DE10216894A1

DE10216894A1 - Glas zur Herstellung von Glaskugeln, Glaskugeln aus diesem Glas sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dieser Glaskugeln

Info

Publication number: DE10216894A1
Application number: DE2002116894
Authority: DE
Inventors: Juergen Schlicke; Bernd Kuehnemann; Siegfried Schelinski
Original assignee: SILTRADE GmbH
Current assignee: SILTRADE GmbH
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: DE10216894B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Glas mit einem Lichtbrechungsindex, der größer als 1,50 ist, zur Herstellung von Glaskugeln mit 0,7 bis 2,5 mm Durchmesser. Dabei ist vorgesehen, daß das Glas DOLLAR A 30 bis 40 Masse-% SiO¶2¶, DOLLAR A 10 bis 30 Masse-% BaO, DOLLAR A 10 bis 20 Masse-% TiO¶2¶, DOLLAR A 8 bis 12 Masse-% CaO, DOLLAR A 7 bis 10 Masse-% Al¶2¶O¶3¶, DOLLAR A 5 bis 10 Masse-% Na¶2¶O und DOLLAR A 0 bis 5 Masse-% B¶2¶O¶3¶ DOLLAR A enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Glas zur Herstellung von Glaskugeln sowie Glaskugeln aus diesem Glas. Sie betrifft darüber hinaus ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu Herstellung derartiger Glaskugeln.

Glaskugeln werden unter anderem für Reflexionsschichten eingesetzt, die auf Straßen oder Start- oder Landbahnen von Flughäfen verwendet werden, um dort eine hohe Nachtsichtbarkeit zu gewährleisten. Für solche Reflexionsschichten werden jedoch Glaskugeln benötigt, die einen Brechungsindex n_D aufweisen, der größer als 1,50 ist. Glaskugeln mit einem Brechungsindex von 1,50 oder weniger, können zu diesem Zweck nicht verwendet werden. Neben einem ausreichend hohen Brechungsindex müssen diese Glaskugeln weiterhin eine hohe Abriebfestigkeit, eine hohe Wasserbeständigkeit sowie eine hohe Rundheit und Oberflächengüte aufweisen. Ferner ist es für eine hohe Nachtsichtbarkeit bei regennassen Flächen notwendig, daß der Durchmesser der Glaskugeln etwa 1,0 bis 2,5 mm beträgt. Es sind bisher keine Glaskugeln bekannt, die diesen Anforderungen genügen. Ursache dafür ist, das bisher keine Gläser bekannt sind, aus denen derartige Glaskugeln hergestellt werden können.

Bariumtitanatgläser, die 40 Masse-% BaO und etwa 30 Masse-% TiO₂ enthalten, genügen den obigen Anforderungen zwar in bezug auf den Lichtbrechungsindex, der etwa 1,9 beträgt, nicht jedoch in bezug auf die übrigen Anforderungen. Derartige Gläser lassen sich nicht mit hinreichender Homogenität erschmelzen und aus solch mangelhaften Schmelzen lassen sich nur Kugeln mit Durchmessern von höchstens 1,0 mm herstellen, deren Abriebfestigkeit nicht ausreichend ist.

Bekannt ist die Herstellung von Glaskugeln durch mechanisches Dispergieren eines Glasstranges und Nacherhitzen der erzeugten Partikel (US 3,495,961, Potter Brothers, Inc., 1970). In WO 00/20345 wird ein Verfahren zur Herstellung von Glaskugeln beschrieben, bei der ein Faden geschmolzenen Glases in Faserstücke zerschlagen oder aufgebrochen wird. Diese Faserstücke bilden in einer bestimmten Relaxationszeit τ und bei einer gegebenen Viskosität µ unter der Wirkung der Oberflächenspannung σ des geschmolzenen Glases Kugeln mit dem Durchmesser d. Dabei soll streng die Beziehung τ = (d.µ)/σ gelten. Wie Versuche gezeigt haben, beschreibt die genannte Beziehung die tatsächlichen Vorgänge beim mechanischen Dispergieren eines frei nach unten ablaufenden Fadens geschmolzenen Glases nicht oder nur sehr unvollständig. Das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung eines mechanischen Dispergiervorganges ist deshalb für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kugeln ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Glas angegeben werden, aus dem Glaskugeln hergestellt werden können, die den obigen Anforderungen entsprechen. Darüber hinaus sollen Glaskugeln mit hoher Lebensdauer angeben werden, die aus diesem Glas hergestellt worden sind und für Reflexionsschichten verwendet werden können, wobei sie verbesserte Nachtsichtbarkeit von Markierungen auf regenassen Flächen gewährleisten. Ferner sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger Glaskugeln angegeben werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2, 7 und 21 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 6, 8 bis 20 und 22 bis 35.

