DE2929071A1

DE2929071A1 - Verfahren zur kuehlung von glas und fluidisierungsvorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2929071A1
Application number: DE19792929071
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Quillevere; Jean Segall
Original assignee: BFG Glassgroup GIE
Current assignee: BFG Glassgroup GIE
Priority date: 1978-07-21
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: IT1120996B; IT7968451A0; SE7906225L; JPS5515998A; ES482994A1; SE7906224L; BE877500A; CA1148742A; FR2431463A1; FR2437380A1; DE2929071C2; GB2024802B; SE440073B; ES482993A1; GB2028303A; DE2929093A1; BE877499A; IT1120997B; GB2024802A; CA1148743A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einführung des Glases in ein fluidisiertes Teilchenbett unter derartigen thermischen Bedingungen, daß Wärine vom Glas auf das flu id is ier te Material übertragen wird.

Die Erfindung wurde bei dem Versuch gemacht, Probleme zn lösen, die beim thermischen Tempern von Glasscheiben auftreten und soll im folgenden insbesondere in Bezug auf dieses Verfahren beschrieben werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein thermisches Temperverfahren beschränkt.

Das thermische Tempern von Glas umfaßt ein schnelles Abkühlen des Glases von einer Temperatur oberhalb der Entspannungstemperatur, üblicherweise einer Temperaturnähe des Erweichungspunktes. Die Oberflächenschichten des Glases werden schneller gekühlt als die inneren Schichten, mit der Folge, daß die Oberflächenschichten Kompressionsspannung er ausgesetzt werden, die. durch Zugspannungen in den inneren Schichten ausgeglichen v/erden.

Bei einem seit langem durchgeführten Kühlverfahren werden Kühlluftströme verwendet, die gegen die Flächen des Glases gerichtet werden. Es treten Probleme auf, wenn dieses Verfahren beim Tempern gewisser dünner Glasscheiben verwendet wird, beispielsweise bei Scheiben aus gewöhnlichem Natronkalk mit einer Dicke von weniger als 3 mm. Die Abführung von Wärme aus den Oberflächenschichten des Glases mit einer Rate, die ausreicht, um die erforderlichen Spannung sgr ad ienten innerhalb der Dicke der Glasscheiben auszubilden, macht es erforderlich, Kühlluft gegen die sehr

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heiße Glasscheibe mit einer Strömungsrate zu richten, die unter diesen thermischen Bedingungen dazu führt, daß die dünnen Glasscheiben deformiert werden und/oder daß die Flächen des Glases beschädigt werden. Derartige Fehler führen dazu, daß die Scheiben für ihren gedachten Zweck ungeeignet sind, und auch in dem Fall, in dem hohe optische Qualität oder andere Bedingungen gefordert werden, wie beispielsweise bei der Herstellung von gewissen Fahrzeugfenstern, wie Kraftfahrzeugwindschutzscheiben.

In der Glasindustrie hat man sich in den letzten Jahren für die Verwendung von fluidisierten Betten aus feinverteiltem Material interessiert, um die schnelle Abkühlung von Glasscheiben durchzuführen, die erforderlich ist, um eine Temperung zu erzielen. Dieses Interesse erklärt sich aus dem großen Wärmeaustauschkoeffizienten, den derartige fluidisierte Betten haben können.

Einer der Faktoren, der die Wärmeaustauschgeschwindigkeit zwischen einer heißen Glasscheibe und den Teilchen eines fluidisierten Bettes beeinflußt, in welches die Glasscheibe eingetaucht ist, ist die Geschwindigkeit des Flu id isierungsgasstr omes.

Die Wärmeaustauschrate steigt mit zunehmender Gasgeschwindigkeit wegen der größeren Mobilität der fluidisierten Teilchen an. Es wurden deshalb Versuche unternommen, um mit hohen Gasgeschwindigkeiten zu arbeiten, wobei die fluidisierten Teilchen im Bett gehalten werden sollten. Derartige Geschwindigkeiten, die einen sogenannten freisiedenden Zustand des Bettes erzeugen, liegen unter denjenigen Geschwindigkeiten, die verwendet werden, wenn Gas allein als Kühlmittel gemäß den älteren Verfahren

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verwendet wird. Wenn eine Glasscheibe in einem fluidisierteiu Bett gekühlt wird, kann diese üblicherweise senkrecht aufgehängt werden und mit der Kante voraus in das Bett eingeführt werden, und das Gas trifft nicht auf die Glasflächen in der gleichen Weise auf, wie es bei den älteren Verfahren der Fall ist.

Versuche, eine schnelle Abkühlung des Glases in einera fluidisierten Bett durchzuführen, führten zu neuen Problemen. Es wurde gefunden, daß hohe Kühlungsraten verhältnismäßig leicht erzielt werden können, und sogar Kühlungsraten, die groß genug waren, ran dünne Glasscheiben im wesentlichen unter 4 mm Dicke zu kühlen, Es stellte sich jedoch heraus, daß die Kühlung nicht gleichförmig war. Eine ungleichförmige Kühlung führt zu schädlichen Spannungsverteilungen über die Fläche der Glasscheibe hinweg. Diese Spannungsverteilungen beeinflussen die Bruchcharakteristiken "des Glases. Wenn die Kühlung nicht gleichmäßig und ausreichend schnell in allen Zonen innerhalb der Glasscheibenfläche durchgeführt wird, entstehen beim Brechen dar Scheibe große und möglicherweise gefähr · liehe Scherben. Für Fahrzeugscheiben gelten Sicherheitsbedingungen, welche die Bruchcharakteristiken der Scheiben vorschreiben. Diese Sicherheitsstandards bestimmen die Brechcharakteristiken in der Form der Anzahl der Glasfragmente von spezifischen Größenkategorien, die pro Flächeneinheit des Fensters erzeugt werden, wennes unter einem speziellen Schlag bricht. Wenn man ein freisiedendes fluidisiertes Teilchenbett für eine schnelle Abkühlung des Glases beim Tempern verwendet, wurde gefunden, daß die Sicherheitsstandardwerte nicht erreicht werden konnten, obwohl gleichzeitig die erforderlichen optischen Glasqualitäten erzielt wurden.

