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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf die Abgabe eines Glasstroms zur Bildung
von Glaschargen oder -posten für
die Glaswarenherstellung ausgerichtet und genauer gesagt auf eine
Vorrichtung zur Abgabe eines so genannten überfangenen Glasstroms, bei welchem
ein inneres oder Kernglas von einem äußeren oder Überfangglas umgeben ist.
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Hintergrund und Aufgaben
der Erfindung
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Es
ist bereits vorgeschlagen worden, einen überfangenen Glasstrom zum Formen
von Glaswaren mit beschichteten Wandabschnitten bereitzustellen.
US-A-4,740,401 und US-A-5,855,640 beispielsweise offenbaren Verfahren
zur Abgabe eines solchen überfangenen
Glasstroms, bei welchen Kernglas aus einer ersten Quelle durch mindestens
eine erste Öffnung
oder Düse
abgegeben wird. Mindestens eine zweite Öffnung oder Düse ist in
vertikalem Abstand unterhalb und ausgerichtet zu der ersten Düse angeordnet
und ist von einer Kammer umgeben, die mit der zweiten Düse durch
einen Bemessungsspalt zwischen der ersten und der zweiten Düse in Verbindung
steht. Ein beheiztes Rohr gibt Überfangglas
aus einer zweiten Quelle an die Kammer ab, welche die zweite Düse umgibt.
Das Glas strömt
durch Schwerkraft in solcher Weise von der ersten und der zweiten
Quelle durch die erste und die zweite Düse, dass aus der zweiten Düse ein überfangener
Glasstrom austritt. Dieser überfangene
Glasstrom kann mittels herkömmlicher
Verfahren abgeschert werden, um einzelne überfangene Glasposten zur Abgabe
an herkömmliche
Formungsmaschinen für
Glaswaren zu bilden.
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Eine
Vorrichtung zur Bildung eines überfangenen
Glasstroms entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus
US-A-5,855,640 bekannt. Dort ist ein Metallgehäuse mit einer Metallpfanne zum
Stützen
der Düsenringe
vorgesehen. Darüber hinaus
sind ein Kühlverteiler
aus Metall sowie ein Treibstoff/Luftverteiler aus Metall an der
Pfanne vorgesehen, und eine Treibstoff/Luft-Verbrennungskammer ist
zwischen dem unteren Düsenring,
der Pfanne und dem Treibstoff/Luft-Verteiler ausgebildet. Der Vorteil der
Verwendung von Gas als Heizmittel wird durch die komplexe Gestaltung
der Vorrichtung und die Schwierigkeit, die Temperatur an unterschiedlichen
Stellen der Vorrichtung richtig zu regulieren, ins Gegenteil verkehrt.
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US-A-5,855,640
erwähnt
außerdem,
dass bei herkömmlichen
Düsenringen
der keramische Düsenring
in einer Metallpfanne gehalten wird und von der Pfanne durch eine
Schicht aus isolierendem Pulver isoliert ist. Der Düsenring
kann entweder elektrisch oder mit Gas aufgeheizt werden. Ein Beispiel für einen
elektrisch geheizten Düsenring
ist in BE-479,663A, 7 gezeigt. Eine Heizspule umgibt den äußeren Umfangsrand
eines Düsenrings,
der dem ersten Düsenring
entspricht, und wird durch einen hochtemperaturbeständigen Ring
und eine Metallpfanne gestützt.
Es ist nicht offenbart, wie diese Gestaltung in einer Vorrichtung
zur Bildung eines überfangenen
Glasstroms mit einem ersten und einem zweiten Düsenring und einer Kammer zwischen den äußeren Bereichen
derselben zur Abgabe von Überfangglas
an den Bemessungsspalt zu verwenden ist.
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Obwohl
die in einigen der erwähnten
Patentanmeldungen offenbarten Verfahren sich Problemen zuwenden,
die zuvor auf diesem Gebiet auftraten, und diese überwinden,
bleiben weitere Verbesserungen wünschenswert.
