 17,310 W/mK und ihre Dicke ist einstellbar, um die gewünschte Gesamtwärmedurchgangszahl U₀ zu erhalten. Die; sollte so verstanden werden, daß die tatsächliche Dickt

h·-) der Schicht 16 nicht gleichmäßig zu sein braucht; e; kann tatsächlich zweckmäßig sein, sie entlang de: Formprofils an verschiedenen Stellen dicker odei dünner zu machen, um für die wirksame Formung vor

Flaschen oder Behältern unterschiedliche Wärmeableitungsgeschwindigkeit zu haben. Zum Beispiel ist am Halsteil oder im Bereich der glasformenden Fläche eine von der an der Seitenwand oder dem Boden des Glasbehälters sehr verschiedene Wärmeableitungsgeschwindigkeit erforderlich.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen, sind die Kühlmittelleitungen oder Rohrabschnitte 14 bei 17 für die Verteilung des Kühlwassers auf alle Formen abgezweigt Eine Kühlmittelrückführleitung oder Rohrabschnitte 18 in der in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich im wesentlichen koaxial durch die ganze Länge der Abschnitte 14. Die Rohrabschnitte 18 einer Vielzahl von Stellen werden bei 19 gesammelt Die einzelnen Anschlußleitungen zu der Verteiler- bzw. Sammelleitung 17 und 19 sind mit 21 bzw. 22 bezeichnet Sie sind wiederum durch flexible Rohrleitungsabschnitte 24 und 25 mit verhältnismäßig festen Leitungen 26 und 27 verbunden. Die Leitungen 26 und 27 erstrecken sich zu den gegenüberliegenden Seiten einer Kühlmittelpump- und Umwälzeinheit 28. In dem in F i g. 1 dargestellten Umwälzsystem laufen die Abführleitungen 27 von der Einheit 28 durch schematisch angedeutete Regulierventile 30 und 31, die dazu dienen, die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlmittelflüssigkeit einzustellen, um den Grad der Wärmeabführung von den Formhälften 12 genauer zu regeln. Die Überwachung der Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit ist für das Arbeiten mit den Formen der gezeigten Art nicht unbedingt erforderlich, aber für die Genauigkeit oder »Feinabstimmung«, die jo notwendig ist, um die genauen Wärmedurchgangszahlen zu erhalten, wenn die Geschwindigkeit der Glasformung geändert oder eingestellt wird, zweckmäßig.

Es wird nun auf Fig.3 Bezug genommen, die eine sj alternative Ausführungsform der Erfindung wiedergibt. Die Form 12 ist mit einem Durchgang 32 versehen, der sich vollständig von der Spitze zum Boden der Form 12 erstreckt. In dem Durchgang 32 ist ein Metallrohrabschnitt 33 koaxial mit Bezug auf den Durchgang 32 vorgesehen und zwischen dem Rohrabschnitt 33 und der Wand des Durchgangs 32 ist pulverförmiges verdichtetes Material 16, wie bei der in Fig.2 gezeigten Ausführungsform, vorgesehen. Bei dieser besonderen Ausführungsform zirkuliert Wasser durch den Rohrabschnitt 33, und da dieser von im wesentlichen denn gleichen Durchmesser wie der Rohrabschnitt 14 in Fig.2 sein kann, wird die Wärmeleitzahl auch im wesentlichen die gleiche sein wie bei der Ausführungsform der F i g. 2.

An den Fig.4 und 5 ist zu erkennen, daß, wenn vielleicht auch nicht bevorzugt, die Kühlrohrabschnitte in einem Formhalter 11 statt in der Form selbst vorgesehen sein können. Die Rohrabschnitte 14 und 33, die sich in die in dem Formhalter 11 gebildeten Durchgänge (15, 32) erstrecken, werden mit Wasser oder einem anderen geeigneten flüssigen Kühlmittel zur Ableitung der Wärme von der mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt stehenden Oberfläche 13 der Form 12 versorgt.

Obwohl bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform für jede Formhälfte 12 vier Kühlrohrabschnitte vorgesehen sind, sollte nicht vergessen werden, daß die Zahl der Rohrabschnitte größer oder kleiner sein kann; wichtig ist, daß die Zahl der Rohrabschnitte und ihre Anordnung so gewählt sein muß, daß relativ gleichmäßige oder regelbar ungleichmäßige Kühlung der formenden Fläche 13 in der Form 12 gewährleistet ist.