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Die Verwendung eines freisiedenden fluidisierten Bettes zum Kühlen von Glasscheiben ist beispielsweise in der US-PS 4 113 458 beschrieben. In dieser ÜS-Patentschrift wird beschrieben, daß heiße Glasscheiben durch irreguläre Kräfte beschädigt werden können, denen das Glas in dem freisiedenden Bett ausgesetzt ist. Es wird ferner beschrieben, daß bei Verwendung dieses Kühlungsverfahrens die Glasscheiben während ihrer Behandlung im Bett leicht brechen können und daß dies ein weiteres Hauptproblem darstellt. Um diese Probleme auszuschalten, wird in dieser US-Patentschrift ein thermisches Behandlungsverfahren vorgeschlagen, bei welchem das feinverteilte Material in einen ruhenden, gleichförmig ausgedehnten Zustand dadurch gehalten wird, daß die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit in einem unteren Geschwindigkeitsbereich gehalten wird, der so definiert wird, daß dieser eine untere Grenze aufweist, bei der die Teilchen gerade in dem gleichförmig verteilt nach oben strömenden Gas suspendiert werden, und eine obere Grenze, bei der die maximale Expansion des Bettes auftritt, wobei eine freie Oberfläche an der Oberseite dec Bettes aufrechterhalten wird.

Es ist eine charakteristische Erscheinung der Teilchenfluidisierung, daß während des Aufbaus des Gasdruckes unterhalb eines porösen Trägers des Teilchenbettes, um das Bett in einen fluidisierten Zustand zu bringen, sich dieses Bett zuerst ausdehnt,und zwar mit fortschreitender Zunahme in der Höhe der Bettoberfläche bis zu einem bestimmten Pegel, wonach, wenn der Gasdruck ferner ansteigt, ein gewisser Abfall des Pegels der Bettoberfläche auftritt, ehe das Bett sich wieder ausdehnt, was zu einem sehr turbulenten sogenannten freisiedenden Zustand des Bettes führt, wobei bei sehr hohen Gasgeschwindigkeiten

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dann Teilchen aus dem Bett nach oben mitgerissen werden. Wenn der Bettobarflächenpegel grafisch als Funktion des steigenden Gasdruckes aufgetragen wird, so erzeugen die anfängliche Ausdehnung des Bettes und der anschließende teilweise Zusammenfall eine Expansionsspitze. Bei dem Verfahren nach der US-PS 4 113 458 werden Gasgeschwindigkeiten verwendet, die unterhalb des Expansionsspitzenwertes liegen, und dies entspricht dem sogenannten ruhigen gleichförmig ausgedehnten Zustand der Tei lchenf Iu id is ierung.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daS Fluidisierungszustände auf der höheren Gasgeschwindigkeitsseite der Expansionsspitze vorhanden sind, die zu einer wichtigen Kombination von Vorteilen führen. Insbesondere können ausgezeichnete Wärmeaustauschraten erzielt werden, die gleichförmig über die gesamte Glasfläche auftreten, wobei gleichzeitig die Zustände des fluidisierten Bettes derart sind, daß dünne Glasscheiben, die sehr leicht deformiert oder deren optische Eigenschaften sehr leicht beeinträchtigt werden können, sicher behandelt werden können.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einführung des Glases in ein fluidisiertes Teilchenbett unter derartigen thermischen Bedingungen vorgesehen, daß Wärme vom Glas auf das fluidisierte Material übertragen wird, wobei die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases oberhalb des Wertes liegt, der der Expansionsspitze der Betthöhe/Gasgeschwindigkeitskurve entspricht, jedoch nicht mehr als das 1,2-fache dieses Wertes.

Die Vorteile des Verfahrens haben sich deutlich bei Untersuchungen gezeigt, bei denen dieses Verfahren verwendet wurde, um schnell sehr heiße Glasscheiben aus gewöhnlichem

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Glas mit 3 mm Dicke durch den Entspannungspunkt des Glases hindurch abzukühlen. Durch die Verwendung von Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten oberhalb des Wertes, der der Expansionsspitze entspricht, wurde eine Kühlung mit Raten durchgeführt, die größer sind als diejenigen, die in anderer Weise erzielt werden, wenn man von der gleichen Glastemperatur und der gleichen Temperatur und Zusammensetzung des fluidisierten Bettes ausgeht. Bruchversuche mit getemperten Scheiben zeigten, daß sie sehr gleichförmig getempert waren. Die Oberflächen der Glasscheiben wurden nicht schädlich durch das Kühlungsverfahren beeinträchtigt. Die getemperten Scheiben wiesen eine optische Qualität auf, wie sie für Fahrzeugscheiben, an die hohe Anforderungen gestellt werden, erforderlich ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergab sich aus Vergleichsversuchen, bei denen heiße und sehr dünne gekrümmte oder gebogene Glasscheiben verwendet wurden, wie sie bei der Herstellung von VerbundWindschutzscheiben An' tr.ndung finden, wobei diese Scheiben sehr schnell abgekühlt wurden. Einige Scheiben wurden erfindungsgemäß abgekühlt und andere Scheiben mit einem Verfahren, bei dem die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit unterhalb der Expansionsspitze lag, wobei die übrigen Bedingungen die gleichen waren. Die Temperatur der Glasscheiben unmittelbar vor dem Eintauchen in die fluidisierten Betten lag nahe beim Erweichungspunkt des Glases. Bei den Verfahren, bei denen die niedrigeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten verwendet wurden, traten gewisse Deformationen in den Glasscheiben auf, wohingegen beim erfindungsgemäßen Verfahren die getemperten Scheiben die ihnen vor dem Tempern erteilte Krümmung beibehielten. Eine Untersuchung