Beispielsweise bleibt ein Problem bestehen, was die Gleichförmigkeit
der Verteilung der Dicke des Überfangglases
um den Umfang des Kernglasstroms herum betrifft. Die erwähnten Patente
lehren, dass die Abmessungen des Bemessungsspaltes um die Düsen herum
derart gewählt werden,
dass dem Überfangglas
ein einheitlicher Strömungswiderstand
an allen Stellen umfänglich
um den Spalt herum entgegengesetzt wird. Bei den in den erwähnten Patenten
offenbarten bevorzugten Ausführungsformen
sind die Abmessungen jedes Spaltes, sowohl parallel als auch senkrecht
zur Strömung
des Überfangglases,
um den Spalt herum einheitlich. Bei der Realisierung dieses Verfahrens
ist festgestellt worden, dass die Dicke des Überfangglases in einem Verhältnis von
bis zu 2 : 1 um den Umfang des Kernglasstromes herum schwanken kann. Eine
Computermodellierung sowie Temperaturmessungen zeigen an, dass diese
Dickenungleichmäßigkeit
zumindest teilweise auf einen Wärmeverlust
und folglich auf die Erhöhung
der Viskosität
in dem durch die Kammer zu dem Bemessungsspalt fließenden Überfangglas
zurückzuführen ist.
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US-A-5,935,286
offenbart ein Verfahren, um dieses Problem des Wärmeverlusts indirekt anzugehen,
indem der Bemessungsspalt um die ausgerichteten Düsen herum
ungleichmäßig bemessen
wird. Speziell weist die Breite des Bemessungsspaltes in einer Richtung
senkrecht zur Strömung
des Überfangglases
durch den Bemessungsspalt (d. h. axial zu dem überfangenen Glasstrom) eine
breitere Abmessung auf jener Seite des Bemessungsspaltes auf, die
dem Eintritt des Überfangglases
in die den Bemessungsspalt umgebende Kammer entgegengesetzt ist.
Durch ungleichmäßige Dimensionierung des
Spaltes in dieser Weise wird der dem Glasstrom durch den Bemessungsspalt
entgegengebrachte Widerstand derart maßgeschneidert, dass zumindest teilweise
die größere Strecke
der Glasbewegung durch die Kammer und der größere Hitzeverlust während der
Bewegung kompensiert wird, so dass die Gleichförmigkeit des dem Glasstrom
entgegengebrachten Widerstandes auf dem gesamten Glasströmungsweg
durch die Kammer und den Bemessungsspalt verbessert wird. Die Realisierung
dieses Verfahrens hat typischerweise die Gleichmäßigkeit der Dicke des Überfangglases
auf eine Größenordnung von
1,1 : 1 bis 1,2 : 1 verbessert.
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Obgleich
das in dem erwähnten
Patent offenbarte Verfahren die Gleichförmigkeit der Dicke des Überfangglases
wie angegeben verbessert hat, bleiben weitere Verbesserungen wünschenswert.
Beispielsweise kann ein Bemessungsspalt für ein Überfangglas mit einer speziellen
Temperatur und Strömungscharakteristik
ausgelegt werden, kann aber möglicherweise
für ein Überfangglas
mit einer anderen Temperatur oder Strömungscharakteristik nicht genauso
gut geeignet sein.
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Allgemeine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung
zur Abgabe eines überfangenen
Glasstroms der in den zuvor erwähnten
Patenten offenbarten Gattung bereitzustellen, mit welcher eine verbesserte
Gleichförmigkeit der
Dicke des Überfangglases
um den Umfang des überfangenen
Glasstroms herum erzielt wird. Spezieller ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung der beschriebenen Gattung bereitzustellen,
bei welcher der Wärmeverlust
während
des Strömens
des Überfangglases
durch die Überfangglaskammer
zu dem Bemessungsspalt direkt angegangen wird, indem dem Überfangglas
während
des Strömens
durch die Kammer Wärme
zugeführt
wird, und zwar mit dem Ziel, eine konstante Glastemperatur und damit
konstante Viskosität
des Glases während
des Strömens
durch die Überfangglaskammer zu
dem Bemessungsspalt und durch diesen hindurch aufrechtzuerhalten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Eine
Vorrichtung zur Bildung eines überfangenen
Glasstroms mit einem inneren Kernglas, das von einem äußeren Überfangglas
umgeben ist, weist eine erste Düse
zur Aufnahme von Kernglas aus einer ersten Quelle sowie einen Düsenring,
der eine zweite Düse
in vertikalem Abstand unterhalb und ausgerichtet zu der ersten Düse bildet,
auf. Eine Kammer umgibt die zweite Düse und steht mit der zweiten
Düse über einen
Bemessungsspalt zwischen der ersten und der zweiten Düse in Verbindung. Überfangglas
wird von einer zweiten Quelle in solcher Weise an die Kammer abgegeben,
dass Glas durch die Schwerkraft von der ersten und der zweiten Quelle
durch die Düsen
strömt,
um den überfangenen
Glasstrom zu bilden. Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Heizring aus hochtemperaturbeständigem Material
unterhalb des Düsenrings
angeordnet und enthält
mindestens ein elektrisches Heizelement, das in dem hochtemperaturbeständigen Material
des Heizrings eingebettet ist. Das elektrische Heizelement ist somit
außerhalb
der Überfangglaskammer
angeordnet, um dem durch die Kammer zu dem Bemessungsspalt fließenden Überfangglas
Wärme zuzuführen. Der
Heizring liegt unterhalb der gesamten Unterseite des Düsenrings
und weist Konturen zur unmittelbar zugewandten Anlage an diesem
auf, um Wärmeenergie
durch den Düsenring
zu dem Glas in der Überfangglaskammer überzuleiten.
