DE3720526A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profiliertem glasrohr - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profiliertem glasrohrInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von profilierten Glasrohren.
Mit Hilfe verschiedener kontinuierlicher Rohrziehverfahren,
wovon die bekanntesten das Danner-Verfahren, das Vello-Ver
fahren und das A-Zug-Verfahren sind, werden bisher nur
Glasrohre mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt.
Beim Danner-Verfahren fließt das in der Wanne fertig
geschmolzene Glas durch eine Speiserrinne und gelangt durch
eine Öffnung (Düse) auf einen Keramikzylinder (Pfeife), der
sich in einem Muffelofen befindet und eine hohle Achse
aufweist. Die Pfeife ist leicht geneigt und dreht sich
während des Ziehvorgangs. Das aus dieser Düse austretende
Glas wird kontinuierlich auf dem Keramikzylinder aufge
wickelt. Wegen der leichten Neigung der Pfeife fließt der
Glasbelag langsam zur Pfeifenspitze (Pfeifenkopf) und wird
von dort in einem kontinuierlichen Strang von einer in
einiger Entfernung stehenden Ziehmaschine abgezogen. Durch
die hohle Achse kann Luft geblasen werden. Durch Variation
dieser Luftmenge und der Ziehgeschwindigkeit sowie durch
Änderung der Temperatur in dem Muffelofen können unter
schiedliche Rohrdurchmesser und Wanddicken hergestellt
werden.
Beim Vello-Verfahren fließt das in der Wanne fertiggeschmol
zene Glas durch eine Speiserrinne in einen Ziehkopf, wobei
die Temperatur soweit abgesenkt wird, daß aus dem Ziehkopf
Rohre oder Stäbe gezogen werden können. Der Ziehkopf hat
unten eine kreisrunde Öffnung (Auslaufring).
Unterhalb oder innnerhalb dieser Öffnung sitzt ein nach
unten erweiterter Dorn (Nadel). Der Schaft dieser Nadel ragt
durch den Auslaufring und die Glasmasse hindurch nach oben,
wo er oberhalb des Glasspiegels in einem Nadelhalter
befestigt ist und zur exakten Zentrierung in alle 3
Raumrichtungen verschoben werden kann. Durch die hohle Achse
der Nadel kann Luft geblasen werden. Das Glas fließt durch
den Ring über die Nadel zunächst nach unten und wird dann in
die Horizontale umgelenkt. In einiger Entfernung steht eine
Ziehmaschine, die den Rohr- bzw. Stabstrang kontinuierlich
abzieht. Ünterschiedliche Rohrabmessungen können durch
Änderung der Temperatur des Glases, Blasluftdruck, Durchsatz
und Ziehgeschwindigkeit eingestellt werden.
Das A-Zug-Verfahren entspricht dem Vello-Verfahren, jedoch
mit dem Unterschied, daß der Rohrzug nicht in die Horizonta
le umgelenkt wird, sondern senkrecht nach unten gezogen
wird. Die Ziehtemperaturen sind etwas niedriger als beim
Vello-Verfahren. Man erhält durch dieses Verfahren größere
Rohre als beim Vello-Verfahren.
Die Herstellung von Rohren, deren Wandung ein irgendwie
geartetes Profil aufweist, wurde bisher nach diesen genann
ten Verfahren noch nicht versucht, da in der Fachwelt
Vorurteile bezüglich der Durchführbarkeit bestanden, wie
dies beispielsweise aus den Druckschriften Sprechsaal, 114.
Jahrgang, Heft 5/81, S. 340-343, Glastechn. Ber. 54 (1981)
Nr. 5, S. 131-135, Journal of Non-Crystalline Solids 7
(1972), S. 203-220 und Journal of Non-Crystalline Solids
(1971) S. 377-388 von E. Roeder bzw. E. Roeder et al. zu
entnehmen ist.
In diesen Druckschriften wird im Zusammenhang mit dem dort
beschriebenen Strangpreßverfahren ausgeführt, daß zur Her
stellung von scharfkantigen Profilen eine Erniedrigung der
Verarbeitungstemperatur und somit eine hohe Viskosität
erforderlich ist.
Die bei den konventionellen kontinuierlichen Rohrziehver
fahren wesentlich höher liegende Verarbeitungstemperatur und
damit niedrigere Viskosität des Glases würde aufgrund der
Oberflächenspannung zu Kantenverrundungen führen.
Weitere Vorurteile bestanden darin, daß das Glas aufgrund
der großen Zähigkeit nicht durch enge Spalten fließen würde,
keine ebenen Flächen herstellbar seien und die Profilierung
nicht reproduzierbar sei. Außerdem seien enge Toleranzen nur
durch Wiederziehen, Kalibrieren oder Schrumpfen herstellbar.
Zum Erfolg bei der Herstellung von profilierten Glasrohren
führte bisher nur das Strangpreßverfahren, wie es aus der
DE-OS 35 16 920 bekannt ist. Durch die Anwendung eines
kombinierten Strangpreß- und Durchziehverfahrens werden
faserverstärkte Stangen und Vollprofile aus anorganischen
Gläsern oder aus Gläsern hergestellt, die in eine Glaskera
mik überführt werden können, wobei deren Kernzone mit
kontinuierlichen Fasern verstärkt ist.