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der Art und Weise, in welcher die Form der Scheibe durch das Verfahren mit niedriger Gasgeschwindigkeit beeinträchtigt wird, legt es nahe, daß die Deformation während des Einführens der gekrümmten Scheiben in das fluidisierte Bett auftreten. Es wird angenommen, daß sich die Deformation aus dem Widerstand ergibt, den das fluidisierte Bett gegen die Einführung der Scheiben entgegensetzt. Wenn mit einer höheren Gasgeschwindigkeit gemäß der Erfindung gearbeitet wird, ist die Mobilität der fluidisierten Teilchen größer, und die Kräfte, die dem Absenken der Scheiben in das Bett entgegenwirken, sind geringer. Wie auch immer die exakte Erklärung sein mag, so steht doch fest, daß das erfindungsgeraäSe Verfahren den wesentlichen Vorteil mit sich bringt, daß

sehr heiße dünne Glasscheiben behandelt werden können, und insbesondere gekrümmte Scheiben mit einer viel geringeren Gefahr einer Verwerfung oder Deformation der Form.

Da durch das erfindungsgemäße Verfahren sin ausgezeichneter Kompromiß zwischen den he-;Iistmöglich erreichbaren Wärmeaustauschraten und der Gleichförmigkeit der Behandlung erzielt wird, kann dieses Verfahren mit Vorteil zur Kühlung von Glasscheiben beliebiger Dicke verwendet werden und ebenfalls zur Kühlung von anderen Glasgegenständen. Der größte Vorteil wird erzielt, wenn das Verfahren zum Tempern von Glasscheiben verwendet wird, Das Verfahren kann jedoch auch mit Vorteil zur Kühlung von Glas unter derartigen Umständen verwendet werden, daß die Kühlung keine thermische Temperung erzeugt.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung beträgt die Geschwindigkeit des Fluxdisierungsgases wenigstens das 1,03-fache der Geschwindigkeit, die der Expansionsspitze des fluidisierten Bettes entspricht.

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Diese Bedingungen sind sehr vorteilhaft, um eine ausgezeichnete Wärmeaustauschrate mit einem geringen Widerstand des fluidisierten Bettes gegen den Eintritt des Glases zu kombinieren, und dies ist von Bedeutung, wenn leicht deformierbare Gegenstände behandelt werden sollen, wie beispielsweise sehr heiße gekrümmte Scheiben aus dünnem Glas.

Bei allen Kühlungsverfahren, bei denen ein fluidisiertes Bett als Wärmeaustauscher verwendet wird, hängt die Kühlungsrate teilweise von der volumetrischen thermischen Kapazität des fluidisierten Bettes ab, die ihrerseits durch die thermischen Eigenschaften des Materials der fluidisierten Teilchen und der Teilchengröße beeinflußt wird. Diese Faktoren müssen derart aasgewählt werden, daß die erforderliche Wärmeübertragungsrate vom Glas erzielt werden kann. Wenn das fluidisierte Material und die Teilchengröße ausgewählt werden, ist es vorteilhaft, zu versuchen, eine hohe thermische Kapazität und einen großen Wärmeübergangskoeffizienten zu erzielen, wenn es gewünscht ist, mit einar Fluidisierungsgasgeschwindigkei; im unteren Teil des zulässigen Bereiches zu arbeiten, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist als das 1,1-fache der Gasgeschwindigkeit, die der Expansionsspitze des fluidisierten Bettes entspricht.

Das fluidisierte Material besteht vorzugsweise aus Teilchen oder weist vorzugsweise Teilchen auf, die einer Erhitzung einer endothermen Umwandlung unterzogen werden können, und zwar durch eine Erhitzung auf eine Temperatur, die unterhalb derjenigen des Glases liegt, wenn dieses in das fluidisierte Bett eintritt. Untersuchungen haben gezeigt, daß bei Verwendung derartiger fluidisierter

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Materialien höhere Glaskühlungsraten erreicht werden können, als es sonst unter den gleichen Bedingungen möglich wäre.

Vorzugsweise sollen alle oder die meisten der fluidisierten Teilchen im Bett solche Teilchen sein, die, wenn sie eine endothermische Umwandlung durchmachen, wie es oben beschrieben wird, feinverteilte Materialteilchen hinterlassen.

