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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Glastafeln Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Glastafeln durch Ausheben eines endlosen
Glasbandes aus der freien Oberfläche einer Glasschmelze unter Benutzung eines mit
der Glasschmelze gespeisten Ziehbehälters.
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Die bekannten Glasziehverfahren sind, wie man weiß, nicht frei von
Nachteilen.
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So insbesondere zerstört, wenn das Ziehen von einer an der Oberfläche
eines ausgedehnten Glasbades vorgekühlten Haut ausgeht, die scharfe Abkühlung des
Glases im Ziehbereich das hydrostatische Gleichgewicht der Glasmasse im Behälter,
wo große Beweglichkeit' herrscht. Ein Teil des abgekühlten und daher dichter gewordenen
Glases sinkt im Schmelzgut nieder und entgeht dem Ziehvorgang, was den Nutzen der
Kühlung beeinträchtigt. Dieses aus dein Ziehabteil kointnende kalte Glas bildet
thermisch eine Störung, indem es sich auf Kosten des hocherhitzten Bereichs neu
erwärmt und so die thermische Leistung des Ofens herabdrückt.
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Unter gewissen Umständen mischt sich eine solche Rückströmung mit
dein heißen Glas, das aus der Schmelzwanne kommt; dann ist das Glas, das dem Ziehvorgang
unterworfen wird, ungleichmäßig zusammengesetzt, und es ergeben sich Oberflächenfehler
und Dickenabweichungen in der gezogenen Scheibe.
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Außerdem erfordern die Verfahren, bei denen das Glas vermöge seiner
Kohäsion von der freien Oberfläche des Bades abgezogen wird, die An Wendung empfindlicher
künstlicher Mittel, wie Führungsrollen od. dgl., wenn man einwandfreie Ränder erzielen
will.
Erfolgt andererseits der- Ziehvorgang im Ziehdüsenverfahren;
wobei das Glas unter der Wirkung hydrostatischen Drucks austritt, so leidet die
Scheibenoberfläche daran, daß sie an den kalten Lippen des Spaltes entsteht; die
Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit findet alsbald eine Grenze. Bei diesem Verfahren
werden gerade die Glasteilchen, welche die Außenflächen der Scheibe bilden sollen,
durch ihre Berührung mit den Wandungen des Düsenspaltes ganz stark gekühlt. Alle
daran vorhandenen Mängel, wie Ritzen, an den Lippen haftende Entglasungsprodukte
usw., erzeugen in der Scheibe entsprechende Mängel, wie Streifen, Fäden, Wellungen,
Kratzstellen, Entglasungserscheinungen usw., und diese Wirkung ist um so stärker,
je kälter die feuerfesten Flächen sind.
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Die Ziehgeschwindigkeit ergibt sich einerseits aus der unmittelbaren
Abkühlung des als Wurzel emportauchenden Glases, andererseits aus der mittelbaren
Abkühlung des Glases bei seinem Durchgang durch den Düsenspalt. Versucht man, die
Kühlung durch Einwirken auf die Oberfläche der Wurzel zu steigern, so stellt man
fest, daß oberhalb einer gewissen Spaltbreite die Geschwindigkeit sinkt und die
gezogene Scheibe nicht mehr eben ist.
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Will man dagegen die Masse in der Düse kühlen, so treten die den Spaltlippen
zuzuschreibenden Oberflächenmängel rasch in den Vordergrund.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile. und schafft ein Glasscheibenziehverfahren,
welches sehr hohe Produktionsleistungen besitzt und an der Stelle der Glasscheibenbildung
die Rückströme vermeidet und dessen Erzeugnis trotz großer Ziehgeschwindigkeiten
von Oberflächenunregelmäßigkeiten frei ist.
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In diesem Sinne kennzeichnet sich die Erfindung wesentlich dadurch,
daß- der Ziehbehälter mit großer freier Oberfläche mit der Masse des in dem Ziehraum
befindlichen Glases nur durch Kanäle in Verbindung steht, die so beschaffen sind,
daß sie jeden Rückstrom gekühlten Glases in den Ziehraum verhindern, zu welchem
Zweck die Breite des Zuführungsspaltes oder der Zuführungsspalten als eine Funktion
ihrer Zahl, ihrer Höhe, ihrer Form des in diesen Spalten herrschenden Temperaturfeldes
und der Zähigkeit des Glases auf so geringes Maß festgelegt wird, daß an allen Punkten
dieses Spaltes oder dieser Spalten die Ziehkraft, welche auf die zähflüssige Masse
nach oben ausgeübt wird> für jedes- beliebige Raumteilchen Glas größer ist als das
Gewicht dieses Raumteilchens, vermindert um den Auftrieb, den es von der benachbarten
Glasmasse erfährt, wobei beispielsweise für einen Spalt von rechtwinkligem Querschnitt
die größte zulässige Spaltbreite, sofern man Rückströme vermeiden will, durch die
Formel bestimmt wird:
in welcher a die halbe Breite des Spaltes, h die mittlere Zähigkeit des Glases im
Spalt, Q die räumliche Durchgangsleistung je Längseinheit des Spaltes und p den
Unterschied der gesamten Drucke in der Höhe des Spaltes zwischen der axialen Glassäule
und der Glassäule bedeuten, welche mit den Wandungen des Spaltes in Berührung steht.