Wie aus Sprechsaal, 114. Jahrgang, Heft 5/81, S. 340-343,
Glastechn. Ber. 54 (1981) Nr. 5, S. 131-135, Journal of
Non-Crystalline Solids 7 (1972), S. 203-220 und Journal of
Non-Crystalline Solids (1971) S. 377-388 von E. Roeder bzw.
E. Roeder et al. hervorgeht, können mit diesem Strangpreß
verfahren auch Rohre mit beliebigen Innen- und Außenprofilen
hergestellt werden. Dieses Verfahren hat jedoch die Nachtei
le, daß nur Formteile mit beschränkten Abmessungen herstell
bar sind, und daß das Verfahren
wegen der erforderlichen hohen Drücke zu aufwendig und
kostspielig ist, um über den Einsatz auf Spezialgebieten
hinaus eine Bedeutung für die Massenherstellung zu erlangen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren und
eine Vorrichtung, mit dem innen- und/oder außenprofilierte
Rohre auf einfache Weise kostengünstig in großen Mengen
herstellbar sind.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung
gemäß den Ansprüchen erreicht.
Erfindungsgemäß werden die profilierten Glasrohre dadurch
hergestellt, daß ein kontinuierliches Rohrziehverfahren
verwendet wird, daß während des Ziehvorgangs die Glasschmel
ze über einen profilierten Formkörper geführt wird, daß die
Viskosität des Glases im Bereich des Formkörpers auf einen
Wert zwischen 3.104 und 106 dPas eingestellt wird, daß
während des Ziehvorgangs im Innenraum des sich ausbildenden
Rohres der Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck auf einen
Wert kleiner 20 mbar eingestellt wird und daß diese
Viskositäts- und Druckwerte unter Berücksichtigung des
Durchsatzes der Glasschmelze derart aufeinander abgestimmt
werden, daß das abgezogene Rohr das gewünschte Profil mit
der gewünschten Konturschärfe aufweist.
Als Rohrziehverfahren können die eingangs beschriebenen
Verfahren (Danner-, Vello-, A-Zug-Verfahren) eingesetzt
werden, wobei ein profilierter Formkörper im Innern des sich
ausbildenden Rohres angeordnet wird. Vorzugsweise wird als
Formkörper beim Danner-Verfahren ein profilierter Pfeifen
kopf und beim Vello- und A-Zug-Verfahren eine profilierte
Nadel und ein kreisförmiger oder profilierter Auslaufring
verwendet.
Das Glas wird mit einem Rührer in einem Teil des Speisers,
in dem die Viskosität des Glases noch unter 2000 dPas liegt,
homogenisiert. Das so thermisch und chemisch homogenisierte
Glas wird über die Speiserrinne dem Ziehkopf zugeführt.
Dabei wird die Temperatur soweit erniedrigt, daß das Glas im
Ziehkopf eine zum Profilrohrziehen geeignete Viskosität
erhält.
Alle Rohrziehverfahren bewegen sich in einem für das
jeweilige Verfahren charakteristischen Viskositätsbereich,
wobei sich die Viskositätsbereiche aller Verfahren in
gewisser Weise überschneiden. Dieser Viskositätsbereich
liegt bei einigen 104 bis ca. 106 dPas. In einem anderen
Viskositätsbereich ist kein Ziehverfahren durchführbar, das
auf einer freien Formgebung wie bei dem Danner-, Vello- oder
A-Zug-Verfahren beruht.
Beim Ziehen von Profilrohren ist zwar der gleiche Viskosi
tätsbereich nutzbar, jedoch muß auf die Wahl der Viskosität
wegen ihres starken Einflusses auf die Ausprägung des
Profils besonderes Augenmerk gelegt werden. Dies war eine
der überraschenden Feststellungen bei den ersten Profilzieh
versuchen. Um mit einem vorgegebenen Werkzeug eine bestimmte
Ausprägung des Profils zu erhalten, darf man sich nur in
einem engen Viskositätsbereich bewegen. Um ein scharf
ausgeprägtes Profil zu erhalten, muß die Viskosität im
Formgebungsbereich erhöht werden. Um mit dem gleichen
Werkzeug ein schwach ausgeprägtes verrundetes Profil zu
erhalten, muß man in einem Bereich niedriger Viskosität
arbeiten. In dieser Eigenschaft liegt der wesentliche
Unterschied zu den üblichen Ziehverfahren für runde Rohre,
wo dieser Effekt nicht auffällt und außerdem keine Rolle
spielt.
Neben der Viskosität des Glases sind die Parameter Innen
druck, Glasdurchsatz, Ziehgeschwindigkeit und Abmessungen
der Formwerkzeuge
entscheidend, wobei alle Parameter entsprechend aufeinander
abgestimmt werden müssen. Rohrdurchmesser und Wanddicke sind
unabhängig voneinander wählbar. Die Ziehgeschwindigkeit ist
für eine vorgegebene Rohrabmessung (Außendurchmesser und
Wanddicke) aufgrund des Kontinuitätsgesetzes mit dem Glas
durchsatz korreliert.
Es hat sich überraschend gezeigt, daß bei entsprechender
Einstellung der Parameter entgegen der Vorurteile Rohre mit
scharfkantigem Profil hergestellt werden können, wobei ein
Eckenradius von bis zu 0,1 mm erreichbar ist. Die erwartete
starke Verrundung aufgrund der Oberflächenspannung ist nicht
eingetreten. Diesem Effekt kann auch dadurch entgegengewirkt
werden, daß die Kontur des Formkörpers mehr oder weniger
stark überzogen ausgebildet wird. Auch ist die Maßgenauig
keit der Profilrohre überraschenderweise ebenso gut wie die
der üblichen runden Rohre.