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Glas mit einem Lichtbrechungsindex, der größer als 1,50 ist, zur Herstellung von Glaskugeln mit 0,7 bis 2,5 mm Durchmesser vorgesehen, das
30 bis 40 Masse-% SiO₂,
10 bis 30 Masse-% BaO,
10 bis 20 Masse-% TiO₂,
8 bis 12 Masse-% CaO,
7 bis 10 Masse-% Al₂O₃,
5 bis 10 Masse-% Na₂O und
0 bis 5 Masse-% B₂O₃
enthält.

Das vorgeschlagene Glas ermöglicht es erstmals, Glaskugeln herzustellen, das den obigen Anforderungen genügt. Insbesondere können daraus Glaskugeln hergestellt werden, die einen Brechungsindex n_D aufweisen, der größer als 1,50 ist. Darüber hinaus weisen die aus diesem Glas hergestellten Glaskugeln eine hohe Abriebfestigkeit, eine hohe Wasserbeständigkeit sowie eine hohe Rundheit und Oberflächengüte auf. Der Durchmesser der aus diesem Glas hergestellten Glaskugeln kann zwischen 0,7 und 2,5 mm, insbesondere zwischen 1,0 und 2,5 mm liegen. Diese Glaskugeln sind somit für die Verwendung in Reflexionsschichten beispielsweise in Form von Markierungen auf Straßen sowie Start- und Landbahnen für Flugzeuge geeignet. Sie gewährleisten insbesondere eine hohe Nachtsichtbarkeit auch bei regennassen Flächen.

Der Lichtbrechungsindex n_D des Glases liegt vorzugsweise zwischen 1,55 und 1,8. Das Glas läßt sich an üblichen Glasschmelzanlagen ohne Schwierigkeiten schmelzen und mit guter Homogenität für den Prozeß der Kugelherstellung bereitstellen.

Die nach ISO 719 bestimmte Wasserbeständigkeit des erfindungsgemäßen Glases entspricht der Klasse HGB 1. Die Wasserbeständigkeit des erfindungsgemäßen Glases ist somit besser als die von Normalglas und die des oben erörtertem Bariumtitanatglases. Die gemäß DIN 12116 bestimmte Säurebeständigkeit entspricht der Säureklasse S4. Die Laugenbeständigkeit des erfindungsgemäßen Glases entspricht somit der von Normalglas und ist besser als die von Bariumtitanatglas. Die gemäß DIN 52322 bestimmte Laugenbeständigkeit entspricht der Laugenklasse A2. Hinsichtlich der Säurebeständigkeit liegt das erfindungsgemäße Glas somit zwischen Normalglas und dem sehr schlechten Bariumtitanatglas.

Nach Maßgabe der Erfindung sind demgemäß Glaskugeln mit 0,7 bis 2,5 mm Durchmesser vorgesehen, die aus einem Glas bestehen, das einen Lichtbrechungsindex aufweist, der größer als 1,50 ist, und das
30 bis 40 Masse-% SiO₂,
10 bis 30 Masse-% BaO,
10 bis 20 Masse-% TiO₂,
8 bis 12 Masse-% CaO,
7 bis 10 Masse-% Al₂O₃,
5 bis 10 Masse-% Na₂O und
0 bis 5 Masse-% B₂O₃
enthält. Der Lichtbrechungsindex des Glases, aus dem die Glaskugeln hergestellt sind, liegt vorzugsweise zwischen 1,55 und 1,8.

Jede der Glaskugeln sollte eine Rundheit aufweisen, die zwischen 1,00 und 1,10 liegt, wobei die Rundheit in diesem Zusammenhang als Quotient aus maximalem Durchmesser (D_max) und minimalen Durchmesser (D_min) dieser Glaskugel definiert ist. Der mittlere Durchmesser aller Glaskugeln sollte 1,05 betragen.

Die Oberfläche der erfindungsgemäßen Glaskugeln ist vorzugsweise feuerpoliert und weist eine Rauhtiefe auf, die kleiner als 1 µm ist.

Die vorgeschlagenen Glaskugeln genügen den oben genannten Anforderungen, die an Glaskugeln gestellt werden, die für Reflexionsschichten auf Straßen usw. verwendet werden sollen.

Die äußeren Hüllen der Glaskugeln besitzen eine Druckvorspannung bis etwa 10 MPa, wenn die Dicke der äußeren Hüllen bis zu 0,5 mm beträgt. Der Abrieb beträgt höchstens 0,5 g bei einem 24-h-Test, bei dem 400 g Glaskugeln mit 300 g Wasser in einer Rührwerksmühle gemahlen werden. Der Anteil von Kugeln mit Anhaftungen auf der Oberfläche und/oder mit Fremdpartikel-, kristallinen oder Blasen-Einschlüssen ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Glaskugeln kleiner als 0,5%.

Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Glaskugeln aus einem frei nach unten ablaufenden Faden aus geschmolzenem Glas durch mechanisches Dispergieren. Das Verfahren umfaßt dabei die Schritte:

a) Einstellen der Viskosität des Fadens aus geschmolzenem Glas auf 10 bis 300 Pas;
b) Ablenken und Beschleunigen der Glasschmelze am unteren Fadenende seitlich in einer Richtung um 90° bis 140°, indem die Glasschmelze am unteren Ende wiederkehrend temporär an durch die Fadenachse laufende Flächen (Klebegegenflächen) geklebt wird;
c) gleichzeitig mit Schritt (b) Umwandeln der Glasschmelze in eine Partikelkette, die aus Kugeln nahekommenden Anhäufungen der Glasschmelze mit sehr dünnen Verbindungsfäden besteht, indem das untere Fadenende vom freihängenden unteren Fadenende der Glasschmelze periodisch abgestriffen und gestaucht und zwischen jeweils zwei Abstreif- und Stauchzyklen abgesponnen wird; und
d) Schmelzen der sehr dünnen Verbindungsfäden der so erhaltenen Partikelkette in einem Nachheizvorgang, wodurch diskrete Kugeln hergestellt werden.

Der Ausdruck "wiederkehrend temporär" der in Schritt (b) des Verfahrens verwendet wird, ist so zu verstehen, daß das Kleben nur zeitweilig, im konkreten Fall nur für kurze oder sehr kurze Zeitabschnitte an den laufenden Klebeflächen erfolgt.

Andersgesagt wird der Faden auf Viskositäten zwischen 10 und 300 Pas eingestellt, die Glasschmelze am unteren Fadenende durch wiederkehrendes temporäres Kleben an durch die Fadenachse laufenden Flächen seitlich in einer Richtung um 90° bis 140° abgelenkt und beschleunigt und dabei durch streng periodisches Abstreifen und Stauchen des unteren Fadenendes mit bis zum nächsten Abstreifen/Stauchen folgendem Abspinnen vom frei hängenden unteren Fadenende in eine Partikelkette aus Kugeln nahekommenden Anhäufungen der Glasschmelze mit sehr dünnen Verbindungsfäden umgewandelt, aus der in einem Nachheizvorgang durch Schmelzen der sehr dünnen Verbindungsfäden und unter der Wirkung der Oberflächenspannung in einer Spur fliegende diskrete Kugeln hergestellt werden.

Der Steuerung der Klebezeit jedes Einzelvorgangs kommt nach der Erfindung besondere Bedeutung zu. Sie kann so erfolgen, daß die Klebegegenfläche zunächst linear und später nach unten gekrümmt bewegt wird. Die Klebezeit ist dann beendet, wenn die einsetzende Fliehkraft die Klebkraft erreicht. Bei ständiger gekrümmter Bewegung der Klebegegenfläche mit konstanter Fliehkraft wird die Klebezeit durch Verminderung der Klebkraft bei gesteuerter Temperaturerniedrigung der Kontaktfläche eingestellt. Der Begriff "Einzelvorgang" ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, daß der Ablauf an einer einzelnen der rasch nacheinander am unteren Fadenende vorbeilaufenden Klebefläche betrachtet wird.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Klebezeit zusätzlich oder ausschließlich pneumatisch durch einen impulsartigen Gasstrahl im Kontaktflächenbereich begrenzt und damit eingestellt wird. Der Gasstrahl muß dabei direkt oder indirekt von der Klebegegenfläche oder von der Schattenfläche aus auf die gerade noch klebende Glasaufstauchung wirken. Als Gas können kalte oder bis zu 600°C heiße Luft, kaltes oder bis zu 600°C heißes Kohlendioxid, andere geeignete kalte oder bis zu 600°C heiße Gase, überhitzter Wasserdampf oder Aerosole eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit ist, daß der Gasstrahl durch eine Flammenzündung oder eine begrenzte Explosion erzeugt wird. Dazu wird in unmittelbarer Nähe oder im unmittelbaren Schatten der Klebegegenfläche impulsartig ein brennbares Gas, ein brennbares Gas-Luft-Gemisch, ein brennbares Gas-Luft-Sauerstoff- Gemisch oder ein brennbares Gas-Sauerstoff-Gemisch zugeführt. Als brennbares Gas können Wasserstoff, Acetylen, Flüssiggas (z. B. Propan, Butan), Erdgas oder andere Brenngase und Brenngasgemische eingesetzt werden, die Zündung kann durch die heiße Partikelkette oder elektrisch erfolgen. Selbstverständlich können Kombinationen der vorstehend erläuterten Verfahrensvarianten eingesetzt werden.

Die Ausdrücke "Schatten" und "Schattenfläche" stehen in diesem Zusammenhang für die nach der Laufrichtung der Klebegegenflächen rückwärtigen Flächen, die unter den abgesponnenen dünnen Verbindungsglasfäden ohne direkten Kontakt zu diesen Fäden laufen.

