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Die Erfindung betrifft eine Anlage
zum Glassträngen.
Dabei wird unter dem Begriff „Glasstrang" ein fortlaufendes
Glasprodukt verstanden, das massiv oder hohl sein kann. In erster
Linie geht es um das Herstellen von Glasrohren.
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Anlagen der genannten Art umfassen
eine Mehrzahl von Einzelaggregaten, entsprechend den verschiedenen
Verfahrensschritten, die angewandt werden müssen, um schließlich einen
fortlaufenden Glasstrang auszuformen. Am Anfang steht das Erschmelzen
von Glas, ausgehend von sogenanntem Gemenge und/oder Scherben.
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DE 199 39 784 C1 beschreibt eine Anlage zum
Erschmelzen und Läutern
von Gemenge oder von Scherben mit einer Schmelzwanne und einem daran
anschließenden
Läuterbecken.
An das Läuterbecken
werden sich im Allgemeinen weitere Behandlungsstationen anschließen, beispielsweise
eine Homogenisiereinrichtung. Am Ende steht die eigentliche Vorrichtung
zum Herstellen des Glasstranges. Diese umfasst einen sogenannten
Speiser. Soll ein Glasrohr erzeugt werden, so ist dem Speiser ein
Ziehwerkzeug nachgeschaltet. Auf
DE 100 48 815 C1 wird verwiesen.
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Die genannten Aggregate stehen über offene Rinnen
miteinander in leitender Verbindung. In diesen Rinnen wird die Schmelze
von der Schmelzwanne bis zum Speiser gefördert.
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Ein überragend wichtiges Qualitätsmerkmal des
fertigen Glasstranges sind dessen Abmessungen. Beim Glasrohr ist
dies nicht nur der Außendurchmesser,
sondern auch der Innendurchmesser und somit die Wandstärke. Diese
Abmessungen können
beim Gebrauch des Glasrohres beziehungsweise des hieraus hergestellten
Endproduktes von großer
Wichtigkeit sein, beispielsweise dann, wenn das Endprodukt Bestandteil
eines chemischen oder pharmazeutischen Gerätes sein soll. Muss beispielsweise ein
Glasrohr beziehungsweise ein hieraus hergestelltes Produkt einem
gewissen Innendruck standhalten, und das Glasrohr somit eine bestimmte
Mindest-Wandstärke
aufweisen, so wird man aus Sicherheitsgründen die Wandstärke etwas
größer bemessen,
als dies bei genauer Einhaltung einer Soll-Wandstärke notwendig
wäre. Dies
führt zu
unnötig
großem
Gewicht, als auch zu unnötig
großen
Abmessungen und damit zu unnötig
hohem Materialverbrauch.
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Ein wichtiges Bauteil ist die am
Auslauf des Speisers befindliche Ringdüse bzw. ein Ringspalt. Diese
ist in entscheidendem Maße
verantwortlich für die
Gestalt des erzeugten Produktes, insbesondere für dessen Außendurchmesser und auch für dessen Innendurchmesser.
Es werden laufend Anstrengungen unternommen, um durch Auswahl geeigneter Werkstoffe
den Verschleiß zu
minimieren, um eine dauerhafte Maßhaltigkeit des erzeugten Stranges
zu erreichen.
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Umfangreiche Bemühungen in dieser Richtung haben
jedoch nicht das gewünschte
Ergebnis gehabt. Vielmehr kommt es immer wieder zu unzulässigen Abweichungen
von Soll-Maßen
des erzeugten Glasstranges.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Anlage der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, dass
die Querschnittsabmessungen eines hiermit erzeugten Glasstranges
mit höchster Präzision bei
engsten Toleranzen eingehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfinder haben Folgendes erkannt:
Einen unerwartet hohen Einfluss auf die genannten Querschnittsmaße und auf
die erzielbaren Toleranzen hat der Durchsatz, das heißt die Menge
der Glasschmelze pro Zeiteinheit, die dem Speiser zugeführt wird.