Wird erfindungsgemäß das Danner-Verfahren eingesetzt, so
wird die Viskosität des Glases beim Auslauf aus der Düse auf
2-4.103 dPas eingestellt. Während das Glas über die Pfeife
läuft, wird durch den im Muffelofen eingestellten Tempera
turgradienten die Viskosität erhöht, so daß am Pfeifenkopf,
wo das Rohr geformt wird (Ziehzwiebel), an der Außenhaut
eine Viskosität von 4-10.105 dPas vorliegt, was sich je nach
Durchmesser und Wanddicke des zu fertigenden Rohres richtet.
Der genaue Wert der Viskosität des Glases bei der Formgebung
ist abhängig von der Rohrdimension, die gefertigt werden
soll (es können Rohre mit Außendurchmesser von 1 bis 100 mm
und Wanddicken von 0,2 bis 10 mm gezogen werden), der
Temperatur im Muffelofen, von der Glasart, dem Durchsatz und
den Ziehwerkzeugdimensionen.
Mit Hilfe des Danner-Verfahrens und eines profilierten
Pfeifenkopfes wurden außen runde, innenprofilierte Rohre
(das Profil ist im Querschnitt wellenförmig mit 12 Wellen)
aus Kalk-Natron-Glas gezogen:
Pfeifenkopfdurchmesser:200 mm
Abmessungsbereich:10-40 mm
Blasluftdruck:0,5-10 mbar
Viskosität in der Ziehzwiebel:4-10 · 10⁵ dPa · s
Temperatur in der Ziehzwiebel:810-850°C
r R ist der Krümmungsradius der Rillen des innenprofilierten
Rohres, r Z ist der Krümmungsradius der nach innen weisenden
Zacken des wellenförmigen Profils.
Wie dieses Beispiel zeigt, ist es auch möglich, bei gleichem
Formkörper durch geeignete Wahl der Parameter den Rohrdurch
messer zu verändern, wobei dann allerdings die Kontur des
Profils mit zunehmendem Rohrdurchmesser unschärfer wird.
Wird erfindungsgemäß das Vello-Verfahren oder das A-Zug-Ver
fahren eingesetzt, dann wird die Viskosität im Auslaufbe
reich des Ziehkopfes auf 3.104 bis 4.105 dPas bzw. 5.104 bis
5.105 dPas eingestellt. Während das Glas durch den Ringspalt
zwischen Auslaufring und Nadel und weiter über die Nadel
läuft, um dann in der Ziehzwiebel zum fertigen Rohr geformt
zu werden, kühlt es weiter ab. Die Viskosität im Formge
bungsbereich ist daher etwas höher als an der letzten
Meßstelle im Ziehkopf. Nachdem das Glas aus dem Auslaufring
spalt ausgetreten ist, kühlt es an der freien Oberfläche
wegen der Wärmeabstrahlung schneller ab als im Volumen. Je
nach Ziehbedingungen kann dieser Temperaturunterschied 10
bis 30°C betragen.
Für die Glasmengensteuerung genügt neben der Kenntnis des
vertikalen Abstandes zwischen Auslaufring und Nadel, durch
den die Fläche des Austrittsringspalts bestimmt wird, die
Messung der Temperatur im Speiserkopf. Für die Formgebung
dagegen ist die Temperatur des Glases auf der profilierten
Nadel und in der Ziehzwiebel entscheidend.
Die Viskosität des Glases auf der profilierten Nadel wird
einerseits durch die Beheizung des Ziehkopfes und anderer
seits durch den vertikalen Abstand der Nadel zum Auslaufring
eingestellt.
Je tiefer die Nadel unter dem Auslaufring steht, umso höher
ist der Durchsatz (größerer Ringspalt). Der Durchsatz muß
aber in bestimmten Grenzen gehalten werden, die von der
Größe der Nadel und des Auslaufrings sowie von den
Rohrdimensionen abhängen. Deshalb wird die Temperatur im
Auslaufbereich erniedrigt, wenn die Nadel abgesenkt werden
soll. Dadurch wird das Glas im Mittel kälter und zäher. Es
können Rohre mit größerem Durchmesser und dickerer Wandung
hergestellt werden. Für die Profilierung des Rohres bedeutet
dies, daß die Kanten spitz und das Profil scharf ausgeprägt
sind.
Wird die Nadel zum Auslaufring hin hochgezogen, so wird der
freie Querschnitt im Ringspalt kleiner. Um den Durchsatz zu
halten, wird die Temperatur des Glases erhöht, die Viskosi
tät nimmt ab. Es können Rohre mit dünner Wandung hergestellt
werden.
In diesem Fall verrunden die Kanten und das Profil wird
schwächer ausgeprägt.
Bei der Herstellung von dickwandigen Rohren bleibt die
Außenkontur kreisförmig rund, während die Rohrinnenseite
profiliert ist.
Bei dünnwandigen Rohren dagegen erhält auch die Außenseite
aufgrund der Oberflächenspannung des Glases eine der
Innenseite analoge Profilierung, d.h. an den dicken Stellen
zieht sich das Glas zusammen und wird noch dicker, an dünnen
Stellen dagegen wird es noch dünner.