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Darüber hinaus
ist mindestens ein Temperatursensor in dem Heizring eingebettet,
um die Temperatur des Heizrings abzufühlen, und eine Steuerschaltung
spricht auf den Temperatursensor an, indem sie selektiv Elektroenergie
in das Heizelement einspeist. In der offenbarten Ausführungsform
der Erfindung gibt es eine Mehrzahl von elektrischen Heizelementen
und eine entsprechende Mehrzahl von Temperatursensoren, die in dem
Heizring eingebettet sind. Diese Spulen können parallel zu einer gemeinsamen
Steuerschaltung geschaltet sein oder können mit entsprechenden separaten
Temperatursteuerschaltungen verbunden sein, welche auf die zugehörigen Sensoren
ansprechen, um separat Elektroenergie in die mehreren Heizelemente
einzuspeisen. Der Bemessungsspalt kann eine einheitliche Abmessung um
den Spalt herum aufweisen oder ist vorzugsweise ungleichmäßig gestaltet
bemessen, wie in dem zuvor erwähnten
Patent offenbart ist. Das kontrollierte Zuführen von Wärmeenergie an das Überfangglas, während dieses
durch die Kammer fließt,
in Kombination mit dem Vorsehen eines ungleichförmigen Bemessungsspaltes für das Überfangglas
verbessert die Gleichförmigkeit
der Überfangglasdicke
um den überfangenen
Glasstrom herum.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen
und Vorteilen am besten durch die folgende Beschreibung, die anhängenden
Ansprüche
und die begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
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1 ein
fragmentarischer, schematischer Aufriss eines Glasabgabesystems
entsprechend einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 eine
fragmentarische Schnittansicht der Düsenringe, des Heizrings und
des Bemessungsspalts in dem System aus 1 in vergrößertem Maßstab ist;
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3 eine
Aufsicht des Heizrings in der Ausführungsform der 1 und 2 ist;
die
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4 und 5 im
Wesentlichen entlang den Linien 4-4 bzw. 5-5 in 3 genommene
Schnittansichten sind;
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Gussform zum Gießen des Heizrings aus den 3 – 5 ist;
und
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7 ein
schematisches Diagramm der Steuerschaltung zum Einspeisen von elektrischer Energie
in den Heizring in der Vorrichtung aus den 1 – 5 ist.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 stellt
ein System 10 zur Abgabe eines überfangenen Glasstroms dar.
Ein erster Vorherd 12 gibt Kernglas an eine Ausflusswanne 14 ab,
die an ihrem unteren Ende mindestens eine Öffnung 16 aufweist.
Die Wanne 14 ist von einem schützenden Gehäuse 18 umgeben, welches
vorzugsweise aus nichtmagnetischem Metall wie etwa rostfreiem Stahl aufgebaut
ist. Ein Rohr 20 reguliert die Abgabe von Glas aus der
Wanne 14 durch die Öffnung 16 hindurch
zu mindestens einer ersten Düse 22 in
einem oberen Düsenring 24 unterhalb
der Wanne 14 und durch diese hindurch. Ein unterer Düsenring 26 trägt mindestens
eine zweite Düse 28,
die unterhalb der Düse(n) 22 angeordnet
ist und axial zu dieser/n ausgerichtet ist. Die Düse 28 ist
von einer ringförmigen Kammer 30 umgeben,
die zwischen den Düsenringen 24, 26 ausgebildet
ist. Die Kammer 30 steht mit der Düse 28 durch einen
seitlichen Bemessungszwischenraum oder -spalt zwischen den Düsen 22, 28 in Verbindung.