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Zur Durchführung des Verfahrens benutzt man zweckmäßig Vorrichtungen,
bei denen sich die Kanäle, durch die die Glasmasse in den Ziehbehälter nachströmt,
in unmittelbarer Nähe der Behälterseitenwände befinden. Durch ihre Anordnung, Form
und Bemessung kann man die Dicke der Glastafeln regeln. Zu diesem Zweck weisen also
die Zuführungsspalten oder Kanäle in den verschiedenen senkrechten Ebenen, welche
senkrecht zur Ebene des ausgehobenen Glasbandes stehen, verschiedene Gestalt, verschiedene
Querschnitte und verschiedene Anordnung auf.
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Um den Fuß des ausgehobenen Glasbandes örtlich festzulegen, ist es
vorteilhaft, im mittleren Teil des Ziehbehälters einen Kühlkörper vorzusehen, dessen
Breite in der Mitte des ausgehobenen Glasbandes größer ist. als in der Nähe der
Ränder und/oder dessen Oberkante etwa in der Mitte des ausgehobenen Glasbandes näher
der Oberfläche der Glasschmelze liegt, aus welcher das Glasband ausgehoben wird,
als an den Rändern des Glasbandes.
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An den Stellen des Ziehbehälters, welche die Ränder der gezogenen
Tafel formen sollen, sind zweckmäßig Kerben von geringer Breite in den Wandungen
des Behälters vorgesehen, die allmählich an den Wänden des Behälters verlaufen.
Die Enden des Ziehbehälters können dadurch besonders beheizt werden, daß die Zuführungskanäle
für das Glas bis unter diese Enden verlängert sind.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich Glastafeln mit
großer Geschwindigkeit ziehen, die von Oberflächenunregelmäßigkeiten frei sind.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es sind Fig. z schematischer Schnitt des mit geschmolzenem Glas gespeisten Behälters,
Fig. 2 bis 6 Grundrisse verschiedener Behälterformen mit abweichenden Kanalquerschnitten,
Fig. 7 bis 12 senkrechte Längs- bzw. Querschnitte zur .Darstellung der Art und Weise,
wie man die Speisung des Behälters mit Glas durch die Form des Behälterbodens regeln
kann, Fig. 13 und 14 schematische Schnitte, die die Anordnung eines Kühlers zum
Festlegen des Scheibenfußes zeigen, Fig. 15 Gründriß zu Fig. 1q., Fig. 16 Grundriß
zur Darstellung der Regelung der Glaszufuhr nach den Behälterenden zum Zweck, genügend
heiße Randbereiche zu erzielen, Fig. 17 und z$ abweichende Ausführungsform
im Schnitt und Grundriß, Fig. rg und 2o weitere Ausführungsformen, Fig. 21 Ausführungsform
mit bis unter die Behälterenden verlängerten Kanälen, Fig.22 und 23 Ausführungsformen,
bei denen die Böden gegenüber den Wänden zum Zweck der Regelung der Kanalbreiten
verschiebbar sind.
Das geschmolzene Glas r (Fig. i) gelangt derart
in einen Behälter 2, daß es eine freie Oberfläche von genügend großen Abmessungen
darbietet, um das Ausziehen des Glases von dieser freien Fläche mit großer Ziehgeschwindigkeit
zu gestatten. Die Glasmenge 3 innerhalb des Behälters 2 steht mit der Hauptmasse
i durch Kanäle 4 in Verbindung. Die Speisung des Behälters 2 mit Glas ist durch
den Ouerschnitt der Kanäle beschränkt, und dieser wird so bemessen, claß das gesamte
oder doch fast das gesamte in den Behälter eingetretene Glas auch wirklich ausgezogen
-wird. Auch kann man sich besonderer Kanalanordnungen bedienen.