Weiterhin sollte die Temperierung (Aufheizung oder Kühlung), die Reinigung oder die Temperierung und Reinigung der Klebegegenflächen und/oder der Schattenflächen in ausreichendem Abstand vom schmelzflüssigen Glasfaden und von der heißen Partikelkette durch An- oder Abblasen mit kalten oder heißen Gasen oder mit Flammen erfolgen.

Der frei nach unten laufende Faden des geschmolzenen Glases wird am Abstreifpunkt vorzugsweise auf einen Durchmesser zwischen 1,5 und 3 mm und auf eine Geschwindigkeit zwischen 0,5 und 1,5 m/s eingestellt. Beispielsweise können bis zu 10 Fäden parallel mit Mittelpunktsabständen von 10 bis 50 mm frei nach unten laufen.

Die Abstreifgeschwindigkeit und damit die Abfluggeschwindigkeit der Partikelkette wird auf Werte von 10 bis 60 m/s, die Frequenz der aufeinanderfolgenden Abstreif- und Stauchvorgänge auf Werte von 500 bis 7000 s^-1 eingestellt.

Die Abstreiferoberflächentemperatur wird unmittelbar vor dem Abstreifvorgang vorzugsweise auf eine Temperatur eingestellt, die 300 bis 700 K niedriger als die Temperatur des Glasfadens am Abstreifpunkt ist. Vorzugsweise wird die Abstreiferoberflächentemperatur dabei auf einen Wert eingestellt, der einer Viskosität des verwendeten Glases von 10^8,25 Pas oder einer niedrigeren Viskosität entspricht. Es ist bekannt, daß Klebeerscheinungen bei Unterschreitung einer Oberflächenviskosität des Glases von 10^8,25 Pas auftreten. Die Temperierung der Abstreiferflächen soll durch Wärmestrahlung, Induktionserwärmung, Beflammung, Heißgasblasen, Strahlungskühlung und/oder Gas- oder Aerosolkühlung mit Anblasen oder Absaugen erfolgen.

Erfindungsgemäß können die Abstreiferoberflächen besonders in den als Klebegegenflächen verwendeten Abschnitten vor dem Abstreifvorgang mit einem Haftverbesserer, d. h. einer Haft- oder Klebehilfe oder mit einem Material zur Steuerung des temporären Klebens, beschichtet werden. Als Materialien zur Steuerung der Haftung werden Silikate, Aluminate, Titanate oder Borate der Alkalimetalle, Oxide, Hydroxide, Carbonate, Sulfate, Silikate, Aluminate, Titanate oder Borate der Erdalkalimetalle, TiO₂, ZrO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Kohlenstoff in Form von Feinstgraphit oder Ruß, SiO₂, SiC, SnO₂ oder typische Glasformenschmiermittel auf Ölbasis einzeln oder in zweckmäßiger Kombination verwendet. Die Beschichtung mit Hafthilfen oder Materialien zur Steuerung der Haftung mit einer Dicke von 1 bis 50 µm wird über Aerosole und gegebenenfalls während eines Kühlvorganges, durch Aufsprühen und Antrocknen von Lösungen oder Emulsionen oder elektrostatisch aufgebracht.

Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Die Vorrichtung weist Arbeitszähne zum Abstreifen und Stauchen des unteren Fadenendes während des temporären Klebens des geschmolzenen Glases auf, wobei die Arbeitszähne am Abstreifpunkt horizontal oder bis zu 50° ansteigend gegen den frei nach unten abfließenden Faden des geschmolzenen Glases verlaufen.

Diese Vorrichtung wird im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung;

Fig. 2a eine Schnittansicht des Antriebsrades der ersten Ausführungsform der Vorrichtung quer zur Drehachse des Antriebsrades;

Fig. 2b eine Schnittansicht des Antriebsrades der ersten Ausführungsform der Vorrichtung parallel zur Drehachse des Antriebsrades;

Fig. 3 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung und

Bei der Vorrichtung werden, wie bereits ausgeführt, Arbeitszähne 1 für das Abstreifen und Stauchen bei temporärem Kleben eingesetzt, die am Abstreifpunkt 5 horizontal oder bis 50° ansteigend gegen den senkrecht frei nach unten abfließenden Faden des geschmolzenen Glases laufen und bei denen die in Lauf- oder Bewegungsrichtung vorderen Zahnflanken 1.1 und die Zahnspitzen 1.2 als Abstreif-, Stauch- und Klebegegenfläche eingesetzt werden. Die vorderen Zahnflanken 1.1 bilden mit der Bewegungsrichtung und in dieser Richtung gegen die Zahnwurzel 1.3 gesehen einen Winkel W1 von 20° bis 70°, die hinteren Zahnflanken 1.4 mit der Bewegungsrichtung und in dieser Richtung gegen die Zahnwurzel 1.3 gesehen einen Winkel W2 von 150° bis 90°.

Die Höhe der Arbeitszähne 1 beträgt 3 bis 10 mm, die Zahnspitzen sind mit einem Radius von 0,3 bis 2 mm gerundet.

