Verfahren und Vorrichtung zum Homogenisieren von Glasschmelzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Homogenisierung von schmelzflussigem Glas sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Herstellung von Glas höchster Qualität erfordert über einen längeren Zeitraum eine ausreichende Homogenisierung bei hohen Temperaturen. Eine mechanische Homogenisierung mittels Rührgeräten ist dahingehend bekannt, daß keramische Rührer bzw. Rührer aus hitze- und zunderbeständigen Metallen und aus Edelmetallen und deren Legierungen der Pt-Gruppe bei hohen Temperaturen im Speiserkanal, in Speiserkanal rührzellen und im Speiserkopfbereich durch eine Rotationsbewegung das schmelzflussige Glas rühren. Des weiteren sind Rührgeräte mit einer Kombination von Rotationsbewegung und vertikaler Bewegung bekannt.
In den Patentschriften DE 35 35 792 A1, DE-AS 27 43 289, DE-OS 25 00 793, DE AS 14 96 443, DD 15 91 71 und DD 15 3546 wird der bekannte Stand der Technik zur Homogenisierung von Glasschmelzen dargelegt.
bei den bekannten Homogenisierungsverfahren und deren Vorrichtungen ist eine unzureichende Homogenisierung, vor allem über längere Zeiträume, zu verzeichnen.
Bei Einsatz von keramischen Rührgerätematerialien über einen längeren Zeitraum nimmt die Homogenisierungsgute des Glases durch den Verschleiß der Geräte ständig ab, wobei gleichzeitig durch den Abrieb des keramischen Materials vermehrte Glasfehler auftreten. Vielfach wird dies nur durch einen sehr hohen Einsatz von Edelmetallen, durch den Einsatz von mehreren Rührgeräten oder durch häufigeres Auswechseln vonverschlissenen keramischen Rührern ausgeglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, das mit minimalem Materialeinsatz fur Homogenisierungseinrichtungen eine optimale Homogenisieung des Glases konstant über lange Zeiträume auch bei höchsten Temperaturen ohne
Verunreinigungen durch Materialverschleiß ermöglicht und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwikkeln, die einen einfachen Aufbau aller Homogenisierungsteile, einfache Auswechselbarkeit des Rührgerätes sowie vertretbare Material- und Betriebskosten besitzt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß das schmelzflussige Glas mittels eines Ruhrgerätes spezieller Konstruktion in einer zyl inderformigen Rührzelle abhängig von der Drehzahl des Rührgerätes gleichzeitig horizontal und vertikal mit oder entgegen einer Entnahmeströmung homogenisiert und vermischt wird. Dabei wird das Glas über die gesamte Höhe der Rührzelle bis zu den eintauchenden Rührzellenabdecksteinen homogenisiert und das sich an der freien Glasoberfläche befindliche Glas zwangsweise mit den unter den Rührzellenabdecksteinen befindlichen Glasschichten vermischt.
Zur Erreichung einer optimalen Homogenisierung ist die Rühreinrichtung, bestehend aus einer Rührzelle und einem Rührgerät, am Anfang des Speiserkanals angeordnet, wenn fertigungsbedingt das schmelzflussige Glas bis zum Speiserkopf stark abgekühlt werden muß. Eine Anordnung der Rühreinrichtung kurz vor dem Speiserkopf ist zweckmäßig bei einer weitestgehenden Temperaturkonstanthaltung bzw. einer geringen Abkühlung des schmelzflussigen Glases bis zum Speiserkopf.
Eine optimale Homogenisierung wird erf indungsgemäß bei einer höhenversetzten Anordnung der Eingangs- und Ausgangskanäle zur Rührzelle erreicht. Vorzugsweise sind ein tiefliegender Eingang und ein oder mehrere., maximal drei in gleicher oder unterschiedlicher Höhe liegende Ausgänge an einer Rührzelle vorhanden. Dabei besitzen die Stromungsguerschnittsf lächen der Ausgangskanäle unterschiedliche Großen, sind aber stets kleiner als die Stromungsquerschnittsfläche des Eingangskanals Die eigentliche Ruhrzelle ist gemäß der Erfindung über ihrer gesamten Höhe zylinderformig oder leicht kegelförmig ausgebildet und besitzt ein Längen-/Durchmesserverhäl tnis von vorzugsweise 1 : 1 bis max. 3 : 1.