Bei einem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung besteht wenigstens ein Teil der fluidisierten Teilchen aus einem Material, welches Hydroxylgruppen und/oder Wasser enthält und welches wenigstens einige dieser Gruppen und/oder Wasser endothermisch bei einer Temperatur abgeben kann, die unter der Eintrittstemperatur des Glases liegt. Geeignete fluidisierte Materialien in dieser Kategorie sind leicht erhältlich, wobei diese Materialien im fIuidisierten Bett eine endotherme umwandlung durchmachen können, ohne daß die fluidisierfcen Teilchen oder das FluiO.·» sierangsgas derart beeinträchtigt werden, daß Probleme bei der Steuerung der thermischen Behandlung des Glases auftreten. Im allgemeinen sind solche Materialien, die sowohl organische als auch anorganische Verbindungen aufweisen, sehr gut für eine Verwendung mit Luft als Fluidisierungsgas geeignet.

Fluidisierte Teilchen, die Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Glases beim Eintritt in das fluidisierte Bett abgeben, umfassen Teilchen von Substanzen, die Bindungswasser enthalten, und Teilchen, die adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten.

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Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird von fluidisierten Teilchen Gebrauch gemacht, die aus einer anorganischen Verbindung gebildet werden, welche Hydrxylgruppen und/oder Bindungswasser enthalten. Verbindungen der letztgenannten Kategorie umfassen beispielsweise hydratisierte Salze. Spezielle Ausführungsbeispiele derartiger Verbindungen, die sehr geeignet sind, sind <*» und γ- Monohydrate von Eisensesquioxid Fe₂O₃.H₂O.

Eine besonders vorteilhafte Verbindung zur Herstellung von Teilchen für fluidisierte Betten ist trihydratisiertes Aluminiumoxid Al-O-, · 3H_0, welche entweder in der Form von Hydrargillit verwendet werden kann, welches Wasser bei etwa 140° C bei Normaldruck abgibt, oder in der Form von Bayer it, welches einen großen Teil seines Wassers zwischen 120 und 160 C abgibt. Tr ihydratisiertes Aluminiumoxid kann eine endotherme Umwandlung durchmachen, wobei eine beträchtliche Wärmemenge aufgenommen werden kann, und zwar in einem vortielhaft niedrigen Temperaturbereich. Es wurde gefunden, daß e-'n derartiges Material für das erfindungsgemäße Verfahren zum thermischen Tempern sehr dünner Gläser geeignet ist, wobei die Glasscheiben eine Dicke von 3 mm oder weniger haben. Ein derartiges Tempern kann durchgeführt werden unter Verwendung von Luft als Fluidisierungsgas. Es ist nicht erforderlich, ein Gas spezieller Zusammensetzung zu verwenden, welches eine größere spezifische Wärme hat.

Beispiele für Teilchen, die adsorbierten oder absorbiertes Wasser enthalten, und die zur Herstellung des fluidisierten Bettes verwendet werden können, sind Teilchen aus feuchtem Siliciumdioxid oder aktiviertem Aluminium,

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und dieses Material kann bis zu 20 oder 30 Gewichtsprozent adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten. Ein anderes Beispiel sind Teilchen aus Silicatgel, welches absorbiertes Wasser enthält.

Wasser kann in das fluidisierte Bett bei Beginn des Verfahrens und/oder kontinuierlich oder intermittierend während des Verfahrens eingeführt werden. Dieses Wasser kann dazu verwendet werden, daß es von den Teilchen adsorbiert oder absorbiert wird, um zumindest teilweise den Wasserverlust dieser Teilchen zu kompensieren, und zwar unter den Bedingungen, die in dem fluidisierten Bett herrschen.

Die Granulometrie des fluidisierten Materials ist für den Wärmeübergang von Bedeutung. Die Kühlung des Glases erfolgt schneller, wenn kleinere Teilchen verwendet werden. Wenn jedoch die verwendeten Teilchen zu klein sind, so besteht die Gefahr, daß sie durch das Pluidisierungsgas aus dem Bett herausgetragen werden. Der geeignetste Größenbereich für die Teilchen hängt zum Teil von der Materialzusammensetzung der Teilchen ab, und insbesondere von deren spezifischem Gewicht. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das fluidisierte Material vollständig oder im wesentlichen vollständig aus Teilchen besteht, deren Größe im Bereich von 20 bis zu 250 Mikron liegt. Wenn Teilchen einer Größe in diesem Bereich verwendet werden, kann eine ausreichende Wärmeaustauschrate zum Tempern dünner Glasscheiben erreicht werden, wobei fluidisierte Teilchen verschiedenster Zusammensetzung verwendet werden können, ohne daß Probleme auftreten, die durch ein Hängenbleiben der Teilchen am Glas entstehen, wenn das Glas aus dem fluidisierten Bett heraus-

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genommen wird. Das Glas kann leicht dadurch gereinigt werden, daß Luft über dessen Oberflächen geblasen wird.

Wenn trihydratisiertes Aluminiumoxid als fluidisiertes Material verwendet wird, liegt die Teilchengröße vorzugsweise zwischen 40 und 15O Mikron, und insbesondere zwischen 40 und 120 Mikron. Diese Teilchengröße ermöglicht eine schnelle Kühlung und sichert eine große Oberflächenqualität von Glas, auch wenn Scheiben mit einer Dicke von 3 mm oder weniger behandelt werden.

