DE3211392C2

DE3211392C2 -

Info

Publication number: DE3211392C2
Application number: DE3211392A
Authority: DE
Inventors: Alexander Basking Ridge N.J. Us Coucoulas; John Richard Trenton N.J. Us Nis
Original assignee: AT&T Technologies Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-04-02
Filing date: 1982-03-27
Publication date: 1988-01-14
Also published as: DE3211392A1; GB2096129B; GB2096129A; JPS57179042A; FR2503132B1; US4372771A; CA1191690A; FR2503132A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Extrudieren von Glas aus einer Glasschmelze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt (US-PS 24 95 956 und 41 95 982), geschmolzenes Glas unter Anwendung von Gasdruck zu extrudie ren. Man benutzt eine beheizte zylindrische Kammer mit Düsenöffnungen am unteren Ende und einer Druckgaszuführung am oberen Ende. Der Glasnachschub wird in Form einer abge dichteten Stange der Aufschmelzzone zugeführt. Über der Glasschmelzzone ist deshalb ein größerer Bereich abfallender Temperatur.

Die Erfindung geht von der Feststellung aus, daß sich in diesen Bereichen abfallender Temperatur Dämpfe niederschlagen können, was zu einer Änderung der Zusammen setzung der Schmelze führt.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Extrudieren von Glas zu schaffen, wobei die Schmelze ihre Zusammensetzung im wesentlichen beibehält.

Mit der Erfindung wird vermieden, daß ein Teil des verdampften oder durch den Dampf mitgerissenen Materials sich an der Innenseite des oberen, kühleren Kammerbereichs niederschlägt. Deshalb kann über längere Zeit extrudiert werden, ohne daß es zu schädlichen Krustenbildungen kommt. Solche Krusten könnten im übrigen auch Stoffe aus der Kammerwand oder der gasförmigen Umgebung aufnehmen und durch Schuppenbildung in die Schmelze fallen, was zu einer schlech ten Qualität des hergestellten Glasprodukts führen würde.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist in den An sprüchen 1 und 2 enthalten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen be schrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Glasextrusionsein richtung zur Erläuterung der Problemstellung,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform und

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glasextrusionseinrichtung.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Extrusionsein richtung 10 mit Gaskopf dargestellt. Die Einrichtung 10 besteht aus sogenanntem TZM-Material, d. h. einer Legierung aus ungefähr 0,5% Titan, 0,1% Zirkon, 0,02% Kohlenstoff und als Rest und Hauptbestandteil Molybdän. Die Einrich tung 10 ist aus einer zylindrischen Kammer 11 mit einer Kappe 12 am oberen Ende und einem Ringspalt 13 am Boden 14 aufgebaut. Der Ringspalt 13 kann durch Einfügung eines Kerns 15 in eine Öffnung 16 des Bodens 14 gebildet werden, wie dies im einzelnen in der US-PS 41 95 982 beschrieben ist. In der Kappe 12 ist ein Rohr 17 angebracht, welches in das Kammerinnere führt. Eine elektrische Spule 18 um gibt den unteren Teil der Kammer 11.

Im Betrieb wird die Kappe 12 entfernt und ein fester Glas klotz, z. B. erschmolzenes Siliciumglas, oder Glasstücke werden in den unteren Teil der Kammer 11 eingebracht, und die Kammer wird mit der Kappe geschlossen. Durch die Spule 18 wird elektrischer Strom geleitet, um den unteren Teil der Kammer 11 induktiv zu erhitzen und eine Heizzone 19 zu bilden. Der Klotz oder die Glasstücke werden auf eine Temperatur von etwa 2000°C gebracht, wodurch das Glas erweicht und in einen geschmolzenen Glaskörper 21 mit einer Viskosität von ungefähr 10⁵ Poise übergeht. Der Glasfluß führt zu einer wirksamen Abdichtung des engen Ringspaltes 13, wenn ein Gas, z. B. Argon, Helium oder dergleichen, in die Kammer 11 über das Rohr 17 geleitet wird und einen Druck von ungefähr 7 bar erzeugt. Der Gas druck führt zur Extrusion des Glaskörpers 21 durch den Ringspalt 13, wodurch ein Glasrohr 26 gebildet wird.