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Der Behälter 2 besteht aus lotrechten Seitenwänden 5 und einem Boden
6, Wände und Boden können miteinander verbunden sein und bilden dann Endabschlüsse
7 und 8 für den Behälter. Der Behälter kann aber auch aus den senkrechten Seitenwänden
und dem Boden 6 allein bestehen, ohne die Endabschlüsse. Die Ränder der Scheibe
werden dann durch eins der bekannten Mittel geformt.
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Die Wände 5 -werden dank der großen Nähe des Heißglaszustroms auf
hoher Temperatur erhalten, rufen also im Glas keine Mängel hervor. Die Breite des
Badspiegels schließt es aus, daß sie etwa die Rolle der Lippen einer Ziehdüse spielen.
Sie können aber auch noch künstlich warmgehalten -werden, sei es durch Isolation,
sei es sogar durch besondere Wärmezufuhr mittels Gasbrenners, elektrischer Heizung
usw. (nicht dargestellt).
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Zwischen den Wänden 5 und dem Boden 6 sind die Kanäle .I angeordnet,
sei es gemäß der Zeichnung im Boden selbst, sei es in den Wänden. Die Scheibendicke
kann man dadurch regeln, daß man die Speisekanäle des Behälters passend bemißt und
anordnet. Die Dicke der Scheibe an verschiedenen Stellen ihrer Breite hängt von
der Viskosität, also von der Temperatur ab, ferner von der Kraft, mit welcher gezogen
wird, und diese ist eine Funktion der beim Durchgang des Glases auftretenden Widerstände.
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Im Rahmen der Erfindung geschieht die Regelung der Dicke des gezogenen
Glases durch Einwirken auf beide Faktoren zugleich. Es hat sich gezeigt, daß bei
genügend weiten Kanälen eine örtliche Steigerung ihrer Weite den Durchgangswiderstand
wenig herabsetzt, dagegen die Glastemperatur an den entsprechenden Stellen erheblich
erhöht.
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Hieraus folgt eine Dickenminderung der Glasscheibe an den Stellen,
wo die Kanäle erweitert sind.
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Für enge Kanäle dagegen spielt der Widerstand die Hauptrolle, und
man erzielt dünnere Scheibenstellen gerade an den Kanalverengungen.
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Indem man also auf diese beiden Faktoren, Viskosität und Widerstand,
einwirkt, vermag man eine Scheibe von gleichmäßiger Dicke und Temperatur z.1 erzielen,
-was den guten Betrieb der Ziehvorrichtung begünstigt.
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Durch besondere Formgebung und Anordnung der Kanäle ist man in der
Lage, auch auf einen der Faktoren allein einzuwirken. Zum Beispiel können, da das
Glas in Behältermitte gewöhnlich heißer als an den Enden ankommt, die Kanäle so
gebaut sein, daß sie im mittleren Teil eine geringere Öffnung darbieten als an den
Enden. Zu diesem Zweck kann man zugleich die Form der Seitenwände 5 wie auch den
.Umriß des Bodens 6 entsprechend ausbilden.
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Gemäß Fig. 2 besitzen die Wände 5 gleichmäßigen Abstand (ebene Flächen
9), während der Boden im mittleren Bereich in waagerechter Ebene ausgebaucht ist,
bei io. Nach Fig. 3 sind die Wandflächen 9 und die Bodenseitenflächen io konvex
gekrümmt.
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In Fig.4 laufen die lotrechten Flächen io des Bodens und die lotrechten
Flächen 9 der Wände von der Mitte nach den Enden hin auseinander, aber die Behälterwände
stärker als die Flächen io des Bodens, so daß die Kanäle gegen die Behälterenden
zu weiter sind als in der Mitte.
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Gemäß Fig. 5 laufen die Flächen io des Bodens sowie die Flächen 9
der Behälterwände von der Mitte nach den Enden hin zusammen, aber die Bodenflächen
io stärker als die Behälterwände, so daß wiederum die Kanäle nach den Behälterenden
zu weiter als in der Mitte sind.
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Schließlich zeigt Fig. 6 Einzelkanäle ii, deren Querschnitte nach
den Behälterenden hin zunehmen; hier ist der Boden 6 durch eine gewisse Anzahl von
Rippen 12 mit den Wänden 5 verbunden.
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Man kann auf die Dicke der entstehenden Scheibe auch dadurch einwirken,
daß man die Höhe der Kanäle 4 wechseln läßt, indem man die Flächen des Bodens wölbt,
sei es allein die obere Fläche 13 (Fig. 7 und 8), sei es allein die untere 14 (Fig.
9 und io), seien es schließlich beide Flächen zugleich (Fig. ii und 12).