Üblicherweise wird Luft als Fluidisierungsgas bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet. Es können, falls gewünscht, selbstverständlich auch andere Gase verwendet werden, wie beispielsweise Helium, Kohlendioxid oder

Vorzugsweise können die Teilchen des fluidisierten Bettes mit geringer Amplitude unter Schwingung gesetzt werden, und dies verhindert ein Zusammenbacken der fluidisierten Teilchen. Ferner können auch ftinere Teilchen unter diesen Umständen verwendet werden. Wenn die Teilchen einer Schwingung ausgesetzt werden, kann eine gewünschte Behandlung mit einer geringeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeit durchgeführt werden, was vorteilhaft ist, wenn Glasgegenstände behandelt werden, die wegen ihrer sehr hohen Temperatur oder aus anderen Gründen leicht beschädigt werden könnten. Vorzugsweise liegt die Schwingungsfrequenz zwischen 50 und 8000 Hz. Die Schwingungsbewegung kann mittels eines Vibrators erzeugt werden, der mit dem Fluidisierungsgefäß verbunden ist.

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Das Verfahren kann in einer Fluidisierungsvorrichtung, die an sich bekannt ist, durchgeführt werden, wobei ein Fluidisierungsgefäß vorgesehen ist, welches einen porösen Boden oder eine durchlässige Plattform hat, die über einer Druckkammer angeordnet ist, aus der Gas nach oben durch diesen Boden hindurchgedrückt wird, wobei dieser Boden im wesentlichen eine gleichförmige Verteilung der Strömung des Fluidisierungsgases über die gesamte Querschnittsfläche des Gefäßes sicherstellt. Vorzugsweise besteht der poröse Boden aus einer porösen Wand.

Es wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, eine poröse Wand zu verwenden, die verteilte kleine Poren aufweist, um das Fluidisierungsgas zu verteilen. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Poren kleiner als 60 Mikron. Dadurch ist ein sehr stabiles fluidisiertes Bett bei geringeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten aufrechtzuerhalten, als es sonst möglich wäre. Die Stabilität nimmt mit der Verminderung der Porengröße zu. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Porengröße kleiner ist als 10 Mikron, und optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Poren kleiner sind als 5 Mikron. Die Porengrößen werden durch einen Kapillartest ermittelt.

Andere Faktoren, die für die Stabilität des fluidisierten Bettes bei einer gegebenen Gasgeschwindigkeit von Bedeutung sind, umfassen die Permeabilität der porösen Wand.

Vorzugsweise sollte der Permeabilitätskoeffizient einen

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Wert von 6 χ 10 m nicht überschreiten. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Permeabilitätskoeffizient

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kleiner ist als 0,25 χ 10 m , und optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn der Permeabilitätskoeffizient kleiner

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ist als 0,05 χ 10 ¹¹m². Der Permeabilitätskoeffizient wird aus der Volumenströmungsrate des Gases durch die poröse Wand pro Quadratmeter Wandfläche für einen gegebenen Druckabfall durch die Wand hindurch gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:

ρ — P

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Strömungsrate/m = ρ ,

° t. /u

wobei ρ der Permeabilitätskoeffizient ist, P„ - P₁ der Druckabfall, t die Wandungsdicke und /a die Viskosität des Gases.

Eine Fluidisierungsvorrichtung, in der der poröse Boden, durch den das Fluidisierungsgas in das Bett aufsteigt, eine poröse Wand ist, deren Poren kleiner als 60 Mikron ist, unterscheidet sich von den bekannten Vorrichtungen und führt zur Ausbildung eines stabilen fluidisierten Bettes, und zwar nicht nur bei der thermischen Behandlung von Glas durch das erfindungsgemäße Verfahren, sondern auch für andere Zwecke. Die Vorrichtung an sich ist eine Erfindung.

Die erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtung weist ein Fluidisierungsgefäß auf, welches einen porösen Boden hat, der über einer Druckkammer angeordnet ist, aus der Gas nach oben durch den Boden hindurchgedrückt wird, und die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Boden aus einer porösen Wand besteht,deren Porengröße kleiner als 60 Mikron ist. Vorzugsweise sind die Poren kleiner als 10 Mikron, und insbesondere kleiner als 5 Mikron. Die poröse Wand hat einen Permeabilitätskoeffizienten unterhalb der oberen im Vorstehenden dargelegten Grenze. Vorzugsweise beträgt der Permeabilitätskoeffizient der po-

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_1 \ 2 rösen Wand weniger als 0,25x10 m , und insbesondere

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ist dieser Koeffizient kleiner als 0,05 χ 10 m .

Es soll nunmehr auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen Werden.

Fig. 1 ist eine grafische Darstellung einer charakteristischen Änderung der Höhe eines fluidisierten Bettes mit Zunahme der Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases
und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Biegen und thermischen Tempern von Glasscheiben, die die erfindungsgemäße Fluidisierungsvorrichtung aufweist.

In der grafischen Darstellung in Fig. 1 ist die Höhe H in Millimetern eines fluidisierten Bettes als Funktion der Geschwindigkeit V in cm/sec des Fluidisierungsgases aufgetreten. Die Betthöhe/Gasgeschwindigkeits-Kurve zeigt die Eigenschaft von fluidisierten Betten, daß mit Zunahme der Fluidisierungsgasgeschwindigkeit das anfangs kompakte Bett sich fortschreitend ausdehnt (Teil A der Kurve), bis die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit einen bestimmten Wert erreicht. Wenn jedoch die Gasgeschwindigkeit über diesen Wert zunimmt, fällt das Bett teilweise zusammen (Teil B der Kurve). Dieses Ansteigen und Abfallen der Bettoberfläche führt zu einer Spitze, die als Expansionsspitze bezeichnet wird, in der Betthöhen-Geschwindigkeitskurve. Die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit V , bei der die Expansionsspitze auftritt, hängt von den Eigenschaften der fluidisierten Teilchen ab. Während eines weiteren Anstieges der Fluidisierungsgasgeschwindigkeit hört die Bett-

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oberfläche auf zu fallen, und die Betthöhe stabilisiert sich. Das Bett bleibt über einem bestimmten Gasgeschwindigkeitsbereich etwas stabil, jedoch oberhalb dieses Bereiches werden fluidisierte Teilchen aus dem Bett herausgeführt.