Das beschriebene Verfahren hat sich zur Extrusion von Glas rohren 26 als wirksam erwiesen, jedoch wurde festgestellt, daß ein wesentlicher Betrag von Kieselerde oder Silicium dioxid aus der Schmelze 21 verdampft. Die Kammer 11 steht unter nicht-isothermischen Bedingungen und enthält fremde Gasbestandteile infolge des Gasdruckkopfes oberhalb der Schmelze 21. Der gesamte Gleichgewichtsdampfdruck einer Siliciumdioxd-Schmelze bei 1777°C beträgt etwa 10^-4 bar und etwa 10^-3 bar bei 2070°C. Dieser Gesamtdruck bei 2070°C setzt sich aus folgenden Teildrücken für folgende gas förmige Elemente und Moleküle zusammen:

SiO ungefähr 10^-3 bar
O₂ ungefähr 8 × 10^-4 bar
O ungefähr 10^-4 bar
SiO₂ ungefähr 6 × 10^-5 bar
Si₂O₂ ungefähr 10^-9 bar

Wenn der Fremdgas-Druckkopf oberhalb der Schmelze verwen det wird, tritt ein Verlust an SiO₂ über Verdampfung in folge der offensichtlichen Nichtgleichgewichtsbedingungen in der Kammer 11 während der Extrusion des Glasrohres 26 auf. Ein feines Pulver 27 schlägt sich auf der Innenseite der kühleren oberen Region 28 der Kammer 11 ab. Die Pfeile vermitteln eine Andeutung über die Fließrichtung des ver dampften Materials. Das Pulver wurde durch Analyse mit Rasterelektronenmikroskop als vor allem Si enthaltend festgestellt. Solche Niederschläge von Pulver 27 können zu bedeutsamen Verlusten an SiO₂ führen, wenn Glasrohre 26 während längerer Zeit extrudiert werden. Zusätzlich kann das Pulver 27 schädliche Bestandteile aus der Kammer wandung sowie der gasförmigen Umgebung aufnehmen und in die Schmelze 21 zurückfallen, so daß ein Rohr 26 schlech ter Qualität extrudiert wird.

Es wurde festgestellt, daß mit der Anordnung von minde stens einer ebenen Abschirmung 29 (Fig. 2) in enger Nach barschaft zur Oberfläche der Schmelze 21 die Bildung von niedergeschlagenem Pulver 27 auf der Innenseite der Kam merwandung 11 bei im wesentlichen den gleichen Temperatu ren, Drücken und der beschriebenen gasförmigen Umgebung vermieden werden kann. In Fig. 2 ist eine Mehrzahl von parallelen, im Abstand zueinander angeordneten Abschir mungen 29-29 vorgesehen, die an Stangen 31 aufgehängt sind, wobei die unterste Abschirmung einen gewissen Ab stand von der Schmelze 21 einhält. Obzwar die Erfindung unter Verwendung einer einzelnen Abschirmung 29 reali siert werden kann, sorgt die Anwendung von der Vielfach abschirmanordnung für eine isolierende Schicht zwischen den einzelnen Abschirmungen, die auch zur Herabsetzung des Wärmeverlustes zum oberen Teil 28 der Kammer 11 führt. In einer speziellen Ausführungsform bestanden die Ab schirmungen 29-29 aus kreisförmigen Molybdänscheiben zwi schen 0,13 und 0,25 mm Dicke, die einen Abstand von etwa 3 mm von der inneren Wandung der Kammer 11 einnehmen. Die Abschirmungen 29-29 werden über Stangen 31-31 gehalten, die beispielsweise aus Wolfram bestehen und von der Kappe 12 herabhängen.

