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Verfahren zur Herstellung optischen Glases. Bei der Herstellung optischen
Glases, insbesondere auch bei sogenanntem optischem Massenglas, ist es sehr schwierig,
mehrere Schmelzen einer Glassorte mit möglichst übereinstimmenden optischen Eigenschaften
zu gewinnen, zumal sogar häufig die Teile eines Tiegelinhaltes untereinander schon
merkliche optische Abweichungen aufweisen. Auch wenn man z. B. Teile ein und desselben
Gemenges in mehreren gleich großen und gleich zusammengesetzten Tiegeln gleichzeitig
in ein und demselben Ofen einschmilzt, erhält man dennoch Schmelzen von mehr oder
weniger stark untereinander abweichender Zusammensetzung und Lichtbrechung. Dieser
für die Herstellung und Verarbeitung des optischen Glases offenbar sehr störende
Übelstand hat mehrere bekannte Ursachen.
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Wird ein Gemenge nicht auf verschiedene Tiegel verteilt, sondern für
jeden Tiegel ein besonderes Gemenge der gleichen Glassorte hergestellt, so sind
naturgemäß später die optischen Verschiedenheiten noch größer, zumal insbesondere
die Bestandteile der Gemenge praktisch nie chemisch rein sind- und z. B. in der
Regel verschiedenes spezifisches Gewicht aufweisen, auch Wiegefehler usw. unvermeidbar
sind.
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Diese Übelstände können in manchen Fällen gemildert, jedoch nicht
.beseitigt werden dadurch, daß man möglichst große Tiegel verwendet, welche aber
wieder andere Schwierigkeiten und Kosten verursachen.
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Um trotzdem Schmelzen von einer vorgeschriebenen oder doch der Schmelzvorschrift
soweit wie möglich oder nötig näher kommenden Zusammensetzung zu erhalten, wird
nach der Erfindung so gearbeitet, daß eine Glasschmelze, deren mittlere Zusammensetzung
von derjenigen der Vorschrift verschieden ist, nach Erstarrung zerkleinert und daß
darauf die zerkleinerte Masse durch Zumischen anderer zerkleinerter Glasschmelzen,
deren mittlere Zusammensetzung ja immer mehr oder weniger von derjenigen der ersten
Glasschmelze und der Vorschrift verschieden ist, auch wenn auf möglichste Gleichheit
hingearbeitet wurde, oder durch Zumischen einzelner Glasbestandteile der gewünschten
mittleren Zusammensetzung möglichst angenähert und nunmehr die Mischung fertig geschmolzen
wird. Zu diesem Fertigschmelzen ist nur noch eine kürzere, unter Umständen bei verhältnismäßig
niedriger Temperatur ausführbare Schmelzung nötig, welche die mittlere Zusammensetzung
nicht wesentlich ändert.
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Natürlich ist nicht ausgeschlossen, neben solchen ersten Schmelzen,
deren mittlere Zusammensetzung von der Vorschrift abweicht, auch solche erste Schmelzen
zu der endgültigen Mischung zu verarbeiten, welche mit der Vorschrift schon hinreichend
übereinstimmen.
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Die zu vergleichmäßigenden Glasmassen bestehen aus fertig oder unfertig
geschmolzenen Glasstücken; sie können also vor dem endgültigen Fertigschmelzen offenbar
auch Schlieren- und Blasenfehler enthalten und daher z. B. aus Abfallglas gebildet
werden.
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Das Verfahren setzt am besten in dem Zeitpunkt eint nachdem die Glasbildun-
im
wesentlichen abgeschlossen ist und nunmehr eine gegen Hitze,
Gase, Tiegelwandung, Feuchtigkeit, Zerstäuben und sonstige Einflüsse ziemlich unempfindliche,
dauernd lagerfähige und transportfähige, leicht zu zerkleinernde Glasschmelze gebildet
ist. Vorliegendes Verfahren bietet die praktische Möglichkeit, auch größere Glasmengen
als die eines einzelnen Tiegels in bessere Übereinstimmung mit der Vorschrift zu
bringen und die eingangs erwähnten Fehlerquellen völlig auszugleichen.
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In der allgemeinen Glastechnik ist es bekannt, ein Gemenge bei verhältnismäßig
niedriger Hitze einzuschmelzen, diese Vorschinelze durch Wasser erstarren zu lassen
und zu zerkleinern und die zerkleinerte Masse in anderen Öfen bei höchster Läutertemperatur
fertig zu schmelzen. War hiermit auch eine Vergleichmäßigung der Masse verbunden,
so wurde doch eine Berichtigung der Zusammensetzung nicht beabsichtigt und erzielt.