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage weist drei übereinander angeordnete Abschnitte auf: eine Heizstation 1, eine Station 2, in der die Glasscheiben gekrümmt werden, und eine Kühlstation 3. Diese drei Stationen werden durch einen Trägeraufbau 4 getragen.

Die Heizstation 1 weist einen Ofen 5 von bekannter Bauart auf. Dieser weist beispielsweise ein äußeres Gehäuse 6 auf, welches aas Eisenplatten besteht und eine innere hitzebeständige Auskleidung 7, in der Hohlräume angebracht sind, in welchen Heizelemente 8 aufgenommen werden. Die Heizelemente sind elektrische Widerstandsheizer. Im Boden des Ofens ist ein Schlitz 9 vorgesehen, durch den hindurch die Glasscheibe aus dem Ofen in die Station 2 der Anlage uelar.gen kann.

Die Station 2 hat einen an sich bekannten Aufbau, und es sind Einrichtungen vorgesehen, um die Glasscheiben zu biegen. Diese Einrichtungen weisen einen Stempel 10 und ein Gesenk 11 auf. Das relative Zusammenführen und Auseinanderführen dieser Gesenke wird durch Arbeitskolben 12 und 13 gesteuert, die am Träger 4 montiert sind.

Die Kühlstation 3 weist ein Fluidisierungsgef äß 4 auf, welches auf einer Tragplatte 15 montiert ist. Diese Tragplatte ist mit Rollen 16 ausgerüstet, die es erlauben, daß das Gefäß längs einer Schiene 17 bewegt werden kann.

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Das Gefäß 14 v/eist hohle Seitenwandungen auf, die einen Mantel 13 bilden, in dem ein Kühlmittel umlaufen kann. Dieses Kühlmittel tritt in den Mantel über Leitungen 19 ein und aus. Das Gefäß hat einen sich verbreiternden Mund 20, welcher ein überfließen der fluidisierten Teilchen verhindert. Am Boden des Gefäßes ist eine poröse Wand 21 vorgesehen, unter der eine Druckgaskammer 22 angeordnet ist. Diese Kammer weist eine Einlaßleitung 23 für das Fluidisierungsgas auf. Eine Masse 24 aus fluidisierten Teilchen ist in dem Gefäß vorhanden.

Eine Glasscheibe 25, die gekrümmt und getempert v/erden soll, wird durch Sangen 26 eines Scheibenhalterungs- und Transportmechanismus gehalten, der Ketten 27 aufweist, die an einem nicht dargestallten Antriebsmotor befestigt sind. Diese Ketten erstrecken sich in den Ofen 5 durch die Öffnung 28 im oberen Teil hindurch.

Diese Anlage wird in der folgenden Weise benutzt. Eine Glasscheibe wird in die Anlage in der Höhe der Biegestation 2 eingeführt und Wxrd dort von den Zangen 26 erfaßt Die Scheibe wird dann in den Heizofen über die öffnung 9 mittels des Antriebsmotors für die Kette 27 angehoben.

Die Scheibe wird auf eine hohe Temperatur durch die Wider Standsheizer 8 erhitzt. Wann die erforderliche Glastemperatur erreicht ist, wird die Scheibe 25 durch den Schlitz 9 in die Biegestation 2 abgesenkt. Die Foringesenke 10 und 11 werden gegen die heiße Glasscheibe durch die Kolben 12 und 13 geschlossen, und dadurch wird die Glasscheibe in die gewünschte Krümmung gebogen. Nach dem öffnen der Gesenke wird die nun gekrümmte Scheibe in den Kühlabschnitt abgesenkt, in dem die Masse 24 der Feststoff-

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teilchen in den f la idisierten Zustand durch das Fluidisierungsgas gebracht wurde, welches in das Gefäß 14 aus der Druckkammer 22 durch die poröse Wand 21 aufsteigt. Die Glasscheibe 25 tritt in das fluidisierte Bett ein und wird schnell in der erforderlichen Weise abgekühlt, um das Glas zu tempern. Wärme wird aus dem fluidisierten Bett durch das umlaufende Kühlmittel im Mantel 18 abgeführt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Anlage beschrieben.

Beispiel 1

Die Teilchen des fluidisierten Bettes 24 (Fig. 2) sind Teilchen aus triiiydratisiertem Aluminiumoxid. Die Teilchengröße betrug zwischen 40 und 120 Mikron, und die mittlere Hauptabmessung der Teilchen betrug 52 Mikron. Die poröse Wand 21 bestand aus gesinterter Bronze Class 03 Poral und hatte eine Dicke von 4,7 nun. Der Permeabili-

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tätskoeffizient dieser Wand betrug 0,4 χ 10 m , und die Porengröße in dieser Wand war kleiner als 2 Mikron. Die

Fläche des fluidisierten Bettes betrug 54 dm . Die grafische Darstellung in Fig. 1 zeigt die Höhenänderung als Funktion der Gasgeschwindigkeit eines fluidisierten Bettes aus Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid. Die Expansionsspitze im Fall dieses Bettes trat bei 0,48 cm/sec auf. Wenn ein derartiges Bett zur Durchführung des erfindungsgemäßen Glaskühlverfahrens verwendet wird, wird die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases oberhalb 0,48 cm/sec gehalten, und vorzugsweise oberhalb 0,5 cm/sec, jedoch nicht größer gemacht als 1,2 χ 0,48 = 0,57 6 cm/sec.