Der Ausdruck "Abstreifpunkt" kennzeichnet im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens die Stelle, bei der der frei nach unten laufende Faden aus geschmolzenem Glas auf die Kontaktgegenfläche auftrifft, wobei er periodisch abgestriffen, gestaucht und abgesponnen wird. Er ist synonym zu dem gelegentlich verwendeten Ausdruck "Auftreffpunkt", wobei die unterschiedlichen Bezeichnungen desselben Punktes gewählt wurden, um die verschiedenen funktionellen Bedeutungen dieses Punktes in bezug auf den jeweiligen Verfahrensschritt kenntlich zu machen.

Die Arbeitszähne 1 bestehen vorzugsweise aus Gußeisen, Kohlenstoffstählen, legierten Stählen, NiAl-Bronzen, Nickel-Legierungen, Sinter-Keramik (Si₃N₄), Graphit oder anderen geeigneten Werkstoffen und sind gegebenenfalls durch Flammenspritzen oder auf entsprechende andere Weise mit einer Sonderlegierung oder einem Sonderwerkstoff gepanzert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Arbeitszähne 1 nach außen ragend auf einer Stahlrollenkette 2 angebracht sind, die zwischen einem Antriebskettenrad 3 und einem Spannrad 4 derart gespannt ist, daß das Lasttrum oben liegt. Die Arbeitszähne 1 laufen am oberen Trum der Kette 2 gegen den frei nach unten abfließenden Faden des geschmolzenen Glases. Die Neigung des oberen Trums ist vorzugsweise von 0° bis 50° ansteigend eingestellt, wozu die Achse des Spannrades 4 schwenkbar um die Achse des Antriebsrades 3 angeordnet ist. Die Entfernung a zwischen Auftreffpunkt 5 des Fadens auf die obere Arbeitszahnlinie und dem durch das Antriebskettenrad 3 und die Lage des Spannrades 4 bestimmten Umlenkpunkt 6 der Rollenkette 2 sollte zweckmäßigerweise auf 5 bis 500 mm eingestellt werden. Zweckmäßigerweise hat das Antriebskettenrad 3 einen Durchmesser von 135 bis 350 mm und die äußere Arbeitszahnlinie im Bereich des Antriebsrades 3 einen Durchmesser von 150 bis 400 mm.

Bei gegebenen Rädern 3, 4 und einer gegebenen Rollenkette 2 können der Abstand a zwischen dem Auftreffpunkt 5, und dem Umlenkpunkt 6, die Geschwindigkeit v des Rades 3 und der Anstellwinkel γ verändert werden. Damit kann diese Vorrichtung gegenüber der zweiten Ausführungsform zusätzlich über γ und a gesteuert werden.

Statt einer Stahlrollenkette 2 können ein Stahlrollenkettenpaar oder mehrere entsprechende parallel laufende Stahlrollenketten eingesetzt werden, so daß mehrere Fäden 12 gleichzeitig und somit entsprechend viele Partikelketten 13 gebildet werden können. In Fig. 2b sind mehrere solche aus Spuren A, B und C bezeichneten parallele Verarbeitungslinien dargestellt.

Vorzugsweise sind das Antriebsrad 3 oder das Spannrad 4 oder beide topfförmig ausgebildet. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind dabei im Bereich jeder Partikelkettenspur langlochartige Bohrungen 7 in bestimmten Positionen zu den Kettenradzähnen angeordnet und gegebenenfalls als Brennerdüsen ausgebildet, die beim Lauf alternativ genau vor oder hinter den Arbeitszähnen 1 liegen. Das Antriebsrad 3 oder das Spannrad 4 oder beide haben bei topfförmiger Ausbildung im Inneren feststehende zylinderförmige, im erforderlichen Maße gegen den umlaufenden Topf abgedichtete Blaskulissen 8. Über die Blaskulissen 8 werden mit den entsprechenden Zuführungen 9 und/oder 10 die für die Trennimpulse und/oder die für eine Reinigung oder Temperierung benötigten Gase zugeführt. Die Blaskulissen 8 sind als in den Radtopf einfahrbare, während des Betriebes feststehende Zylinder ausgebildet.

Die nach Fig. 1 und 2 auf der Stahlrollenkette 2, dem Stahlrollenkettenpaar 2 oder mehreren entsprechenden parallel laufenden Stahlrollenketten 2 angeordneten Zähne 1 oder entsprechenden Zahnleisten 1 haben einen Abstand von 8 bis 80 mm. Die Stahlrollenkettenanordnung 2 läuft mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 60 m/s.

Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung sind die Zähne 1 am äußeren Umfang eines topfförmigen Rades 11 (Abstreifrad 11) angeordnet. Alternativ vor oder hinter den Zähnen 1 im Bereich der Partikelkettenspur befinden sich langlochartige Bohrungen 7, die gegebenenfalls als Brennerdüsen ausgebildet sind. Die Bohrungen 7 laufen im Inneren des topfförmigen Rades 11 an einer gegen den Auftreffpunkt 5 fest einstellbaren, erforderlichenfalls gegen den Radtopf abgedichteten Blaskulisse 8 mit Zuführung 9 für die zur Begrenzung des temporären Klebens eingesetzten Gase oder Gasmischungen vorbei. Ähnlich wie in Fig. 2 können die Bohrungen 7 außerdem im Inneren des topfförmigen Rades 11 und im unteren Radbereich an einer erforderlichenfalls gegen den Radtopf abgedichteten Blaskulisse 8 mit Zuführung 10 für die zur Temperierung und/oder Reinigung eingesetzten Gase oder Gasmischungen vorbeilaufen. Zur Abdichtung können Dichtschieber 16 ähnlich wie bei Drehschieberpumpen verwendet werden.

Zweckmäßigerweise beträgt bei dieser zweiten Ausführungsform der Zahnspitzendurchmesser des Rades 11 150 bis 450 mm, sind auf dem Rad 11 20 bis 100 Zähne 1 angeordnet und läuft das Rad 11 mit 15 bis 120 Umdrehungen je Sekunde. Der Auftreffpunkt 5 ist gegen die Senkrechte durch die Drehachse des Rades 11 um 10 mm bis 150 mm versetzt.

Bei beiden Ausführungsformen sind zweckmäßigerweise in Bewegungsrichtung gesehen vor dem Auftreffpunkt 5 Einrichtungen zur Beschichtung der Zähne 1, wie Sprühköpfe, und Einrichtungen zum Aufheizen der Zähne 1, wie Induktionsleisten, angeordnet.

Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung des frei nach unten laufenden Glasfadens dadurch, daß die Glasschmelze über eine rohrartige direkt elektrisch beheizte Zuführung und durch eine Düse oder mehrere Düsen aus hochschmelzenden Edelmetallen oder Edelmetallegierungen geleitet wird. Dabei sollte der Düsendurchmesser 3 bis 8 mm betragen, wobei in einer Düsenplatte vorzugsweise bis zu 10 Düsen nebeneinander mit Mittelpunktsabständen der Düsen von 10 bis 50 mm angeordnet sind. Der senkrechte Abstand zwischen der Düse bzw. den Düsen und dem Auftreffpunkt 5 beträgt 150 bis 1500 mm.

Beispiel

Die Herstellung von Glaskugeln wird nachstehend anhand eines Beispiels erläutet
Zur Herstellung der Glaskugeln wurde ein Gemisch aus folgenden Bestandteilen hergestellt:
33,2 Masse-% SiO₂,
21,5 Masse-% BaO,
16,3 Masse-% TiO₂,
10,5 Masse-% CaO,
9 Masse-% Al₂O₃
5,7 Masse-% Na₂O und
3,1 Masse-% B₂O₃.
Das Gemisch wurde in einem kontinuierlich arbeitenden brennstoffbeheizten Glasschmelzofen bei 1390°C zu einem homogenen Glas geschmolzen.
Über eine 2-Loch-Düse aus Platin mit Einzeldüsendurchmessern von 5,1 mm wurden bei einer Auslauftemperatur von 1135°C und einem Gesamtmassestrom von 80 kg/h zwei Glasfäden erzeugt. Aus diesen Fäden geschmolzenen Glases wurden Kugeln im Durchmesserbereich von 0,8 bis 1,2 mm über ein Abstreifrad gemäß Fig. 3 mit 68 Arbeitszähnen und einem Außendurchmesser von 190 mm, das 4800 Umdrehungen je Minute ausführt, hergestellt.
Die Umfangsstrecke auf dem Abstreifrad mit temporärem Kleben war dabei auf einen Winkelbereich von 6,5° eingestellt.
Bei der Qualitätskontrolle von 1900 Einzelkugeln wurden 0,9% als Kugeln mit "Spitzen" und 0,8% als unrunde Kugeln ausgewiesen. Sogenannte "Doppler" fehlten.
Das Glas und die daraus hergestellten Glaskugeln haben eine Dichte von 3,06 g/cm³ und einen Lichtbrechungsindex n_D von 1,73.
Die Wasserbeständigkeit der so hergestellten Glaskugeln wurde nach ISO 719 bestimmt. Es wurden 0,01 mg/l 0,01 N HCl verbraucht. Dies entspricht der höchsten Wasserbeständigkeitsklasse HGB 1. Demgegenüber wurden bei Kugeln aus Normalglas 0,16 mg/l 0,01 N HCl (entspricht HGB 2) und bei den oben erwähnten Kugeln aus Bariumtitanatglas, die einen Lichtbrechtungsindex von 1,9 aufweisen, 0,03 mg/l, 0,01 N HCl (entspricht HGB 1) verbraucht.
Die Säurebeständigkeit wurde gemäß DIN 12116 bestimmt. Dabei wurde ein Wert ρA von 503 mg/dm² gemessen, was Säureklasse S4 entspricht. Kugeln aus Normalglas erreichten 127 mg/dm² (entspricht Säureklasse S4), während sich Kugeln aus dem oben erwähnten Bariumtitanatglas auflösten (entspricht Säureklasse S4).
Die Laugenbeständigkeit wurde gemäß DIN 52322 bestimmt. Dabei wurde ein Wert ρA von 0,149 mg/dm² gemessen, was Laugenklasse A2 entspricht. Kugeln aus Normalglas erreichten 0,152 mg/dm² (entspricht Laugenklasse A2); Kugeln aus dem oben erwähnten Bariumtitanatglas erreichten 0,374 mg/dm² (entspricht Laugenklasse A3).
Bei einem 24-h-Abriebtest in einer Netzsch-Rührwerksmühle (Modell PE 075) mit einer Füllung aus 400 g Glaskugeln und 300 ml Wasser wurde für die Glaskugeln ein Abrieb von 0,125% ermittelt. Dieser Wert betrug bei Kugeln aus Normalglas 0,05% und bei Kugeln aus dem oben erwähnten Bariumtitanatglas 0,35%. Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Arbeitszahn
1.1 vordere Zahnflanke
1.2 Zahnspitze
1.3 Zahnwurzel
1.4 hintere Zahnflanke
2 Stahlrollenkette
3 Antriebskettenrad
4 Spannrad
5 Auftreffpunkt/Abstreifpunkt
6 Umlenkpunkt
7 langlochartige Bohrung
8 Blaskulisse
9 Zuführung
10 Zuführung
11 topfförmiges Rad
12 frei nach unten ablaufender Faden aus geschmolzenem Glas
13 Partikelkette aus kugelähnlichen Vorformen 14 und dünnen Verbindungsfäden 15
14 Vorform
15 Verbindungsfäden
16 Dichtschieber