Der Rührzelleneingangskanal ist stets mittig im Speiserkanal angeordnet und mit diesem mit einem Rührzellenubergangsstein verbunden. Zur Vermeidung von schlierenhaltigen Bodengläsern im Speiserkanal zwischen Speisereingang und Rühreinrichtung besitzt der Rührzellenboden erfindungsgemäß das tiefste Niveau im gesamten Speiserkanal.
Verfahrensbedingt sind an der Rührzelle, vorzugsweise am oberen Teil, ein bis drei Rührzellenausgangskanäle in symmetrischer bzw. asymmetrischer Anordnung und ggf. in verschiβdenen Höhen über spezielle Rührzellenubergangssteine angesetzt Das höchste Rührzel lenausgangsni veau liegt vorzugsweise 50...90 mm unter dem Normalglasspiegel. Zur Vermeidung einer großen freien Glasoberf läche in der Rührzelle ist diese direkt mit Rührzel lenabdecksteinen aus keramischen Feuerfestmaterialien, die im Glaskontaktbereich einen Edelmetalluberzug besitzen, abgedeckt, wobei diese vorzugsweise geringfügig in das Glasbad eintauchen.
Das Rührgerat, vorzugsweise aus Edelmetallen bzw. Edelmetalllegierungen der Pt-Gruppe, besteht aus einem zylinderformigen Rührgeräteschaft mit gerundet verschlossenem Boden und den Rührgeräteanbauten, erfindungsgemäß vorzugsweise hohlen zylinderformigen Rührerf ingern, Ruhererf ingern mit Rührflächen aus Vollmaterial oder flächenformigen Rührgeräteanbauten Alle Rührgeräteanbauten bestreichen das gesamte Rührzellenvolumen einschließlich der Rührzellenein- und -ausgangskanäle. Die Lange der Rührgeräteanbauten beträgt vorzugsweise 0.5...0.95 des Durchmessers der zylinderformigen Rührzelle, wobei alle Rührgeräteanbauten eines Rührgerätes die gleiche Länge aufweisen.
Ist die Länge der Rührgeräteanbauten am unteren Grenzwert angesiedelt, so kann das Rührgerät asymmetrisch in der Rührzelle, vorzugsweise zum Rührzelleneinganskanal hin, je nach Drehrichtung und Forderrichtung angeordnet sein.
die Rührgeräteanbauten, vorzugsweise die zylinderformigen
Runrerfinger, sind erfindungsgemäß einzeln oder gruppenweise
schraubenförmig über der gesamten Rührzellenhöhe angeordnet und fordern das schmelzflussige Glas mit oder entgegen der Richtung der Entnahmestromung auf- oder abwärts. Vorzugsweise ist eine maximale Anzahl von Rührgeratβanbauten vorhanden, da eine hohe Anzahl eng beieinanderliegender Rührgerateanbauten auch bei geringen Rührgeratedrehzahlen eine optimale Homogenisierung ermöglichen.
Flächenformige Rührgerateanbauten am unteren Teil des Rührgerates, die zwischen den unteren Rührerfingern und vorzugsweise zwischen deren Spitzen angeordnet sind, sind besonders wirkungsvoll zur Homogenisierung von schlierenhal tigern Bodenglas. Zur Vermeidung von Schlechtglas im Ringspalt zwischen Rührgerateschaft und Rührzellenabdecksteinen sind bei aufwärts- und bei abwärtsfordernden Rührgeraten, erf indungsgemaß in Höhe des Normalglassspiegels, am Rührgerateschaft mehrere schrauben- und flächenformige Anbauten angebracht.
Durch diese Anbauten wird das im Spalt vorhandene schmelzflussige Schlechtglas abwärts gefordert und gleichzeitig standig durch Glas aus tieferen Schichten der Rührzelle ersetzt.
