WO2003089380A1

WO2003089380A1 - Rührvorrichtung zum auflösen von schlieren in einer glasschmelze

Info

Publication number: WO2003089380A1
Application number: PCT/EP2003/003871
Authority: WO
Inventors: Joshikazu Takahashi
Original assignee: Schott Glas; Carl Zeiss Stiftung Trading As Schott Glas; Carl Zeiss Stiftung
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2003-10-30
Also published as: TW200400161A; AU2003233972A1; DE10217515A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rührvorrichtung zum Auflösen von Schlieren in einer Glasschmelze. Gemäss der vorliegenden Erfindung ist diese Rührvorrichtung mit den folgenden Merkmalen ausgestattet: mit wenigstens zwei Rührern, die jeweils eine antreibbare Rührerwelle sowie Rührerflügel aufweisen; die Wellen liegen parallel nebeneinander; die Rührerflügel sind derart gestaltet und angeordnet, dass die Flugkreise der Rührerflügel eines Rührers in Draufsicht die Flugkreise eines anderen Rührers überlappen.

Description

Rühπtorrichtung zum Auflösen von Schlieren in einer Glasschmelze

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchrühren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze. Solche Vorrichtungen sind häufig Bestandteil von Anlagen für das Erschmelzen, die Kristallisation oder das Läutern von anorganischen Substanzen, vor allem von Glas. Eine solche Anlage umfaßt im allgemeinen eine Schmelzwanne, einer dieser nachgeschaltete Läuterwanne sowie die hier in Rede stehende Vorrichtung, die dem Auflösen von Schlieren oder dem Konditionieren dient.

Die Vorrichtung selbst umfaßt als wesentliche Bestandteile einen Rührbehälter, zum Beispiel einen Tiegel sowie einen Rührer, der in das im Rührbehälter befindliche Bad eintaucht.

Der Rührer ist stabförmig und im allgemeinen vertikal angeordnet. Er umfaßt einen

Schaft sowie in seinem unteren Bereich einen Kern, der in der Regel völlig von der Schmelze umgeben ist. Der Kern ist im allgemeinen mit Rührerflügeln bestückt.

WO 9615071 A beschreibt die Homogenisierung von Glasschmelze mittels eines Rührers in einem Zufuhrkanal. Dabei wird die Schmelze dadurch homogenisiert, daß die Richtung des Schmelzenstromes in der Rührzone ständig geändert wird. DD- 298767A beschreibt eine Rühn/orrichtung mit einem Rührer, der in ein zylindrisches Mischgefäß eintaucht. Der Rührer ist in zwei Rührarme unterteilt. Der Eintauchpunkt der beiden Rührarme in die Schmelze liegt dabei außerhalb der Symmetrieachse des Mischgefäßes.

SU-914510 B beschreibt eine Rühreinrichtung mit einem Rührer, der ein kegelstumpfförmiges Ende aufweist, dessen kleinerer Durchmesser sich unten befindet, und dessen größerer Durchmesser sich im Bereich des Spiegels der Schmelze befindet. Dieser kegelige Kern des Rührers weist Flügel auf, die der

Glasschmelze eine Aufwärtsströmung verleihen. Dies soll zu einem Durchmischen von Oberflächenschichten führen. Die bisher bekannten Vorrichtungen zum Homogenisieren und Auflösen von Schlieren arbeiten nicht immer befriedigend. So kann man immer wieder beobachten, daß sich die Schlieren in der Rührzone verjüngen und mehr oder minder abbauen, daß sie sich jedoch nach Verlassen der Rührzone wieder verstärken. In einem solchen Falle muß die Drehzahl des Rührers erhöht werden. Dies kostet jedoch mehr Energie und führt auch nicht immer zum Ziel. Es hat außerdem weitere Nachteile. Die Rührer sind mit zunehmender Drehzahl anfällig gegen Verformung bei eintretenden Störungen durch ankommende Fremdkörper. Insbesondere die Rührerflügel unterliegen einer größeren Verformung. Die

Standzeiten der Rührer, der Rührerlager und der zugeordneten Antriebe sind verringert. Eine Steigerung der Drehzahl des Rührers führt zu dem sehr unerwünschten sogenannten Reboil-Effekt.

Abgesehen von diesen mechanischen Nachteilen wird die Sogwirkung im

Rührbereich an der Tiegeloberfläche gesteigert. Dabei besteht die Gefahr des Lufteinzugs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchrühren und Konditionieren eines fließfähigen Mediums, insbesondere einer Glasschmelze derart zu gestalten, daß sie ihre eigentlichen Aufgaben - nämlich das Konditionieren, Homogenisieren und Beseitigen von Schlieren - besser erfüllt, als bekannte Vorrichtungen. Außerdem soll die Vorrichtung in geringerem Maße als bekannte Vorrichtungen den mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in folgendem:

Es wird nicht nur ein einziger Rührer vorgesehen, sondern wenigstens zwei. Jeder Rührer weist in üblicher Weise eine antreibbare Rührerwelle auf sowie Rührerflügel.