Claims

1. Glas mit einem Lichtbrechungsindex, der größer als 1,50 ist, zur Herstellung von Glaskugeln mit 0,7 bis 2,5 mm Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß es
30 bis 40 Masse-% SiO₂,
10 bis 30 Masse-% BaO,
10 bis 20 Masse-% TiO₂,
8 bis 12 Masse-% CaO,
7 bis 10 Masse-% Al₂O₃,
5 bis 10 Masse-% Na₂O und
0 bis 5 Masse-% B₂O₃
enthält.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbrechungsindex zwischen 1,55 und 1,8 liegt.

3. Glaskugeln mit 0,7 bis 2,5 mm Durchmesser, hergestellt aus einem Glas nach Anspruch 1 oder Anspruch 2.

4. Glaskugeln nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Glaskugel eine Rundheit aufweist, die zwischen 1,00 und 1,10 liegt, wobei die Rundheit als Quotient aus maximalem Durchmesser (D_max) und minimalen Durchmesser (D_min) dieser Glaskugel definiert ist.

5. Glaskugeln nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Durchmesser aller Glaskugeln 1,05 beträgt.

6. Glaskugeln nach einem der Anspruche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Oberfläche feuerpoliert ist und sie eine Rauhetiefe aufweisen, die kleiner als 1 µm ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Glaskugeln nach einem der Ansprüche 3 bis 6 aus einem frei nach unten ablaufenden Faden aus geschmolzenem Glas durch mechanisches Dispergieren, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte:

a) Einstellen der Viskosität des Fadens aus geschmolzenem Glas auf 10 bis 300 Pas;

b) Ablenken und Beschleunigen der Glasschmelze am unteren Fadenende seitlich in einer Richtung um 90° bis 140°, indem die Glasschmelze am unteren Ende wiederkehrend temporär an durch die Fadenachse laufende Flächen (Klebegegenflächen) geklebt wird;

c) gleichzeitig mit Schritt (b) Umwandeln der Glasschmelze in eine Partikelkette, die aus Kugeln nahekommenden Anhäufungen der Glasschmelze mit sehr dünnen Verbindungsfäden besteht, indem das untere Fadenende vom freihängenden unteren Fadenende der Glasschmelze periodisch abgestriffen und gestaucht und zwischen jeweils zwei Abstreif- und Stauchzyklen abgesponnen wird; und