Beim Vello- und A-Zug-Verfahren kann dieser Effekt dadurch
beseitigt und dem Rohr eine kreisförmige Außenkontur gegeben
werden, indem dem Auslaufring eine zu dem sich mit einem
kreisförmigen Auslaufring ergebenden Außenprofil komplemen
täre Form gegeben wird. Auf diese Weise sind auch dünnwandi
ge, außen kreisförmig runde Rohre mit Innenprofil herstell
bar.
Beispiele für herstellbare Konturen der Rohrinnenseite sind
scharfe Kanten mit Krümmungsradien herab bis zu 0,1 mm,
beliebig verrundete Kanten, Rippen, Wellen, Lamellen, ebene
und gewölbte Flächen.
Durch entsprechende Gestaltung des Auslaufrings lassen sich
die genannten Profile auch auf der Außenseite des Rohres
erzeugen. Der Auslaufring wird dann ebenfalls mit sich in
Ziehrichtung erstreckenden Rillen versehen, so daß der
Auslaufring im Querschnitt beispielsweise wellen- oder
sternförmige Gestalt aufweist.
Mit dem Vello-Verfahren werden Rohre mit einem Außendurch
messer von 1 bis ca. 60 mm und einer Wanddicke von 0,2 bis 7
mm hergestellt. Beim A-Zug-Verfahren werden Rohre zwischen
30 und 300 mm Außendurchmesser und 1 bis 10 mm Wanddicke
gefertigt. Diese angegebenen Werte stellen aber keine
verfahrensbedingten absoluten Grenzen nach oben und unten
dar, sondern haben nur wirtschaftliche Gründe.
Mit Hilfe des Vello-Verfahrens und einer profilierten Nadel
wurden innenprofilierte Rohre (das Profil ist im Querschnitt
wellenförmig mit 12 Wellen) aus Borosilikatglas gezogen:
Durchmesser der Nadel:110 mm
Durchmesser des Rings:100 mm
Blasluftdruck:0-20 mbar
Mit einem symmetrisch profilierten Ziehwerkzeug kann durch
seitliche Verschiebung der Nadel auch ein unsymmetrisches
Profil auf dem Rohr erzeugt werden, wobei die Seite auf dem
Rohr schärfer und feiner strukturiert ist, auf der der
Ringspalt schmäler ist (das Glas ist auf dieser Seite
kälter). Umgekehrt kann durch seitliche Verschiebung der
Nadel eine Unsymmetrie des Profils, die auf einer Tempera
turinhomogenität beruht, ausgeglichen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus,
daß entweder eine Rohrziehanlage nach Danner mit einem
Pfeifenkopf oder eine Rohrziehanlage nach Vello mit einer
Nadel bestückt ist, die an der Oberfläche Rillen und Stege
aufweisen, deren Anzahl beliebig ist und die in beliebigen,
auch unsymmetrischen Formen ausgebildet sein können.
Bei einer Verwendung einer Rohrziehanlage nach Danner sind
diese Rillen und Stege des Pfeifenkopfes in Ziehrichtung
schraubenförmig oder parallel ausgebildet.
Der Pfeifenkopf besteht vorzugsweise aus hitzebeständigem
Stahl. Die Außenkanten (Stege) des profilierten Pfeifenkopfs
sind zylindrisch, in Ziehrichtung konisch verjüngt oder
konisch erweitert. Die Innenkanten (Rillen) des Pfeifenkopfs
sind zylindrisch, in Ziehrichtung konisch verjüngt oder
konisch erweitert. Die stärkste Profilierung wird mit einem
konisch erweiterten Pfeifenkopf erreicht. Bei dem gewöhn
lichen Dannerverfahren werden zur Herstellung von runden
Rohren nur konisch verjüngte Pfeifenköpfe eingesetzt.
Bei der Verwendung einer Rohrziehanlage nach Vello weist die
Nadel einen oberen zylindrischen Abschnitt und einen unteren
Formgebungsabschnitt mit größerem Durchmesser als dieser
obere Abschnitt auf, wobei der Formgebungsabschnitt die
Rillen und Stege aufweist, die sich in Ziehrichtung
erstrecken. Der zylindrische Teil besteht aus hitzebestän
digem Stahl. Der Formgebungsabschnitt besteht aus einem
hitzebeständigen Material, z.B. aus hitzebeständigem Stahl
mit oder ohne Überzug aus Edelmetall oder aus Keramik mit
einem Überzug aus einer hitzebeständigen Metallegierung.
Als Edelmetall kommt vor allem eine Platinlegierung in
Betracht. Diese Rillen und Stege können so ausgebildet sein,
daß der Pfeifenkopf bzw. die Nadel eine im Querschnitt
sternförmige oder wellenförmige Gestalt aufweist. Die Rillen
und/oder Stege sind spitz und/oder abgerundet ausgebildet,
was sich je nach dem gewünschten Rohrprofil richtet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Formgebungsab
schnitt der Nadel eine im Querschnitt kissenförmige Gestalt
aufweisen.
Die Rillen und Stege auf der Nadel verlaufen immer parallel
zur Achsrichtung und können in Ziehrichtung zylindrisch,
konisch verjüngt oder konisch erweitert ausgebildet sein.
Zur Herstellung von Rohren, die auch oder nur außen ein
Profil aufweisen, ist die Innenfläche des Auslaufrings der
Vello-Anlage mit Rillen versehen, die sich ebenfalls in
Ziehrichtung erstrecken.