Die Kammer 30 ist durch einen seitlichen Kanal 32 und
ein Zufuhrrohr 34 mit der Öffnung 36 am unteren
Ende einer Wanne 38 für Überfangglas
verbunden. Die Wanne 38 enthält ein Abgaberegulierungsrohr 40 und
ist mit einem Vorherd 42 für Überfangglas verbunden. Das
Zufuhrrohr 34 wird mit Hilfe von Steuerelektronik 49 elektrisch
aufgeheizt, um die Strömung
des Überfangglases
zu der Kammer 30 aufrechtzuerhalten. In dem bis hierher
beschriebenen Umfang ist das System 10 in 1 im Wesentlichen
gleich demjenigen, das in dem zuvor erwähnten US-Patent 5,855,640 offenbart
ist.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung liegt ein Heizring 46 unter
dem unteren Düsenring 26. Die
Oberseite des Heizrings 46 weist Konturen zur unmittelbar
zugewandten Anlage an der Unterseite des unteren Düsenrings 26 auf,
und zwar für
eine verbesserte Überleitung
von Wärmeenergie
durch den Ring 26 hindurch an die Kammer 30 und
den Kanal 32. Der Heizring 46 umfasst zumindest
ein elektrisches Heizelement 48, das in hochtemperaturbeständigem Material
wie etwa Keramik eingebettet ist, aus welchem der obere Düsenring 24 und
auch der untere Düsenring 26 aufgebaut
sind. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
in den Zeichnungen dargestellt ist, umfasst die Heizeinrichtung 48 drei
Heizelemente oder Spulen 48a, 48b und 48c,
welche alle in das hochtemperaturbeständige Material des Rings 46 eingebettet
werden, wenn der Ring gegossen wird. Jede Heizspule 48a, 48b, 48c weist
ein Leitungspaar 50a, 50b, 50c zum Anschluss
an eine externe elektrische Heizsteuerschaltung 54 auf
(7). Wie in den 4 – 6 gezeigt ist,
ist eine Heizspule 48a derart angeordnet, dass sie unter
dem Einlasskanal 32 für Überfangglas
und dem angrenzenden Teil der Kammer 30 liegt, während die anderen
Heizelemente 48b, 48c derart angeordnet sind,
dass sie unter den verbleibenden Hälften der Kammer 30 liegen. 6 stellt
die Gussform zum Gießen
des Rings 46 dar, wobei die Heizspulen 48a, 48b und 48c in
dem Gussformhohlraum angeordnet sind, indem sie um zugehörige Stifte
herum gewunden sind, aber vor dem Eingießen des keramischen Materials
in die Form. Ein Satz von Temperatursensoren 52a, 52b und 52c wird
einzeln in den Ring 46 dicht angrenzend an die zugeordneten
Heizspulen 48a, 48b und 48c eingebettet.
Somit fühlt
jeder Temperatursensor 52a, 52b und 52c die
Temperatur des Heizrings dicht an der zugehörigen Heizspule ab. Die Heizspulen
sind vorzugsweise dicht angrenzend an die Oberseite des Rings 46 angeordnet,
d. h. sind in eingebautem Zustand der Unterseite des unteren Düsenrings 26 zugewandt
und liegen an dieser an.
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7 stellt
die Temperatursteuerelektronik 54 dar, welche separate
Temperatursteuerschaltungen 54a, 54b, 54c umfasst,
die jeweils mit zugeordneten Heizspulen und Temperatursensoren verbunden
sind. Jede Steuerschaltung 54a, 54b und 54c empfängt eine
zugehörige
Eingabe von einer manuellen oder automatischen Steuereinrichtung
zum Einstellen der gewünschten
Temperatur an der zugehörigen
Heizspule. Somit reguliert jede Temperatursteuerschaltung das Einspeisen
von Elektroenergie in die zugehörige
Spule in Funktion einer Differenz zwischen der eingegebenen gewünschten
Temperatur und der tatsächlich
an dem zugehörigen
Sensor gemessenen Temperatur. Das Steuerschema aus 7 liefert
somit eine Einrichtung zum separaten Steuern der Übertragung
von Wärmeenergie
an das Überfangglas,
während
dieses durch verschiedene Abschnitte des Kanals 32 und
der Kammer 30 strömt. Alternativ
können
alle Heizspulen 48a, 48b und 48c parallel
zu dem Ausgang einer einzelnen Steuerschaltung geschaltet sein.