d) Schmelzen der sehr dünnen Verbindungsfäden der so erhaltenen Partikelkette in einem Nachheizvorgang, wodurch diskrete Kugeln hergestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebezeit durch zunächst lineare, später nach unten gekrümmte Bewegung der Klebegegenfläche mit die Klebkraft übersteigender Fliehkraft gesteuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebezeit bei ständiger gekrümmter Bewegung der Klebegegenfläche mit konstanter Fliehkraft durch Verminderung der Klebkraft bei gesteuerter Temperaturerniedrigung der Kontaktfläche eingestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebezeit zusätzlich oder ausschließlich pneumatisch durch einen impulsartigen Gasstrahl im Kontaktflächenbereich begrenzt und damit eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas für den impulsartigen Gasstrahl kalte oder bis 600°C heiße Luft, kaltes oder bis 600°C heißes Kohlendioxid, überhitzter Wasserdampf oder Aerosole eingesetzt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Gasstrahl durch eine Flammenzündung oder eine begrenzte Explosion erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an, in unmittelbarer Nähe oder im unmittelbaren Schatten der Klebegegenfläche impulsartig ein brennbares Gas, ein brennbares Gas-Luft-Gemisch, ein brennbares Gas-Luft-Sauerstoff-Gemisch oder ein brennbares Gas-Sauerstoff-Gemisch zugeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als brennbares Gas Wasserstoff, Acetylen, Flüssiggas wie beispielsweise Propan oder Butan, oder Erdgas eingesetzt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des brennbaren Gases oder des Gemisches, das ein brennbares Gas enthält, durch die heiße Partikelkette oder elektrisch erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierung, die Reinigung oder die Temperierung und Reinigung der Klebegegenflächen und/oder der Schattenflächen in ausreichendem Abstand vom schmelzflüssigen Glasfaden und von der heißen Partikelkette durch An- oder Abblasen mit kalten oder heißen Gasen oder mit Flammen erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der periodischen Abstreif- und Stauchzyklen auf 500 s^-1 bis 7000 s^-1 eingestellt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreiferoberflächentemperatur unmittelbar vor dem Abstreifen auf eine Temperatur eingestellt wird, die 300 bis 700 K niedriger als die Temperatur des Glasfadens am Abstreifpunkt ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreiferoberflächentemperatur unmittelbar vor dem Abstreifen auf eine Temperatur eingestellt wird, die einer Viskosität des verwendeten Glases von 10^8,25 Pas oder einer niedrigeren Viskosität entspricht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebegegenflächen vor dem Abstreifen mit einem Haftungsverbesserer beschichtet werden.

21. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie Arbeitszähne (1) zum Abstreifen und Stauchen des unteren Fadenendes während des temporären Klebens des geschmolzenen Glases aufweist, wobei die Arbeitszähne (1) am Abstreifpunkt (5) horizontal oder bis zu 50° ansteigend gegen den frei nach unten abfließenden Faden des geschmolzenen Glases verlaufen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnspitzen (1.2) und die in Lauf- oder Bewegungsrichtung der Arbeitszähne vorderen Zahnflanken (1.1) die Abstreif-, Stauch- und Klebegegenflächen bilden.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwinkel (W1), der von der in Lauf- oder Bewegungsrichtung der Arbeitszähne (1) vorderen Zahnflanke (1.1) und der Zahnwurzel (1.3) gebildet ist, 20° bis 70° beträgt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenwinkel (W2), der von der in Lauf- oder Bewegungsrichtung der Arbeitszähne (1) hinteren Zahnflanke (1.4) und der Zahnwurzel (1.3) gebildet ist, 150° bis 90° beträgt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszähne (1) nach außen ragend auf einer Stahlrollenkette angebracht sind, wobei die Stahlrollenkette zwischen einem Antriebskettenrad (3) und einem Spannrad (4) derart gespannt ist, daß das Lasttrum oben liegt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des oberen Trums von 0° bis 50° ansteigend eingestellt und dazu die Achse des Spannrades (4) schwenkbar um die Achse des Antriebsrades (3) angeordnet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (3) oder das Spannrad (4) oder beide topfförmig ausgebildet sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Antriebsrad (3) langlochartige Bohrungen (7) angeordnet sind, die beim Lauf der Vorrichtung alternativ genau vor oder genau hinter den Arbeitszähnen (1) liegen.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die langlochartigen Bohrungen als Brennerdüsen ausgebildet sind.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (3) und/oder das Spannrad (4) in ihrem Inneren feststehende zylinderförmige Blaskulissen (8) zum Zuführen der für die Trennimpulse und/oder die für eine Reinigung oder Temperierung benötigten Gase aus Zuführungen (9) und/oder (10) aufweisen.

31. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszähne (1) am äußeren Umfang eines topfförmigen Rades (11) angeordnet sind.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß langlochartige Bohrungen (7) in Laufrichtung alternativ vor oder hinter den Arbeitszähnen (1) angeordnet sind.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die langlochartigen Bohrungen als Brennerdüsen dienen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die langlochartigen Bohrungen (7) im Inneren des topfförmigen Rades (11) an einer gegen den Auftreffpunkt (5) des nach unten frei ablaufenden Fadens der Glasschmelze fest einstellbaren Blaskulisse (8) mit Zuführung (9) für die zur Begrenzung des temporären Klebens eingesetzten Gase oder Gasmischungen vorbeilaufen.

35. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die langlochartigen Bohrungen (7) im Inneren des topfförmigen Rades (11) im unteren Radbereich an einer Blaskulisse (8) mit Zuführung (10) für die zur Temperierung und/oder Reinigung eingesetzten Gase oder Gasmischungen vorbeilaufen.