Bezüglich dieses Auslaufrings ist die profilierte Nadel
vertikal und/oder horizontal verstellbar angeordnet.
Die erfindungsgemäßen, im Verfahren hergestellten Rohre
zeichnen sich dadurch aus, daß deren Rohrwand ein Profil
aufweist, das sich in Richtung der Längsachse des Rohres
erstreckt. Dieses Profil ist bestimmt durch Rillen, die im
wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufen. Diese Rillen
können aber auch in Form einer Schraubenlinie längs der
Rohrachse an der Rohrinnenoberfläche angeformt sein.
Dies wird beim Vello- oder A-Zug-Verfahren dadurch erreicht,
daß das Rohr beim Abziehen durch Verschränken der Ziehketten
der Ziehmaschine in Rotation versetzt wird.
Bei innenprofilierten Rohren, die nach dem Danner-Verfahren
hergestellt sind, verlaufen die Rillen und Zacken der Rohre
aufgrund der Rotation der Pfeife immer in einer Schrauben
linie. Je nach Drehrichtung der Pfeife kann die Schraube
nach links oder rechts gewendelt sein. Die Steigung der
Schraube ist dabei abhängig vom Glasdurchsatz und von der
Ziehgeschwindigkeit.
Erfindungsgemäß kann das Profil auf der Innenseite des
Rohres (sog. Innenprofil) und/oder auf der Außenseite des
Rohres (sog. Außenprofil) angebracht sein, je nachdem, zu
welchem Produkt dieses profilierte Rohr weiterverarbeitet
werden soll.
Für aus diesen Rohren hergestellte Fläschchen ist vor allem
die Innenprofilierung vorteilhaft, weil sich dadurch opti
sche Effekte erzielen lassen, obwohl die äußere Oberfläche
glatt ist. Dies ist dort von Bedeutung, wo Wert auf eine
repräsentative Verpackung gelegt wird. Die außen glatte
Oberfläche läßt sich leicht reinigen und bedrucken, während
gleichzeitig das Füllvolumen größer erscheint. Besonders
vorteilhaft ist, daß innenprofilierte Fläschchen auf her
kömmlichen Fläschchenmaschinen verarbeitet werden können.
Darüber hinaus zeichnen sich Fläschchen aus innenprofilier
tem Rohr gegenüber den herkömmlichen Hüttenfläschchen durch
wesentlich geringeres Gewicht aus, da Wandstärken um 1 mm
möglich sind.
Bei Laborfläschchen wird durch die Innenprofilierung eine
bessere Durchmischung bei den Mischvorgängen erzielt, bei
denen die Flasche bewegt wird. Außerdem begünstigt die
größere aktive Innenoberfläche Vorgänge, wie Wärmeaustausch,
Lichtabstrahlung, die Vermehrung von Zellkulturen oder die
Aufheizung.
Bei Neon- und Leuchtstoffrohren aus innen- oder außenpro
filiertem Rohr lassen sich durch die Lichtbrechung aufgrund
der Profilierung vielfältige optische Effekte erzielen, so
daß die Röhre zugleich der Dekoration dient. Gleichzeitig
wird bei Verwendung von innenprofiliertem Rohr wegen des
größeren Verhältnisses von innerer, beschichteter Oberfläche
zu Gasvolumen eine höhere Lichtausbeute und somit ein
besseres Verhältnis von abgestrahltem Licht zu verbrauchter
elektrischer Leistung, d.h. ein höherer Wirkungsgrad erzielt
als bei den üblichen glatten Rohren.
Bei Röhren, die nur Innenprofilierung aufweisen, sind die
Baumaße die gleichen wie bei den herkömmlichen Neon- oder
Leuchtstoffröhren, so daß diese problemlos in die bisher
verwendeten Halterungen eingebaut werden können. Durch die
glatte Oberfläche sind diese leicht zu reinigen, weisen aber
trotzdem die genannten Vorteile auf.
Bei Luft-, Wasser- oder allgemein bei Gas-Flüssigkeits-Wär
metauschern kann durch Verwendung von außen-, bzw. innen
profiliertem Glasrohr die Baulänge (Baugröße) bei gleichem
Wirkungsgrad wesentlich verkleinert werden. Bei kreisrunden
Wärmetauscher-Querschnitten ist die Begrenzung des Wirkungs
grades des Wärmetauschers durch den schlechten α -Wert auf
der Gasseite gegeben. Durch die Profilierung vergrößert man
die Fläche, wodurch die Wärmemenge, die dem Gas entzogen
wird, wesentlich gesteigert wird. Auf diese Weise kann die
wärmetauschende Fläche sogar verdoppelt werden; außerdem
führt eine zusätzliche Verwirbelung zu einem verbesserten
Wärmeübergang.
Die Glasrohre, die für die oben genannten beispielhaften
Verwendungen geeignet sind, weisen vorzugsweise ein hinter
schnittenes Profil oder ein im Querschnitt sternförmiges
oder wellenförmiges Profil auf, wobei diese genannten
Profile Außen- oder Innenprofile sein können. Sternförmiges
Profil bedeutet auch, daß die Längsrillen, die dieses Profil
bilden, scharfe Kanten aufweisen.
Außen- und Innenprofil können vorzugsweise für Wärmetau
scherrohre derart kombiniert und ausgebildet sein, daß die
Wandstärke des Rohres längs des Rohrumfangs konstant ist.