Ganz maßgeblich
ist die geodätische
Höhe des Spiegels
der im Speiserkopf befindlichen Schmelze über der Ringdüse bzw. über dem
Ringspalt. Diesem Parameter wurde bisher kaum Beachtung geschenkt.
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Eine weitere Erkenntnis der Erfinder
besteht darin, dass die genannten Schwankungen bereits in der Schmelzwanne
ihren Ursprung haben. Schwankungen des Schmelzespiegels (auch Glasstand
genannt) in der Schmelzwanne haben sich als sehr nachteilig erwiesen,
weil sie sich fortpflanzen bis hin zum Speiser, und weil sie den
hydrostatischen Druck über
dem Auslauf und somit die Einhaltung der Querschnittsabmessungen
des erzeugten Glasstranges beeinträchtigen.
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Die Erfinder haben zahlreiche Möglichkeiten erkannt,
mit welchem sich die genannten erfindungsgemäßen Erkenntnisse verwirklichen
lassen.
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Eine wichtige Möglichkeit besteht darin, zwischen
Schmelzwanne und Speiser ein Puffervolumen vorzusehen, um das gesamte
System mit einer gewissen Trägheit
auszustatten, so dass sich Schwankungen des Glasstandes in der Schmelzwanne
nicht mehr so stark oder gar nicht mehr auswirken.
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Eine weitere Maßnahme besteht darin, Gemenge
vorsichtig in die Glasschmelze einzulegen, so dass Störungen des
Glasstandes, hervorgerufen durch das Einlegen, möglichst gar nicht erst auftreten.
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Auch kann Einfluss genommen werden
auf die Konstanthaltung der Atmosphäre über der Schmelze in der Wanne,
so dass ein möglichst gleichbleibender
Ofendruck über
dem Schmelzespiegel herrscht.
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Eine weitere Maßnahme besteht im Anordnen
von Strömungshindernissen
im Strömungsweg zwischen
Wanne und Speiser. Hier kommen beispielsweise Schikanen oder Engstellen
in den Rinnen in Betracht.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung
näher erläutert. Darin
ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Schmelzwanne und ein Läuterbecken.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung einen Speisen mit Ziehpfeife.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung eine efindungsgemäße Anlage mit Schmelzwanne, Arbeitswanne
und Speiser.
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4 zeigt
eine Anlage ähnlich
jener gemäß 3.
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5 ist
eine vergrößerte Darstellung
der Rinnen gemäß 4.
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6 zeigt
eine weitere Anlage mit einer Engstelle in einer Rinne.
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7 zeigt
in schematischer Darstellung eine Anlage mit Arbeitswanne, Speiser
und besonders ausgeführter
Rinne.
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8 zeigt
eine Anlage mit Schmelzwanne, Arbeitswanne und Pufferbehälter.
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9 zeigt
einen Speiser mit einer besonderen Geometrie im oberen Bereich.
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10 bis 13 veranschaulichen eine
Anlage mit Besonderheiten im Wannenbereich.
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14 zeigt
eine besonders gestaltete Arbeitswanne.
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Der in 1 dargestellte
Bereich der Anlage dient zum Durchführen der ersten Verfahrensstufen auf
dem Wege zum Herstellen eines Glasstranges. Dabei ist eine Schmelzwanne 1 mit
einem Läuterbecken 2 dargestellt.
Zwischen diesen beiden befindet sich ein Wall 3. Der Schmelzwanne 1 wird
Gemenge 4 zugeführt.
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Die in Schmelzwanne 1 hergestellte
und in Läuterbecken 2 geläuterte Schmelze
wird über
eine Rinne 5 in Richtung des Pfeiles weitergeleitet.