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Die Druckkammer 22 wurde mit Luft unter einem Druck in der Größenordnung von 8338,5 Pascal gespeist. Die Luftströmung, die zum Fluidisieren der Schicht aus Aluminiumoxidteilchen verwendet wurde, betrug 1Om /h, und dies entspricht einer Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von etwas über 0,5 cm/sec.

Glasscheiben mit Abmessungen von 50 χ 30 cm und einer Dicke von 3 mm wurden nacheinander gebogen und getempert. Nachdem die Glasscheiben an den Zangen 26 hingen, wurde jede Scheibe in den Ofen 5 eingeführt und dort für drei Minuten belassen. Der Ofen hatte eine mittlere Temperatur von etwa 72O° C. Während dieser Zeitdauer erreichte das Glas eine Temperatur im Bereich von 700 C bis 710 C. Das Glas wurde dann in die Biegestation gebracht, wo die Scheibe durch die Gesenke 10 und 11 geformt wurde. Die Scheibe verblieb zwischen den geschlossenen Gesenken etwa eine Sekunde. Die Scheibe wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 25 m/min in das fluidisierte Bett aus trihydratisiertem Aluminiumoxidteilchen gebracht, wobei das Bett Umgebungstemperatur hatte. Die Glasscheibe wurde in dem fluidisierten Bett sechs Sekunden belassen. Während dieser Zeit wurde die Glasscheibe schnell gekühlt und dabei thermisch getempert. Nach dem Herausnehmen der Scheibe aus dem Bett wurde sie auf Umgebungstemperatur abgekühlt.

Die Glasscheiben wurden nach dem Biegen und Tempern untersucht und getestet, um ihre Form und ihre optische Qualität zu prüfen und um ihren Teraperungsgrad und ihre Bruchcharakteristiken festzustellen.

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Es wurde gefunden, daß die Scheiben im wesentlichen frei von Deformationen waren. Die maximale Abweichung aus der idealen Form betrug 0,9 mm, gemessen in der Mitte der längeren Scheibenkante, und 1,3 mm, geraessen in der Mitte der kürzeren Scheibenkante. Die Glasscheiben hatten eine hohe optische Qualität und waren für Kraftfahrzeugwindschutzscheiben geeignet.

Die Scheiben waren ebenfalls sehr gut zur Verwendung als Kraftfahrzeugwindschutzscheiben geeignet. Die Zugspannungen im Mittelteil der Scheibendicke, gemessen durch ein

2 Mikropolariskop, betrug 68,67 N/mm .

Die Scheiben wurden gebrochen, um festzustellen, ob sie den Standardtestbedingungen genügen. Diese Testbedingungen machen erforderlich, daß die Scheibe durch den Schlag eines spitzen Hammers gegen einen Mittelabschnitt der Scheibe zerbrochen wird, wobei Bedingungen aufgestellt sind, welche die Bruchstückbildung der Scheibe festlegen. Dabei v/ird ein kreisförmiger Bereich von 1 50 mm im Durchmesser, dessen Mitte an der Schlagstelle lip-,t, und ein 2 cm breiter Randbereich der Scheibe außer acht gelassen. Die Scheiben erfüllen die Standardbedingungen, wenn wenigstens 40 Bruchstücke per 5 cm in den Zonen vorhanden sind, in denen die größten Bruchstücke auftreten, und

2 wenn nicht mehr als 3 50 Bruchstücke pro 5 cm in den Zonenvorhanden sind, in denen die kleinsten Bruchstücke auftreten. Die gekrümmten Glasscheiben, die erfindungsgemäß getempert wurden, erfüllten diese Standardbedingungen. Die minimale Anzahl von Fragmenten pro 50 χ 50 mm Zone im Bereich der größten Bruchstücke der gebrochenen Scheiben betrugen 67,und die maximale Anzahl von Bruchstücken pro 50 χ 50 mm Zone im Bereich der kleinsten Bruchstücke betrug 156.

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Glasscheiben mit Dicken von 2,8 und 2,1 mm wurden ebenfalls erfindungsgemäß entsprechend den vorstehenden Beispielen getempert, wobei die Heiszeiten in Ofen 160 und 130 Sekunden betrugen. Diese Scheiben hatten ähnliche hohe Qualitäten bezüglich der Fora, der optischen Eigenschaften und der Bruchcharakteristiken.

Beispiel 2

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage wurde verwendet, um flache Scheiben mit einer Abmessung von 60 χ 60 cm und einer Dicke von 2,65 mm zu tempern, ohne daß die Biegestation 2 verwendet wurde. Die anderen Bedingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1. Nach einer Erhitzung der Scheiben im Ofen 5 wurden sie in das fluidisierte Bett 24 aus Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid eingetaucht.

Die getemperten Scheiben waren flach und hatten sehr gute optische Qualitäten, und ihre Bruchcharakteristiken erfüllten die Standardtestbedingungen, die oben beschrieben wurden. Die Scheiben waren für Kraftfahrzeugfenster geeignet.