Außen- und Innenprofil können insbesondere im Hinblick auf
eine Weiterverarbeitung als Parfümfläschchen auch derart
kombiniert und ausgebildet sein, daß die Wandstärke des
Rohres längs des Rohrumfangs variiert, d.h. daß das
Außenprofil komplementär zum Innenprofil ist.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a, b Seitenansicht und Querschnitt einer profi
lierten Nadel
Fig. 2a, b, c Querschnitte von Rohren, die mit der in Fig.
1 gezeigten Nadel hergestellt wurden
Fig. 3 Längsschnitt einer Nadel gemäß einer weiteren
Ausführungsform
Fig. 4 Draufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte
Nadel
Fig. 5a-d Querschnitte von Rohren, die mit der in den
Fig. 3 und 4 gezeigten Nadel hergestellt
wurden
Fig. 5 e, f Querschnitte von Rohren, die mit der in den
Fig. 3 und 4 gezeigten Nadel nach dem
A-Zug-Verfahren hergestellt wurden
Fig. 6a, b, 7a, b, 8a, b Querschnitte verschiedener profilierter Rohre
Fig. 9a Seitenansicht eines Wärmetauscherrohres
Fig. 9b Schnitt längs der Linie A-B durch das in Fig.
9a gezeigte Rohr
Fig. 10 Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Danner-Ziehanlage
Fig. 11a, b Draufsicht und Längsschnitt eines profilierten
Pfeifenkopfes
Fig. 12a, b Draufsicht und Längsschnitt eines profilierten
Pfeifenkopfes gemäß einer weiteren Ausfüh
rungsform.
In der Fig. 1a ist eine profilierte Nadel 1 einer Rohrzieh
anlage nach Vello im Maßstab 1:1 dargestellt, die aus einem
zylindrischen Abschnitt 2 und einem Formgebungsabschnitt 3
besteht. Die Nadel 1 ist in einer Halterung 4 beabstandet
zum Auslaufring 5 angeordnet.
Die Untersicht auf die Nadel 1 in Fig. 1b zeigt die
kissenförmige Gestalt des Formgebungsabschnittes 3, der für
die Herstellung von Quadratrohren geeignet ist.
Durch die zentrale Bohrung wird Luft in das sich bildende
Rohr geblasen.
Verschiedene Querschnitte der mit dieser Nadel 1 hergestell
ten Rohre 6 sind in den Fig. 2a, b, c im Maßstab 5:1
dargestellt. Der Eckenradius auf der Rohrinnenseite beträgt
0,3 mm.
Die gewählten Verfahrensparameter sind in Tabelle 3 zusam
mengestellt.
Glasart:Borosilikatglas
Rohrabmessungen:außen ca. 7,5×7,5 mm
innen 3,25×3,25 mm
innen 3,25×3,25 mm
Fig. 3 zeigt im Längsschnitt eine profilierte Nadel 1 im
Maßstab 1:1 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die aus
einem zylindrischen Abschnitt 2 und einem Formge
bungsabschnitt 3 besteht, dessen maximaler Durchmesser
wesentlich größer ist als der des Abschnitts 2 und auch der
des Auslaufrings 5. Durch die zentrale Bohrung 7 wird Luft
in das sich bildende Rohr geblasen.
In Fig. 4, die eine Untersicht auf die Nadel 1 zeigt, sind
die Rillen 8 und Stege 9 des Formgebungsabschnitts 3 zu
sehen, die diesem ein sternförmiges Aussehen verleihen.
Die Fig. 5a-d zeigen die mit dieser Nadel erzeugten
Glasprofile im Maßstab 5:1. Durch Erhöhung des Blasluft
drucks wurde eine Vergrößerung des Rohrdurchmessers erzielt.
Bei allen Rohrquerschnitten ist deutlich ein wellen- oder
sternförmiges Innenprofil zu sehen. Da ein runder unprofi
lierter Auslaufring 5 verwendet wurde, zeigt sich bei den
dünnen Rohrwandungen eine analoge Außenprofilierung dahin
gehend, daß die dünnen Stellen dünner und die dicken Stellen
dicker ausgeprägt sind.
Die Fig. 5e, f zeigt zwei Rohrprofile, die ebenfalls mit der
in Fig. 3, 4 gezeigten Nadel erzeugt wurden, allerdings nach
dem A-Zug-Verfahren.
Bei den dickwandigen Rohren bleibt die Außenoberfläche
glatt. Obwohl die in den Fig. 5a bis 5f gezeigten Rohre alle mit
der gleichen Nadel und dem gleichen Auslaufring hergestellt
worden sind, kann durch geeignete Wahl von Glastemperatur,
Glasmenge, Blasluftdruck und Ziehgeschwindigkeit nicht nur
der Durchmesser und die Wanddicke der Rohre, sondern auch
die Ausprägung des Profils beeinflußt werden.
Die Radien r R der Rillen 16 und die Radien r Z der nach innen
weisenden Zacken 17 des Innenprofils in den Fig. 5a bis 5f
betragen:
In der Fig. 6a bis 8b ist eine Auswahl von möglichen
herstellbaren Rohrprofilen dargestellt.
Das Profil gemäß der Fig. 6b entspricht etwa dem der Fig.