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Die in 2 gezeigten
Aggregate befinden sich am Ende der Anlage. Man erkennt eine Rinne 5, einen
Speisen 6 sowie eine Ziehpfeifeneinrichtung 7. Der
Speiser 6 weist einen Speiser-Behälter 6.1 auf, ferner
eine Ringdüse 6.2.
Im Behälter 6.1 stellt
sich beim Betrieb ein Schmelzespiegel 6.3 ein. Die Ringdüse 6.2 führt die
Schmelze in einem Strahl der Mantelfläche einer Ziehpfeife 7.1 zu.
Am rechts dargestellten kleinen Ende der konischen Ziehpfeife wird das
im Entstehen begriffene Glasrohr als sogenannte Ziehzwiebel abgeführt – hier nicht
gezeigt.
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Die in 3 gezeigte
Anlage weist wiederum eine Schmelzwanne 1 auf. Der Schmelzwanne 1 ist eine
Arbeitswanne 8 nachgeschaltet. Schließlich folgt wieder ein Speiser 6.
Von diesem erkennt man im vorliegenden Falle nur den Schmelzespiegel 6.3.
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Zur Verbindung zwischen Schmelzwanne 1 und
Arbeitswanne 8 sowie zwischen Arbeitswanne 8 und
Speiser 6 dienen Rinnen 5, 5.
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Die Besonderheit bei dieser Ausführungsfonn
besteht in einem Brückenwall 1.1,
der in der Schmelzwanne 1 eingebaut ist und von oben her
in die Schmelze eintaucht. Der Brückenwall 1.1 dient als
Schwingungsbrecher. Er reduziert Höhenschwankungen des Schmelzespiegels 1.2.
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Dies ist besonders wichtig bei der
hier dargestellten Einlegetechnik, bei welcher Gemenge 4 von oben
her auf den Schmelzespiegel 1.2 aufgelegt wird, was zu
Schwankungen des Schmelzespiegels 1.2 führt. Auch der bei Regenerativ-Wannen angewandte
Feuerwechsel 1.3 lässt
Kräfte
auf die Glasbad-Oberfläche
einwirken, welche Störungen
des Glasstandes zur Folge haben. Dies führt, wie oben ausgeführt, gemäß der Erkenntnis
der Erfinder, zu einem ungleichmäßigen Glasfluss,
welcher sich auf das Produktgewicht auswirkt.
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Die in den 4 und 5 gezeigte
Anlage ist im Wesentlichen so aufgebaut, wie jene gemäß 3. Jedoch fehlt hierbei
der Brückenwall.
Stattdessen sind die beiden Rinnen 5, 5 – oder wenigstens
eine hiervon – mit
Strömungsschikanen 5.1 versehen. Diese
dämpfen
die Übertragung
von Schwingungsimpulsen.
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Bei der in 6 gezeigten Anlage erkennt man zwischen
zwei Rinnenabschnitten 5, 5 eine Drosselstelle.
Hierdurch wirkt eine Schwankung des Glasstandes in der Schmelzwanne 1 nur
indirekt und nur sehr gedämpft
auf den Glasstand im Speiser 6.
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Die Ausführungsformen gemäß der 7, 8 und 9 weisen
Merkmale auf, mit welchen sich eine Volumenvergrößerung ergibt.
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7 zeigt
wiederum eine Schmelzwanne 1, eine Arbeitswanne 8 sowie
einen Speiser 6, alle verbunden durch Rinnen 5.
Dabei zeigt 7a die bisherige
Ausführungsform. 7b zeigt den letzten Teil
der Anlage mit einer erfindungsgemäßen Verlängerung der dem Speisen vorgeschalteten
Speiserrinne 5b.
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Durch die Verlängerung dieser Speiserrinne 5b wird
das Schmelzevolumen entsprechend vergrößert, was zu einer Verbesserung
der Dämpfung
führt. Je
größer das
Volumen ist, desto träger
wird das gesamte System.
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Statt einer Verlängerung kommt auch eine Vergrößerung des
Querschnittes der Rinne 5b in Betracht.