Der Vorteil der erf indungsgemaßen Losung ist hauptsachlich im einfachen Aufbau und in der universellen Ersetzbarkeit der Homogenisierungseinrichtung für die verschiedensten Einsatzfalle zu sehen. Auch als Einrichtung zum Vermischen und Homogenisieren von unterschiedlich gefärbten Glasern ist die erfindungsgemaße Losung einsetzbar. besonders wenn häufige Farbwechsel erforderlich sind. Die Vorteile des erfindungsgemaßen Verfahrens mit der zugehörigen Vorrichtung bestehen hauptsachlich darin, daß an der freien Glasoberfläche in der Rührzelle durch die standige Vermischung von Oberflächenglas und Glas aus tieferen Schichten der Rührzelle eine Schlechtglasbildung vermieden wird und somit ein Glas verbesserter Homogenitat und Qualität der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
Weitere Vorteile besitzt die konstruktive Ausführung der Homogenisierungsvorrichtung dahingehend, daß diese ohne Rührgerat als Glasverteileinrichtung einsetzbar ist und daß mehrere Rührzellenausgangskanäle in unterschiedlicher Anordnung und unterschiedlicher Höhe eine den Wei terverarbβitungsfot— derungen optimale Glasverteilung sichern.
Die Edelmetallverkleidung der Homogenisierungsvorrichtung garantiert über den gesamten Einsatzzeitraum eine gleichbleibende Qualität des Glases ohne die Entstehung zusätzlicher Glasverunreinigungen.
Da die erfindungsgemäße Homogenisierungsvorrichtung aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt ist. sind kundenspezifische Anforderungen für unterschiedliche Weiterverarbeitungsverfahren des Glases einfach zu realisieren.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen im folgenden beschrieben werden; es zeigen: Figur 1 - einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 - die Rührzelle mit unterschiedlichen Anordnungen der Rührzellenausgangskanäle.
Figur 1 zeigt einen Speiserkanal 1, der vor und nach der Rührzelle 7 einen konstruktiv gleichen Aufbau besitzt.
Zwischen Speiserkanai 1 und dem Umhüllungsstein der Rührzelle 7 mit den Rührzellenein- und -ausgangskanälen 4; 5 sind speziell geformte ubergangssteine mit den Rührzellenübergangskanälen 2; 3 angeordnet. Durch den Rührzellenübergangskanal 2 gelangt das schmelzflussige Glas in den Rührzellenei ngangskanal 4 und in die eigentliche Rührzelle 7. Die
Pührzelle 7 wird unten durch den Ruhrzellenbodenstein 6, der oas tiefste Bodenniveau im gesamten Speiserkanal 1 besitzt,
und oben durch die Rührzellenabdecksteine 8 verschlossen. Das Rührgerat 9, um dessen Rührgerateschaft 10 im mittleren Teil sogenannte Rührerfinger 11, die eine schraubenförmige Anordnung 12 besitzen, und im unteren Teil des Rührgerate-Schaftes 10 mehrere flächenformige Rührgerateanbauten 13 angebracht sind, homogenisiert das schmelzflussige Glas in der Rührzelle 7.
Die Rührzelle 7, der Rührzellenbodenstein 6, der Rührzelleneingangskanal 4 und die Rührzellenausgangskanäle 5 wie auch die Rührzellenabdecksteine 8 besitzen eine Edelmetallauskleidung 14.
Zwischen den Rührzellenabdecksteinen 8 und dem Rührgerateschaft 10 sind mehrere schrauben- und flächenformig ausgebildete Rührgerateanbauten 15 befestigt, so daß das sich zwisehen Rührgerateschaft 10 und Rührzellenabdecksteinen 8 an der freien Glasbadoberfläche befindliche Glas zwangsweise mit dem Glas unterhalb der Rührzellenabdecksteine 8 standig vermischt wird. Die Figur 2 A stellt eine Rührzelle 7 dar, die einen Rührzelleneingangskanal 4 und einen gegenüberliegenden Rührzellenausgangskanal 5 besitzt.
In der Figur 2 B besitzt die Rührzelle 7 einen Rührzelleneingangskanal 4 und zwei gegenüberliegende, symmetrisch angeordnete Rührzellenausgangskanäle 5.
Die Figur 2 C zeigt die Rührzelle 7 mit einem Rührzel leneingangskanal 4 und zwei rechtwinklig zu diesem abgehende Rührzellenausgangskanale 5.
Figur 2 D stellt eine Rührzelle 7 mit jeweils in der Höhe unterschiedlichem Niveau des Rührzel leneingangskanals 4 und der zwei Rührzellenausgangskanäle 5 dar.