5a-e, wobei jedoch das Außenprofil durch einen leicht
profilierten Auslaufring 5 verstärkt wurde. Das gleiche gilt
für das sternförmige Profil in Fig. 7b und das wellenförmige
Profil in Fig. 8b. Die glatte runde Außenfläche in den
Fig. 6a, 7a, 8a wurde durch einen komplementären
Auslaufring erzielt, so daß der aufgrund der Oberflächen
spannung auftretenden Außenprofilierung entgegengewirkt und
diese kompensiert wurde.
Das scharfkantige sternförmige Innenprofil wurde durch eine
hohe Glasviskosität bei geringem Glasdurchsatz erreicht.
Fig. 8a zeigt ein hinterschnittenes Profil, das eine
besonders große Innenoberfläche aufweist und damit auch für
Wärmetauscherrohre geeignet ist.
Ein Wärmetauscherrohr mit einem ganz anderen Profil, das
ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
wurde, ist in den Fig. 9a (Seitenansicht) und 9b (Schnitt
längs der Linie A-B in Fig. 9a) dargestellt.
Für den Einbau in einen Wärmetauscher sind in den Enden noch
zylindrische Abschnitte 10 angeformt.
Das Profil wurde mit einer sternförmigen Nadel und einem
sternförmigen Auslaufring hergestellt, wobei ein äußerst
geringer Abstand zwischen Nadel und Auslaufring gewählt
wurde.
Alle dargestellten Profile lassen sich auch nach dem
A-Zug-Verfahren herstellen, mit dem Danner-Verfahren aller
dings nur diejenigen Profile, bei deren Herstellung ein
profilierter Außenring nicht erforderlich ist.
In Fig. 10 ist eine Danner-Ziehanlage im Längsschnitt zu
sehen. Dargestellt ist eine Dannerpfeife 11 mit profiliertem
Pfeifenkopf 12. Diese befindet sich in einem gasbeheizten
Muffelofen 15 und wird von der Pfeifenantriebsmaschine 13
gedreht. Aus der Düse 14 läuft das Glas aus der Speiserrinne
auf die Pfeife.
In der Fig. 11a ist die Draufsicht auf den Pfeifenkopf 12
dargestellt, der sternförmig ausgebildet ist und spitze
Rillen 8 und spitze Stege 9 aufweist. Fig. 11b zeigt den
Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 11a. Die Rillen 8 sind
in Ziehrichtung (in Fig. 11b nach rechts) konisch verjüngt,
während die Stege 9 zylindrisch ausgebildet sind. Durch die
Bohrung 7 wird Luft in das sich bildende Rohr geblasen.
Fig. 12a zeigt die Draufsicht eines wellenförmig profilier
ten Pfeifenkopfes 12, bei dem die Rillen 8 und Stege 9
abgerundet sind.
In Fig. 12b ist der Schnitt längs der Linie A-A in Fig.
12a zu sehen. Die Rillen 8 sind zylindrisch und die Stege 9
in Ziehrichtung (in Fig. 12b nach rechts) konisch erweitert
ausgebildet.
Claims (25)
1. Verfahren zur Herstellung von profiliertem Rohr aus
Glas, dadurch gekennzeichnet,
- - daß ein kontinuierliches Rohrziehverfahren verwendet wird,
- - daß während des Ziehvorgangs die Glasschmelze über einen profilierten Formkörper geführt wird,
- - daß die Viskosität des Glases im Bereich des Formkörpers auf einen Wert zwischen 3.104 und 106 dPas eingestellt wird,
- - daß während des Ziehvorgangs im Innenraum des sich ausbildenden Rohres der Überdruck auf einen Wert kleiner 20 mbar eingestellt wird
- - und daß diese Viskositäts- und Druckwerte unter Berück sichtigung des Durchsatzes der Glasschmelze derart aufein ander abgestimmt werden, daß das abgezogene Rohr das gewünschte Profil mit der gewünschten Konturschärfe aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dieser profilierte Formkörper im Innern des sich ausbilden
den Rohres angeordnet wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dannerverfahren verwendet wird, und
daß als dieser Formkörper ein profilierter Pfeifenkopf
verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich dieses profilierten Pfeifenkopfes die Viskosität
des Glases an dessen Außenhaut auf ca. 4.105-10.105 dPas
und an dessen Innenhaut auf eine Viskosität < 4.105-10.105
dPas eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung eines profilierten Rohres aus Kalk-Natron-Glas mit einem Durchmesser von 10-40 mm und einer Wanddicke von 0,5-2 mm ein profilierter Pfeifenkopf mit einem Durchmes ser von 200 mm verwendet wird,
daß die Viskosität im Bereich des Pfeifenkopfes auf einen Wert zwischen ca. 4.105 und 10.105 dPas eingestellt wird,
daß während des Ziehvorgangs im Innenraum des sich ausbil denden Rohres der Überdruck auf einen Wert zwischen 0,5 und 10 mbar eingestellt wird und
daß die Viskositäts- und Druckwerte unter Berücksichtigung des Durchsatzes von 280 kg/h derart aufeinander abgestimmt werden, daß das abgezogene Rohr das gewünschte Profil mit der gewünschten Konturschärfe aufweist.