Insofern waren der Zweck und die Wirkung verschieden von denen des vorliegenden
Verfahrens, das offenbar nur für optisches Glas in Betracht kommt. Die einzelnen
Ausführungsformen des Verfahren haben noch mit anderen, in der allgemeinen und optischen
Glastechnik bereits bekannten Maßnahmen gewisse, aber nur äußerliche Ähnlichkeiten.
So ist es z. B. naturgemäß an sich bekannt, daß man Zuschläge zu schmelzendem Glas
oder zu kalten Glasbrocken, geben kann. Aber auch diese Zuschläge unterlagen den
bei dem Schmelzen zwecks Glasibildung und bei der Läuterung unvermeidlichen Störungen
des Mengenverhältnisses und sie hoben solch:: Störungen weder für den Inhalt eines
einzelnen Tiegels noch insbesondere für größere Glasmengen auf.
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Einige der neuen eigenartigen Wirkungen und der unmittelbaren und
mittelbaren Vorteile für die Herstellung optischen Glases sollen an Hand einiger
Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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Handelt es sich um besonders große oder um ständig zu ergänzende Mengen
oder um ein möglichst leichtes Mischen mit kleinen Maschinen, oder will man z. B.
durch Zusätze usw. bequem Fehler ausgleichen oder mittels einer verhältnismäßig
geringen Zahl vorgeschmolzener Glassorten zahlreiche in bestimmter Weise abgestufte
Glasarten von genau regelbarer Zusammensetzung erzielen, so teilt man die Vorschmelzen
in Gruppen und läßt zunächst die Schmelzen einer Gruppe gesondert für sich allein
mischen. Beim Beschicken der Endschmelztiegel wird dann von einer Vielzahl solcher
Gruppenmischungen je eine genau bestimmte gleiche oder verschiedene Masse abgeteilt
und diese abgeteilten Posten in den Endschmelztiegel gebracht. Durch verhältnismäßig
kleine Einzelposten vieler sich ergänzender großer Vorschmelzengruppen hat man es
in der Hand, die Wahrscheinlichkeit von Abweichungen nach Art und Größe in der Endschmelze
entsprechend zu verringern.
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Die Vorteile einer der Vorschrift möglichst angenäherten Zusammensetzung
optischen Glases sind für die meisten Glassorten naheliegend und zahlreich. Neben
einer Erhöhung der Glasausbeute, zumal man überdies ja auch Abfallglas verwerten
kann, ist z. B. eine genaue regelmäßige Innehaltung bestimmter optischer Eigenschaften
des anzuwendenden Glases für den Bau optischer Instrumente erwünscht, da hierdurch
eine einfache und schnelle Herstellung begünstigt wird. Denn wenn z. B. die Brechungsexponenten
mancher Gläser derselben Glassorte beträchtlich schwanken, so werden kostspielige
Glasuntersuchungen ständig erforderlich sowie schwierige Berechnungen, die Leistung
des betreffenden Instrumentes kann verringert und ein einfaches schematisches Zusammenbauen
behindert werden.
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Außer diesen optischen Wirkungen des Verfahrens kommt z. B. noch in
Betracht, daß eine gleichmäßige Mischung der Glasbestandteile in der Regel sehr
viel schwieriger auszuführen ist als es die gleichmäßige Mischung bereits verglaster
vorgeschmolzener und zerkleinerter Stücke ist. Das Gemenge braucht also nicht mehr
derart sorgfältig wie bisher zerkleinert und vermischt werden, was ein erheblicher
Vorzug des Verfahrens ist. Statt wie bisher aus Rücksicht auf das später erfol ;ende
Entschlieren ziemlich enge und steile Schmelztiegel zum Einschmelzen zu benutzen.,
wird man hier zum Vorschznelzen im Gegenteil möglichst flache Tiegel oder Schalen,
welche bereits für gewöhnliches Glas vorgeschlagen wurden, benutzen können, so daß
das in breiter, aber niedriger Schicht schwimmende unverglaste Gemenge mit den Seitenwänden
des Gefäßes gar nicht oder nur ganz unerheblich in Berührung kommen kann und von
:dem verhältnismäßig großen Boden trotzdem durch eine Glasschicht getrennt bleibt,
während frisches Gemenge allmählich in kleinen Mengen gleichmäßig aufgelegt wird.