Die Wellen sind parallel nebeneinander angeordnet, und die Rührerflügel sind auf ihrer zugehörenden Welle in einem gegenseitigen axialen Abstand angeordnet. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß die Rührerflügel des einen Rührers in die Zwischenräume zwischen zwei einander benachbarten Rührerflügeln eines anderen Rührers eingreifen.

Hierzu wird der Schmelzefluß gezwungen, viele Male - entsprechend der Anzahl von Rührerflügeln - seine Richtung zu ändern. Die Rührerflügel bewirken, daß Schmelzepartikel vom Bereich der Rührerwelle radial nach außen abströmen, sodann in den Überlappungsbereich zwischen einander benachbarten Rührerflügeln gelangen, und dort verwirbelt werden. Eine perfekte Homogenisierung ist die Folge.

Dies ist ganz besonders wichtig bei Spezialgläsern, die Boroxide aufweisen. Boroxide neigen nämlich an der Oberfläche des Schmelzespiegels zu einem starken Verdampfen, so daß ein effektives Rühren dringend notwendig ist.

Dies ist besonders wichtig bei Gläsern für Displays. Diese benötigen nämlich höhere

Temperaturen beim Schmelzen, Läutern und Homogenisieren, was die Verdampfung steigert und die Glaszusammensetzung lokal in unerwünschter Weise verändert.

Eine erfindungsgemäß gestaltete Vorrichtung hat jedoch auch die weiteren Vorteile:

* Geringere Reboilanfälligkeit

(Reboilanfälligkeit ist direkt proportional der Rührerdrehzahl).

* Geringere Anfälligkeit des Rührers (bei Edelmetall-Rührteilen) gegen Deformation bei eintretenden Störungen durch ankommende Fremdkörper. * Deutliche geringere Deformation der Rührerflügel.

* Längere Laufzeiten der eingesetzten Rührer.

* Minimierte Sogwirkung des Rührers von der Tiegeloberfläche.

* Geringere Belastung der Rührerlager und der Antriebe.

* Geringerer Energieaufwand.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Anlage zum Erschmelzen, Läutern und Konditionieren von

Glas in einer schematischen Darstellung mit einer erfindungsgemäßen Rührvorrichtung.

Figur 2 zeigt in schematischer Ansicht eine Rühn/orrichtung mit zwei zueinander parallelen Rührerwellen und mit scheibenförmigen Rührerflügeln in Seitenansicht.

Figur 3 zeigt schematisch zwei scheibenförmige Rührerflügel von Figur 2 in Draufsicht.

Figur 4 zeigt in einer Ansicht ähnlich jener gemäß Figur 3 fünf scheibenförmige

Rührerflügel.

Die in Figur 1 gezeigte Anlage umfaßt einen Schmelztiegel A, einen Läutertiegel B sowie eine erfindungsgemäße Rühn/orrichtung C.

Im Schmelztiegel A wird in üblicherweise sogenanntes Gemenge oder Glasscherben oder beides eingetragen und erschmolzen. Die Schmelze wird sodann mittels einer Rinne 1 zum Läutertiegel B überführt, und von dort über eine Rinne 2 zur Rühn/orrichtung C. Die Rührvorrichtung dient dem Homogenisieren, Konditionieren und Beseitigen von Schlieren. Die Rührvorrichtung C umfaßt einen Rührbehälter 3 und drei Rührer 4, 5, 6.

Dabei arbeiten die Rührer 4, 5, 6 wie folgt zusammen:

Jeder Rührer weist eine Rührerwelle sowie eine Anzahl von scheibenartigen Rührerflügeln auf. Wie man sieht, greifen die Rührerflügel eines der Rührer verzahnungsartig in die Zwischenräume zwischen den Rührerflügeln eines anderen Rührers.

Dies ergibt sich genauer aus den nachfolgenden Figuren. Die Figuren 2 und 3 veranschaulichen eine Rührvorrichtung mit zwei Rührern 4, 5 - im Gegensatz zu der in Figur 1 gezeigten Rührvorrichtung.

Rührer 4 weist eine Rührerwelle 4.1 auf, Rührer 5 eine Rührerwelle 5.1. Jeder Rührer ist bestückt mit Rührerflügeln 4.2, 5.2. Die Rührerflügel sind im vorliegenden Falle scheibenförmig, was man aus Figur 3 erkennt.

Die beiden Rührer 4, 5 befinden sich in einem Rührbehälter 3. Dieser weist einen Schmelzeeinlaß 3.1 und einen Schmelzeauslaß 3.2 auf.

Aus Figur 3 erkennt man folgendes: Die scheibenförmigen Rührerflügel 4.2 und 5.2 weisen einen Überlappungsbereich auf - hier schraffiert. Ferner erkennt man die Drehrichtung der Rührer. Beide Rührer 4, 5 drehen nämlich im Uhrzeigersinn.