daß zur Erzeugung eines profilierten Rohres aus Kalk-Natron-Glas mit einem Durchmesser von 10-40 mm und einer Wanddicke von 0,5-2 mm ein profilierter Pfeifenkopf mit einem Durchmes ser von 200 mm verwendet wird,
daß die Viskosität im Bereich des Pfeifenkopfes auf einen Wert zwischen ca. 4.105 und 10.105 dPas eingestellt wird,
daß während des Ziehvorgangs im Innenraum des sich ausbil denden Rohres der Überdruck auf einen Wert zwischen 0,5 und 10 mbar eingestellt wird und
daß die Viskositäts- und Druckwerte unter Berücksichtigung des Durchsatzes von 280 kg/h derart aufeinander abgestimmt werden, daß das abgezogene Rohr das gewünschte Profil mit der gewünschten Konturschärfe aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Vello- oder das A-Zug-Verfahren
verwendet wird und daß als dieser Formkörper eine profilier
te Nadel verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Viskosität des Glases im Bereich der profilierten Nadel
auf ca. 3.104 bis 5.105 dPas eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Viskosität des Glases auf der profilierten Nadel durch
den vertikalen Abstand der profilierten Nadel zu einem
Auslaufring und durch die Beheizung des Ziehkopfes einge
stellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
als Auslaufring ein profilierter Formgebungsring verwendet
wird, mit dem die Außenfläche des Rohres zusätzlich
profiliert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung eines profilierten Rohres aus Borosilikat glas mit einem Durchmesser von 10-40 mm und einer Wanddicke von 0,5-7 mm eine profilierte Nadel mit einem Durchmesser von 110 mm verwendet wird,
daß der vertikale Abstand zwischen diesem Auslaufring und der profilierten Nadel auf 2-7 cm eingestellt wird,
daß die Viskosität im Bereich der profilierten Nadel auf einen Wert zwischen ca. 7,3.104 und 1,8.105 dPas eingestellt wird,
daß während des Ziehvorgangs im Innenraum des sich ausbil denden Rohres ein Überdruck von 20 mbar erzeugt wird,
daß diese Viskositäts- und Druckwerte unter Berücksichtigung eines Durchsatzes von etwa 100-130 kg/h Glas derart aufeinander abgestimmt werden, daß das abgezogene Rohr das gewünschte Profil mit der gewünschten Konturschärfe auf weist.
daß zur Erzeugung eines profilierten Rohres aus Borosilikat glas mit einem Durchmesser von 10-40 mm und einer Wanddicke von 0,5-7 mm eine profilierte Nadel mit einem Durchmesser von 110 mm verwendet wird,
daß der vertikale Abstand zwischen diesem Auslaufring und der profilierten Nadel auf 2-7 cm eingestellt wird,
daß die Viskosität im Bereich der profilierten Nadel auf einen Wert zwischen ca. 7,3.104 und 1,8.105 dPas eingestellt wird,
daß während des Ziehvorgangs im Innenraum des sich ausbil denden Rohres ein Überdruck von 20 mbar erzeugt wird,
daß diese Viskositäts- und Druckwerte unter Berücksichtigung eines Durchsatzes von etwa 100-130 kg/h Glas derart aufeinander abgestimmt werden, daß das abgezogene Rohr das gewünschte Profil mit der gewünschten Konturschärfe auf weist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 mit einer Rohrziehanlage und mit einem Pfeifen
kopf nach Danner, dadurch gekennzeichnet, daß dieser
Pfeifenkopf (12) an seiner Oberfläche Rillen (8) und Stege
(9) aufweist, die sich in Ziehrichtung schraubenförmig oder
gerade erstrecken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Rillen (8) und Stege (9) derart ausgebildet sind,
daß der Pfeifenkopf (12) eine im Querschnitt sternförmige
Gestalt aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Rillen (8) und Stege (9) derart ausgebildet sind,
daß der Pfeifenkopf (12) eine im Querschnitt wellenförmige
Gestalt aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Rillen (8) und/oder Stege
(9) spitz und/oder abgerundet ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Rillen (8) und/oder Stege
(9) in Ziehrichtung zylindrisch und/oder konisch verjüngt
und/oder konisch erweitert ausgebildet sind.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 mit einer Rohrziehanlage und mit einer Nadel und
einem Auslaufring nach Vello, dadurch gekennzeichnet, daß
diese Nadel (1) einen oberen zylindrischen Abschnitt (2) und
einen unteren Formgebungsabschnitt (3) aufweist, der an
seiner Oberfläche Rillen (8) und Stege (9) aufweist, die
sich in Ziehrichtung erstrecken.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Rillen (8) und Stege (9) derart ausgebildet sind,
daß der Querschnitt des Formgebungsabschnitts (3) eine
sternförmige Gestalt aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Rillen (8) und Stege (9) derart ausgebildet sind,
daß der Querschnitt des Formgebungsabschnitts (3) eine
wellenförmige Gestalt aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt des Formgebungsabschnitts (3) eine
kissenförmige Gestalt aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Rillen (8) und/oder Stege
(9) in Ziehrichtung zylindrisch sind und/oder konisch
verjüngt und/oder konisch erweitert ausgebildet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß dieser Auslaufring (5) an seiner
Innenfläche Rillen aufweist, die sich in Ziehrichtung
erstrecken.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß diese profilierte Nadel (1)
bezüglich des Auslaufringes (5) vertikal und/oder horizontal
verstellbar ist.
23. Verwendung des nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1
hergestellten Rohres als Wärmetauscherrohr.
24. Verwendung des nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1
hergestellten Rohres als Neon- oder Leuchtstoffröhre.
25. Verwendung des nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1
hergestellten Rohres für die Herstellung von Kosmetik- oder
Laborfläschchen.
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GB2208165A (en) | 1989-03-08 |
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