Beispiel 3

Glasscheiben, die den im Beispiel 2 verwendeten entsprechen, wurden getempert, wobei die gleichen Verfahrensbedingungen in dem Beispiel verwendet warden, mit der Ausnahme, daß Wasser in das fluidisierte Bett beim Eintauchen der verschiedenen Scheiben in das Bett eingeführt wurden, und die Scheiben wurden im Ofen 5 auf verschiedene Temperaturen erhitzt. Wenn das Kühlen unter Anwesenheit von Wasser im flui-

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disierten Bett durchgeführt wurde, mußten die Scheiben im Ofen 5 nicht auf eine so hohe Temperatur vorerhitzt werden, um die gleichen Temperwerte zu erreichen wie im Beispiel 2.

Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)

Zum Vergleich wurden Glasscheiben,wie im Beispiel 1 behandelt, gebogen und in der gleichen Anlage unter den gleichen Bedingungen getempert, mit der Ausnahme, daß die Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten für bestimmte der Scheiben unter 0,48 cm/sec lag und für andere oberhalb 0,6 cm/sec. Beim Arbeiten mit kleineren Gasgeschwindigkeiten wurde gefunden, daß die Glasscheiben in unannehmbarer Weise deformiert waren. Die Temperspannungen, die in die Glasscheiben eingeführt wurden, waren nicht so hoch. Wenn mit höheren Gasgeschwindigkeiten gearbeitet wurde, erfüllten die Bruchcharakteristiken der getemperten Scheiben nicht die oben erwähnten Standardwerte.

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Claims

Μϋΐ.Ι<ΕΙΙ-υθΚ.Κ · DEUFEL · SCHÖN · JI13IiT 13JL

PAT E Ii TA N¹IVA. I. T Γ.

DR. WOLFGANG (PATENTANWALT VON 1927-1075) DR. PAUL DEUFEL. DIPL-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL-CHEM. WERNER HERTEL., DIPL.-PHYS.

Hl/Gei.-B 1405

IB, Ml WB

BFG GLASSGROUP, 43, rue Caumartin, Paris / Frankreich

Verfahren zur Kühlung von Glas und Fluidisierungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Patentansprüche

Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einbringen des Glases in ein fluidisiertes Bett aus Teilchen unter derartigen thermischen Bedingungen, daß Wärme vom Glas auf das fluidisiarte Material übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases oberhalb des Wertes liegt, welcher der Expansionsspitze in der Betthöhe-Gasgeschwindigkeits-Kurve entspricht, jedoch nicht mehr als das 1,2-fache dieses V7ertes beträgt.

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8,1 -KIKDEHTSTR. 4 · POSTFACH SUO7S0 · ICABEL; SIIrEBOPAX ■ TEL (OSSi 47-100A-TEiEX S»S42S
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases wenigstens das 1,03-fache des Wertes ist, der dieser Expansionsspitze entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich, in welchem das Glas in dem fluidisierten Bett gekühlt wird und die Abkühlungsrate derart gewählt wird, daß das Glas thermisch getempert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Material aus Teilchen besteht oder Teilchen enthält, die eine endotherme Umformung dadurch durchmachen, daß man diese auf eine Temperatur erhitzt, die niedriger ist als die Temperatur des Glases, wenn dieses in das fluidisierte Bett eintritt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen, wenn diese die endotherme Umwandlung durchmachen, einen feinverteilten Rest zurücklassen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der fluidisierten Teilchen aus einem Material besteht, welches Hydroxyl-Gruppen enthält und/ oder Wasser, und welches endotherm wenigstens einige dieser Gruppen und/oder Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Eintrittstemperatur des Glases freigibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der fluidisierten Teilchen ein anorganisches hydratisiertes Salz enthalten oder andere anorga-

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nische Verbindungen, die Hydroxyl-Gruppen und/oder Bindungswasser enthalten.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der fluidisierten Teilchen Teilchen aus trihydratisxertera Aluminiumoxid sind.
9. Verfahren nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der fluidisierten Teilchen Teilchen sind, die Siliciumdioxid enthalten, aktiviertes Aluminiumoxid oder andere Substanzen mit adsorbiertem oder absorbiertem Wasser.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Material vollständig oder im wesentlichen vollständig aus Teilchen im Größenbereich von 20 Mikron bis zu 250 Mikron besteht.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus t^lhydratisiertem Aluminiumoxid eine Größe zwischen 40 Mikron und 150 Mikron haben.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Teilchenbett Schwingungen geringer Amplitude ausgesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand eintritt, deren Poren kleiner sind als 60 Mikron, vorzugsweise kleiner als Mikron und insbesondere kleiner als 5 Mikron.

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14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand eintritt, deren Permeabilitätskoeffizient 6 χ 10 m nicht übersteigt, und daß dieser Koeffizient vorzugsweise kleiner ist als

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0,25 χ 10 m und insbesondere kleiner als 0,05 χ 10 m
15. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Temperung einer Glasscheibe von nicht mehr als 3 nun Dicke.
16. Fluidisierungsvorrichtung mit einem Fluidisierungsgefäß, welches einen durchlässigen Boden aufweist, der über einer Druckkammer angeordnet ist, aus der Gas nach oben durch diesen Boden hindurchgedrückt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden aus einer porösen Wand besteht, deren Porengrößen kleiner sind als 60 Mikron.
17. Fluidisierungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der porösen Wand kleiner sind als 10 Mikron und insbesondere kleiner als 5 Mikron.
18. Fluidisierungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Permeabilitätskoeffizient

—11 2

der porösen Wand den Wert von 6 χ 10 m nicht übersteigt und daß der Koeffizient insbesondere kleiner ist

—11 2
als 0,25 χ 10 m und vorzugsweise kleiner als 0,05 χ
19. Glas gekühlt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 14.

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