Die Schalenform des Tiegels erlaubt, die Heizung durch die Tiegelwandung hindurch
zu vermeiden; statt dessen kann nunmehr etwa eine Zuführung, der Schmelzwärme durch
einen glühenden Deckel z. B. mittels Strahlungswärme oder mittels elektrischen Stromes
erfolgen, ohne daß eine unmittelbare oder schädliche Berührung der Gemengeteile
mit den (verhältnismäßig kühl bleibenden) Tiegelwandungen stattzufinden braucht.
Ein
anderes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß man das Gemenge nicht fertig zusammenstellt,
sondern z. B. vorerst einen oder mehrere Bestandteile des Enderzeugnisses nicht
völlig beimengt, wie z. B. Quarzmehl. Hierdurch erreicht man, daß das Gemenge leichter
und schneller bei niedriger Hitze schmilzt. Nach dem Abkühlen der glasigen Vorschmelze
werden dann die noch fehlenden Bestandteile beigemengt und unter Umständen in einem
zweiten Vorschmelzen oder in der Endschmelze einverleibt. Diese Ausführungsform
gewährt die praktisch sehr erwünschte Möglichkeit, die Zusammensetzung und Eigenschaften
des optischen Glases genauer als bisher durch kleine Zugaben usw. für große Glasmengen
wirkungsvoll regeln zu können, nachdem die chemischen Umsetzungen im wesentlichen
bereits vollzogen sind.
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Während man bisher in mancher Beziehung bei der genauen Zusammensetzung
optichen Glases stark vom Zufall abhängig war, kann man nun planmäßig bestimmte
Zusammensetzungen auch bei beliebig großen Glasmengen erreichen. Denn da. Vorschmelzen
und Endschmelzen zeitlich ganz unabhängig voneinander sind, so erhält man die praktisch
-wertvolle Möglichkeit und vor allem genügend Zeit, um nach, vollzogener chemischer
Umsetzung selbst langdauernde sorgfältige Untersuchungen der Vorschmelze vorzunehmen
und auf Grund dieser dann planmäßig vorzugehen und etwaige Abweichungen noch rechtzeitig
aufzuheben oder auszugleichen. Dies war bei der bisherigen Darstellung optischen
Glases in einem Arbeitsgang praktisch nicht durchführbar.
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Diese Ausführungsform dürfte sich unter Umständen z. B. auch dann
empfehlen, wenn es sich bei einer Glassorte um die gleichzeitige Vereinigung ganz
leichter mit ganz schweren Bestandteilen handelt, welche sich sonst in . Gemengeform
nur schwer aus irgendwelchen Gründen vereinigen lassen würden, oder wenn mehrere
Stoffe nur möglichst kurze Zeit miteinander erhitzt werden sollen. Überhaupt gewährt
diese Ausführungsform für viele Glassorten, welche Schwierigkeiten beim Niederschmelzen
des Gemenges zeigen oder sich stark im Hafen verändern, erhebliche Erleichterungen
verschiedener Art und dürfte voraussichtlich auch zur Darstellung neuartiger Glassorten
dienlich sein können.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird in einem gleichmäßig ausgeglasten
Tiegel mit verschließbarem Bodenauslaß ein Gemenge in'kontinuierlichem Betriebe
und ohne Tiegelverlust in beliebiger Gewichtsmenge niedergeschmolzen. Das aus den
Auslaßöffnungen abfließende Glas wird entweder durch feste, flüssige oder gasförmige
Albkühlmittel abgeschreckt oder man läßt es zu .großen Klumpen zusammenfließen,
welche dann später zerkleinert und gemischt werden. Die Erzeugnisse des kontinuierlichen
Vorschmelzbetriebes werden gemäß der Erfindung in einzelne Posten zusammengefaßt,
gemäß der Erfindung berichtigt und schließlich in einer kontinuierlichen Schmelzvorrichtung
fertig geschmolzen. Es können also auch bei Anwendung des kontinuierlichen Betriebes
in der Zusammensetzung der Vorschrift möglichst angenäherte Schmelzen in beliebig
großer Menge erhalten werden. Nunmehr kann ein ständiger Schmelzbetrieb trotz langer
Dauer optisches Glas von gleichbleibenden vorgeschriebenen optischen Eigenschaften
liefern, was bisher praktisch außerordentliche Schwieriglceiten bereitete.