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In dem für breite Oberfläche eingerichteten. Behälter 2 muß man die
Stellung des Glasscheibenfußes festlegen. Zu diesem Zweck genügt es, einen Kühler
an sich bekannter Art in dem Behälter anzuordnen, wobei aber hier der Kühler vornehmlich
dazu dient, das Austreten des Ziehguts geradlinig zu gestalten. Dieser Kühler 15
(Fig. 13) kann getrennt vom Boden angeordnet sein; er wirkt dann auf den Boden durch
Strahlung über die Masse des zwischenliegenden Glases hinweg. Der Kühler kann aber
auch mit dem Behälterboden 6 zusammengebaut sein, in diesem Fall (Fig. 14 und 15)
ist er am besten von wechselndem Querschnitt derart, daß sich seine Kühlwirkung
in den verschiedenen senkrechten Abschnitten abstuft. Auch kann der Kühler durch
den Boden 6 selbst gebildet sein, der dann dieser neuen Aufgabe anzupassen ist.
Gegebenenfalls wird er von Flüssigkeit durchströmt.
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Der Kühler wirkt auf die Bildung der Scheibe folgendermaßen ein: Die
Oberflächenhäute, welche die Scheibenaußenflächen bilden, haben bezüglich der feuerfesten
Wände ein gewisses Haftvermögen. Unter gewissen Bedingungen kann die Stellung des
Scheibenfußes instabil sein. Denn wenn in einem gegebenen Augenblick das Glas aus
der linken Öffnung (Fig. i) heißer austritt als aus der rechten,
vermindert
sich das Haftvermögen der Oberflächenhaut an der linken Wand, und die Leitwirkung
der rechten Haut verdrängt den Scheibenfuß nach rechts. Dieser nähert sich also
dem Außenkühler 16 und wird zähflüssiger, während das linke Häutchen, indem es sich
von seinem Außenkühler 17 entfernt, dünnflüssiger wird und so an waagerechter Zugwirkung
einbüßt.
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Das Gleichgewicht des Scheibenfußes ist instabil. Dem kann man abhelfen,
indem man den Behälterboden derart kühlt, daß die in die Scheibe übergehenden Glasfäden,
wenn sie an den lotrechten Bodenwänden entlang streichen, ein gewisses Haftvermögen
besitzen und so den Scheibenfuß in seiner Stellung festlegen.
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Um schließlich einwandfreie und beständige Kanten zu erzielen, muß
man besondere Maßnahmen für die Behälterenden treffen. Es ist z. B. zweckmäßig,
an den beiden Enden der oberen Behälteröffnung Kerben 18 vorzusehen, die allmählich
in die Öffnung übergehen (Fig. 16).
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Ebenso ist es im Sinne der Erzielung genügend heißer Ränder gut, Vorsorge
dafür zu treffen, daß am Ort ihres Entstehens die richtige Temperatur aufrechterhalten
wird. Man kann z. B. dazu im Bereich der Bildung der Kante oder des Randes, d. h.
an den Behälterenden 7 und 8j den Querschnitt der Kanäle q. vergrößern. Dies geschieht
durch Erweiterungen 1g (Fig. 16) der Kanäle oder durch Anordnen einer oder mehrerer
Ergänzungsöffnungen 2o (Fig.17 und 18) oder auch vermöge einer oder mehrerer Aushöhlungen
zi an jedem Ende, welche gewissermaßen den Behälter bis unter seine Endstücke verlängern
(Fig. ig). Weiter kann man auch Hohlräume 22 vorsehen, die nach oben teilweise oder
ganz abgeschlossen sind, nach unten aber freie Verbindung mit der darunter befindlichen
Glasmasse besitzen (Fig. 2o). Ferner kann man auch noch die Kanäle q. bis unter
die Enden verlängern, bei 23 (Fig.21).
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Der Behälter läßt sich natürlich ein- oder mehrstückig ausführen.
Im zweiten .Fall können den verschiedenen Bestandteilen solche Formen gegeben werden,
daß sich ihre gegenseitige Lage regeln läßt. Insbesondere kann man z. B. den Boden
6 zwar im Betrieb unbeweglich, aber auswechselbar gestalten, so daß sich wechselnde
Verhältnisse erzielen lassen; oder man kann den Boden auch verschieblich derart
ausbilden, daß sich der Querschnitt der Kanäle q. einstellen läßt. Fig. 22 und 23
zeigen insbesondere die Ausbildung eines Bodens 6 mit einer Stufe 24 (Fig. 22),
wobei die Kanäle je nach der Stellung des Bodens wechselnde Gestalt haben, sowie
Fig. 23, eine Anordnung der Wände 5 und des Bodens 6 als Schrägkanten 25, deren
Zusammenwirken den Querschnitt der Kanäle ergibt.