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Bei der Ausführungsform gemäß 8 ist ein Druckausgleichstiegel 10 vorgesehen.
Dabei kann dieser mit Druck beaufschlagt werden, wodurch ebenfalls
Schwingungen im System gedämpft
werden.
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Voraussetzung für den Aufbau eines Regelsystems
ist allerdings ein Glasstandsmesser in einem Ziehtiegel 6 beziehungsweise
im Druckausgleichstiegel 10.
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Es kommt auch eine Glasstandsmessung
in der Arbeitswanne 8 in Betracht. Statt der Arbeitswanne 8 kommt
auch ein Verteiler in Betracht.
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Die Änderung der Druckfrequenz im
Ziehtiegel 6 oder im Druckausgleichstiegel 10 muss
den Frequenzen der sogenannten Wannenschwingung angepasst werden,
das heißt
der Schwingung des Glasstandes in der Schmelzwanne 1.
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9 veranschaulicht
eine interessante Ausführungsform
des Behälters 6.1 des
Speisers 6. Der Behälter
ist an seinem oberen Ende konisch gestaltet. Durch diese Änderung
der üblichen
Speisergeometrie werden Schwankungen des Glasstandes – somit
Schwankungen der geodätischen
Höhe des Schmelzespiegels über der
Auslaufdüse
des Speisers 6, verringert. Dadurch sind größere Durchsatzschwankungen
tolerierbar. Anders ausgedrückt
heißt dies,
dass eine bestimmte Schwankung des Glasstandes in der Schmelzwanne 1 nur
geringe schädliche
Auswirkungen hat; der Glasstand im Behälter 6.1 des Speisers
steigt nur unwesentlich an.
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10 veranschaulicht
eine Anlage, bei welcher eine leitende Verbindung zwischen dem Oberofenraum
der Schmelzwanne 1 und dem Raum oberhalb der Arbeitswanne 8 hergestellt
ist – siehe
die Leitung 20.
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Bei der Ausführung gemäß 11 ist der Schmelzwanne 1 eine
Förderschnecke 30 vorgeschaltet.
Auf diese Weise lässt
sich Gemenge in die Schmelzwanne 1 einlegen, ohne dass
es zu nennenswerten Schwankungen des Glasstandes in der Schmelzwanne 1 kommt.
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Bei der Ausführungsform gemäß 12 ist die Verbindungsleitung 5 zwischen
Schmelzwanne 1 und Arbeitswanne 8 aus verschleißfreien
Materialien ausgeführt.
In Betracht kommt Chromoxid-Keramik in herkömmlicher Form, oder ein beheizbares
Molybdänrohr.
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Damit wird eine unkontrollierbare
Vergrößerung vermieden,
was sonst wiederum zu einer kontinuierlichen Steigerung des Durchsatzes
führen
würde.
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Bei der Ausführungsform gemäß 13 sind Blasdüsen 21 angedeutet.
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Durch kontinuierliche Zuführung des
Gemenges mit dem Luftstrom von Blasdüsen 21 im Einlegebereich
können
Störungen
des Glasstandes beseitigt werden. Des weiteren kann somit auch die Schmelzleistung
von Glaswannen erhöht
werden, da der Energieeintrag auf das neue Gemenge direkt durch
Wärmeleitung
erfolgt und nicht über
Konvektion und Strahlung.
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14 stellt
eine besonders gestaltete Arbeitswanne 18 dar. Diese erweitert
sich von unten nach oben konisch. Hierdurch lassen sich ebenfalls Schwankungen
des Glasstandes abdämpfen.
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Ganz allgemein gilt, dass sich mit
größerem Volumen
der Schmelze im gesamten, der Schmelzwanne nachgeschalteten System
eine Veränderung des
Glasstandes in ihrer Auswirkung auf die Qualitätsbeeinträchtigung des Endproduktes dämpfen lässt.