Bei dieser Realisierung können
alle Heizspulen eine identische Länge aufweisen, so dass alle
Spulen die gleiche Menge an Wärmeenergie
erzeugen.
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Der
obere Düsenring 24,
der untere Düsenring 26 und
der Heizring 46 bilden somit eine geschichtete Düsenring-Teilanordnung. Wie
in 2 gezeigt ist, wird derzeit bevorzugt, dass der
Bemessungsspalt 56 zwischen den Düsenringen 24, 26 eine ungleichmäßige Abmessung
aufweist, wie in dem zuvor erwähnten
US-Patent 5,935,286 offenbart ist. Es wird angenommen, dass die
Kombination aus wirksamem Zuführen
von Wärmeenergie
an das Überfangglas,
während
dieses durch die Düsenringanordnung
strömt,
so dass der Wärmeverlust
in dem Überfangglas
und das daraus folgende Problem einer unterschiedlichen Viskosität des Überfangglases
reduziert wird, insbesondere in Kombination mit einem ungleichmäßigen Bemessungsspalt 56 eine
verbesserte Regulierung der Dicke des Überfangglases in dem letztendlichen überfangenen
Glasstrom bietet. Ein gleichmäßiger Bemessungsspalt
für Überfangglas,
wie er in den zuvor erwähnten
US-Patenten 4,740,401 und 5,855,640 offenbart ist, kann jedoch auch
angewandt werden, ohne von der vorliegenden Erfindung in ihren breitesten
Aspekten abzuweichen.
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Während des
Anlaufbetriebs des in 1 dargestellten Überfangglassystems 10 wird
Elektroenergie in erhöhtem
Maße in
die Heizelemente 48a, 48b, 48c eingespeist,
so dass die Düsenringgehäuse-Teilanordnung
aufgeheizt wird und etwaiges Glas, das in dieser von einem früheren Betrieb
erstarrt sein kann, aufgeschmolzen wird. Wenn die Düsenringgehäuse-Teilanordnung die
gewünschte
erhöhte
Betriebstemperatur erreicht, wie durch die Temperatursensoren 52a, 52b, 52c angezeigt
wird, kann die den Heizelementen zugeführte elektrische Energie auf ein
niedrigeres Maß reduziert
werden, so dass die Temperatur in dem Überfangglas aufrechterhalten wird,
während
dieses durch den Kanal 32 und die Kammer 30 fließt. Es ist
festgestellt worden, dass das Maß an elektrischer Energie zwischen
dem Anlaufbetrieb und dem Dauerbetrieb um bis zu 90 % reduziert
werden kann. Während
des Dauerbetriebs wird bevorzugt, nur soviel Wärmeenergie zuzuführen, wie ausreicht,
um die gewünschte Überfangglastemperatur
während
des Strömens
durch den Kanal 32 und die Kammer 30 aufrechtzuerhalten,
und dass nicht versucht wird, die Glastemperatur zu erhöhen. Bei Verwendung
der gasgeheizten Heizeinrichtung nach dem Stand der Technik hat
es sich als schwierig erwiesen, eine stetige Temperatur während des
Dauerbetriebs aufrechtzuerhalten. Folglich wurde die gasgeheizte
Heizvorrichtung primär
während
des Anlaufens verwendet und wurde während des Dauerbetriebs abgedreht.
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Es
sind somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regulierung der
Strömung
von Überfangglas
offenbart worden, welche vollständig
allen zuvor angeführten
Aufgaben und Zielen gerecht werden. Mehrere Modifikationen und Varianten
wurden offenbart und andere werden sich für Fachleute auf dem Gebiet
von selbst ergeben. Es ist beabsichtigt, mit der Erfindung alle
diese Modifikationen und Varianten, wie sie in den Schutzumfang
der anhängenden Ansprüche fallen,
einzuschließen.