Bei den Parametern eines Formkühlsystems, wie das in F i g. 1 gezeigte, müssen die Temperaturen, die in der Form während des normalen Formungszyklus von zum Beispiel Glas-Getränkebehältern herrschen, mit in die Überlegungen einbezogen werden.

In der bestimmten, in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Formhälfte wird, wenn sie zur Herstellung von Einweg-Bierflaschen benutzt wird, bei normalem Arbeiten eine Dauertemperatur zwischen etwa 345 und 400° C an einem Punkt unmittelbar hinter der glasformenden Fläche 13 erreicht.

Bei der Wasserströmung, die in dem Testsystem, welches der in den F i g. 3 bis 5 dargestellten Form nahezu gleich ist, wird die Kühlwassertemperatur durch den die beheizte Form simulierenden Block von —11,1 auf 6,67° C erhöht, wie der Tabelle I zu entnehmen ist.

Obwohl die Erfindung an einer mehrteiligen Form beschrieben ist, kann sie selbstverständlich auch bei einteiligen Formen und/oder deren Formhaltern, wie sie derzeit benutzt werden, angewendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zcichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Glasform, deren Wandung oder deren Halter mit mindestens einem inneren Kühlkanal für flüssiges Kühlmittel versehen ist und bei der zwischen dem Kanal und dem Formhohlraum eine Isolierschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (15, 32) mit einer Isolierschicht (16) aus gepreßtem Pulvermaterial aus Aluminium, rostfreiem Stahl, Nickel, feuerfesten Metalloxiden, Graphit oder Diatomeenerde umgeben ist.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16) eine Wärmeleitzahl von 0,017 bis etwa 17,310 W/mK aufweist.

3. Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Wärmeleitzahl von 0,173 bis etwa 8,655 W/mK aufweist.

4. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Metallpulver besteht.

5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver ein Gemisch aus pulverförmigem Aluminium und rostfreiem Stahl ist.

6. Form nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich- :', net, daß das Gemisch bis 25 Gew.-% aus Aluminiumpulver besteht.

7. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16) aus einem Gemisch aus Nickel- und Aluminiumpulver ju besteht.

8. Form nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bis 15 Gew.-% aus Aluminiumpulver besteht.

9. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, j^r> dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Pulver feuerfester Oxide besteht.

10. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem Gemisch von pulverförmigem Metall und Graphit besteht.

11. Form nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bis 8 Gew.-% aus Graphitpulver besteht.

12. Form nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus Nickel besteht.

13. Form nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver aus rostfreiem Stahl ist

14. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (16) ein Gemisch von Graphit und Diatomeenerde ist

15. Form nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch bis 24 Gew.-% aus Graphit besteht

16. Form nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß der Kanal (14) aus einem Rohr besteht und die Isolierschicht (16) das Rohr (14) in Form einer Hülse umgibt

17. Form nach den Ansprüchen 13 und 16, dadurch gekennzeichnet daß die Schicht (16) aus rostfreiem Stahlpulver gebildet und im Bereich von 703 bis 2810 bar verdichtet ist und eine Wärmeleitzahl im Bereich von 0,519 bis 2,423 W/mK aufweist

18. Form nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (12) oder der Formhalter (11) mit in Umfangsabständen und in gleichem radialen Abstand zum Formhohlraum angeordneten vertikalen Duichgängen (32) versehen sind, durch die koaxiale Rohrabschnitte (33) hindurchgeführt sind und die Isolierschicht (16) jeweils im Ringraum zwischen der Wand des Durchgangs und dem Rohrabschnitt (33) angeordnet ist.

19. Form nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (12) oder der Formhalter (11) mit mehreren in Umfangsabständen und in gleichem radialen Abstand zum Formhohlraum angeordneten vertikalen Sackbohrungen (15) versehen sind, in jeder Sackbohrung koaxial ein erster Rohrabschnitt

(14) angeordnet ist mit Abstand vom Boden der Sackbohrung (15), die Isolierschicht (16) im Zwischenraum zwischen dem ersten Rohrabschnitt (14) und der Wandung und dem Boden der Sackbohrung

(15) angeordnet ist und ein zweiter Rohrabschnitt (18) innerhalb des ersten Rohrabschnitts (14) angeordnet ist mit Abstand vom Boden des ersten Rohrabschnitts (14), dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des ersten Rohrabschnitts (14).