Obzwar die Ursache nicht völlig geklärt ist, scheinen die Abschirmungen 29 die Oberfläche der Schmelze effektiv ab zuschirmen und so den Verlust infolge Verdampfung der Schmelze 21 gering zu halten. Es werden nahezu Gleichge wichtsbedingungen aufrechterhalten, wie dies grob durch Pfeile angedeutet ist. Das Gleichgewicht zwischen SiO₂ (flüssig) und dem Dampfdruck dieser Flüssigkeit wird er zielt, die aus folgenden Bestandteilen besteht:
SiO, O₂, O, SiO₂ und Si₂O₂. Der gesamte Dampfdruck von SiO₂ bei 2000°C beträgt ungefähr 10^-3 bar. Wegen der hohen Temperatur der Abschirmung 29 schlagen sich nur gering fügige Beträge der verdampften Schmelze darauf ab.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei die Abschirmungen 29 a-29 a sich vom Rand aus nach innen zu einer zentralen Öffnung 32 neigen. Die Abschirmungen sind also als umgekehrter Kegel gestaltet und ermöglichen Glasstücken 33, in die Glasschmelze 21 über die zueinander ausgerichteten Öffnungen 32-32 zu fallen. Die Glasstücke 33 können entweder als Ursprungsladung im oberen Teil 28 oberhalb der oberen Abschirmung 29 eingebracht worden sein und bis zum Aufbrauchen der Ladung kontinuierlich gefördert werden, oder die Glasstücke können später in den oberen Bereich der Kammer 11 über einen nicht gezeigten Druck einlaß kontinuierlich zugeführt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine feste Glasstange 35 in Richtung des Pfeiles F kontinuierlich in die Heizzone 19 zur Ergänzung der Schmelze 21 gefördert wird. Der Querschnitt der Stange 35 ist etwas kleiner als der Innenquerschnitt der Kammer 11, so daß der Gasdruck kopf auf die Schmelze 21 einwirken kann, während gleich zeitig die Gesamtoberfläche, von welcher aus die Schmelze verdampfen kann, möglichst klein gehalten wird. Bei dieser Ausführungsform wirken die nicht geschmolzenen Teile der Stange zur Abschirmung der Oberfläche der Schmelze, wobei eine wesentliche Verdampfung des geschmolzenen Materials verhindert wird. Zusätzlich wird durch die kontinuier liche Zuführung der Stange 35 in die Schmelze 21 die An zahl der erzeugten Blasen weitgehend verringert. In einer speziellen Ausführungsform wurde eine feste erschmolzene Stange 35 aus Siliciumdioxid mit einem Durchmesser von etwa 3,3 cm in die Kammer 11 eingeführt, welche einen Innendurchmesser von ungefähr 3,54 cm aufwies. Eine Ab dichtung 34 in der Kappe 12 dichtet gegenüber der Stange 35 ab. Das Druckgas wird seitlich zugeführt, wie bei 17 dargestellt.

Claims

1. Vorrichtung zum Extrudieren von Glas aus einer Glasschmelze (21),
mit einer Kammer (11), in welcher die Schmelze (21) enthalten ist,
mit einer Heizeinrichtung (19), die das Glas in der Kammer (11) in geschmolzenem Zustand hält, und
mit einer Druckgaszuführeinrichtung (17) zur Aufrechterhaltung eines Gasdrucks in der Kammer (11) zum Extrudieren eines Teils der Schmelze (21),
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Anordnung aus einer oder mehreren Abschirmungen (29, 29 a) nahe oberhalb der Schmelze (21)
oder eine Glasstange (35) zur Ergänzung der Schmelze (21) sich soweit über den örtichen Querschnitt der Kammer (11) erstrecken, daß der Restspalt zur Kammerwand (11) ausreichend eng ist, die Verdampfungsverluste aus der Glasschmelze (21) infolge Niederschlag im oberen Kammerbereich gering zu halten, während andererseits sich der Gasdruck bis zur Oberfläche der Schmelze (21) fortpflanzen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung oder Abschirmungen (29 a) sich nach innen zu einer zentralen Öffnung (32) neigen und einen Zuführtrichter für Glasstücke (33) bilden, welche der Schmelze zugeführt werden und dabei die Verdampfungsverluste der Schmelze kompensieren.