Dies wirkt sich wie folgt aus: Im Überlappungsbereich einer Rührerscheibe 4.2 und einer Rührerscheibe 5.2 hat ein Flächenelement der Rührerscheibe 4.2 in der Nähe der Rührerwelle 4.1 eine geringe Umfangsgeschwindigkeit. Ein Flächenelement der Rührerscheibe 5.2 hingegen hat im Umfangsbereich eine relativ hohe Umfangsgeschwindigkeit.

Umgekehrt ist es im Bereich der Rührerwelle 5.1. Dort hat ein Flächenelement der Rührerscheibe 4.2 eine hohe Umfangsgeschwindigkeit, und ein Flächenelement der Rührerscheibe 5.2 eine geringe Umfangsgeschwindigkeit.

In der Mitte des Überlappungsbereiches - das heißt genau hälftig .zwischen den beiden Rührerwellen 4.1 , 5.1 -, ist die Umfangsgeschwindigkeit von dort befindlichen Flächenelementen der beiden Rührerscheiben 4.2, 5.2 gleich groß.

Dies bedeutet, daß die Summe aus den Umfangsgeschwindigkeiten von einander gegenüberliegenden Flächenelementen zweier einander benachbarter Scheiben 4.2,

5.2 - in radialer Richtung gesehen - gleich groß ist. Die Scherkräfte, die auf ein Volumenelement der Glasschmelze einwirken, sind somit über den Überlappungsbereich in radialer Richtung gesehen gleich groß. Dies bedeutet, daß jedes Volumenelement der Glasschmelze gleich behandelt wird. Dies ist wünschenswert im Interesse eines guten Energiewirkungsgrades.

Die beiden Rührerwellen könnten aber stattdessen auch in entgegengesetztem

Drehsinn angetrieben werden. So könnte die Rührerwelle 4.1 im Uhrzeigersinne umlaufen, so wie hier dargestellt, und die Rührerwelle 5.1 im Gegenzeigersinn.

Die Darstellung gemäß Figur 4 entspricht jener gemäß Figur 3. Sie zeigt jedoch fünf scheibenförmige Rührerflügel, nämlich 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 und 4.6. Alle Rührerflügel gehören zu fünf Rührern, die hier nicht weiter dargestellt sind. Alle Rührer sind im vorliegenden Falle im wesentlichen gleich aufgebaut. Sie könnten sogar identisch aufgebaut sein. Dabei ist der Rührer mit den Rührerscheiben 4.2 zentral angeordnet, und die Rührer mit den Rührerscheiben 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 sind symmetrisch um den erstgenannten Rührer planetenartig herumgruppiert. Es können natürlich auch mehr oder weniger als vier äußere Rührer vorgesehen sein, die um einen zentralen Rührer herumgruppiert sind.

Bezüglich der Drehzahlen sind alle Variationsmöglichkeiten denkbar.

Statt der scheibenförmigen Rührer sind auch stabförmige Rührer denkbar, oder Rührer, die die Gestalt einer Schaufel einer Kaplanturbine aufweisen, oder der Schaufel einer Schiffsschraube. Auch können in jedem Falle die Rührerflügel mit Vorsprüngen, Noppen, Aussparungen versehen sein. Sie können auch eine unregelmäßige Gestalt haben, beispielsweise in einem Axialschnitt gesehen wellenförmig gestaltet sein.

Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung ist besonders gut geeignet zum Aufbereiten von Glasschmelzen aus Boroxiden oder aus Boroxiden und/oder Alkalioxiden.

Der Abstand zwischen einander benachbarten Rührerflügeln kann sehr gering sein, beispielsweise nur 2 bis 5 bis 10 mm. Auch können die Rührerwellen mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar sein, und zwar sowohl von Rührerwelle zu Rührerwelle, als auch über den Verlauf eines Rührvorganges.

Claims

Patentansprüche

1. Rührvorrichtung zum Auflösen von Schlieren in einer Glasschmelze;

1.1 mit wenigstens zwei Rührern, die jeweils eine antreibbare Rührerwelle sowie Rührerflügel aufweisen;

1.2 die Wellen liegen parallel nebeneinander;

1.3 die Rührerflügel sind derart gestaltet und angeordnet, daß die Flugkreise der Rührerflügel eines Rührers in Draufsicht die Flugkreise eines anderen Rührers überlappen.

2. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

2.1 auf verschiedenen Rührerwellen sind mehrere Rührerflügel in einem . gegenseitigen axialen Abstand angeordnet; 2.2 die Rührerflügel eines Rührers greifen in die Zwischenräume der Rührerflügel eines anderen Rührers ein.

3. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührerflügel scheibenförmig sind.

4. Rührvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührerflügel die Gestalt des Flügels einer Schiffsschraube oder des Flügels einer Kaplanturbine haben.

5. Rührvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

Rührerflügel aus der Rührerfläche herausragende Vorsprünge oder Aussparungen aufweisen.