DE10226827B4

DE10226827B4 - Vorrichtung zum Herstellen von Glassträngen

Info

Publication number: DE10226827B4
Application number: DE10226827A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dick; Erich Fischer; Roland Fuchs; Markus Riedl
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2022-06-16
Also published as: DE10226827A1

Abstract

Anlage zum Herstellen von Glassträngen;
1.1 mit einer Schmelzwanne (1);
1.2 mit einem Speiser (6), der einen Speiserbehälter (6.1) sowie eine Düse (6.2) zum Formen eines fortlaufenden Schlauchs aus Glasschmelze umfasst;
1.3 mit einer Rinne (5) zwischen der Schmelzwanne (1) und dem Speiserbehälter (6.1);
1.4 zum Minimieren von Schwankungen der geodätischen Höhe des Schmelzespiegels (6.3) im Speiserbehälter (6.1) ist ein zusätzliches Puffervolumen vor der Düse des Speisers (6) in Kombination mit einer Maßnahme zur Abdämpfung von Schwingungen vorgesehen;
1.5 das zusätzliche Puffervolumen wird durch eine Kombination eines Pufferraums, der vor der Düse des Speisers (6) vorgesehen ist, mit einem Speiserbehälter (6.1) oder einer Arbeitswanne zwischen der Schmelzwanne und dem Speiserbehälter (6.1) erreicht, die sich im Bereich des Schmelzespiegels nach oben hin konisch aufweiten;
1.6 als Maßnahme zur Dämpfung von Schwingungen wird entweder ein Brückenwall (1.1) so angeordnet, dass er von oben in die Schmelze...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Herstellen von 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.
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.
DE 598 727 A beschreibt die Beaufschlagung eines Schmelzspiegels in einem Speiserbehälter zum Herausdrücken eines Glasstrangs aus einer Speiserdüse. Hierbei wird die Glasschmelze durch ein Fallrohr aus einem Schmelzofen zugeführt. Hierbei führen Schwankungen in der geodätischen Höhe des Schmelzofens auch zu Druckschwankungen in der Speiserdüse.
DE 30 33 058 C2 offenbart einen Speiserbehälter, der im Bereich des Schmelzespiegels eine geringfügige Aufweitung aufweist. Der Öffnungswinkel ist in diesem Bereich derart spitz, dass eine Volumenänderung im Zustrom der Schmelze nicht gepuffert wird und stattdessen weitgehend linear in eine Veränderung der geodätischen Höhe des Schmelzespiegels umgesetzt wird. Der sich flach konisch aufweitende Bereich befindet sich oberhalb des Schmelzespiegels und dient lediglich als Einströmrampe zum Befüllen des Materialreservoirs und damit nicht zur Pufferung von Volumenschwankungen.
Auf

Die genannten Aggregate stehen über offene Rinnen miteinander in leitender Verbindung. In diesen Rinnen wird die Schmelze von der Schmelzwanne bis zum Speiser gefördert.
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.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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.
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.
Die Erfinder haben zahlreiche Möglichkeiten erkannt, mit welchem sich die genannten erfindungsgemäßen Erkenntnisse verwirklichen lassen.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schmelzwanne und ein Läuterbecken.
2 zeigt in schematischer Darstellung einen Speiser mit Ziehpfeife.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Anlage mit Schmelzwanne, Arbeitswanne und Speiser.
4 zeigt eine Anlage ähnlich jener gemäß 3.
5 ist eine vergrößerte Darstellung der Rinnen gemäß 4.
6 zeigt eine weitere Anlage mit einer Engstelle in einer Rinne.
7 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage mit Arbeitswanne, Speiser und besonders ausgeführter Rinne.
8 zeigt eine Anlage mit Schmelzwanne, Arbeitswanne und Pufferbehälter.
9 zeigt einen Speiser mit einer besonderen Geometrie im oberen Bereich.
10 bis 13 veranschaulichen eine Anlage mit Besonderheiten im Wannenbereich.
14 zeigt eine besonders gestaltete Arbeitswanne.
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.
Die in Schmelzwanne 1 hergestellte und in Läuterbecken 2 geläuterte Schmelze wird über eine Rinne 5 in Richtung des Pfeiles weitergeleitet.
Die in 2 gezeigten Aggregate befinden sich am Ende der Anlage. Man erkennt eine Rinne 5, einen Speiser 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.
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.
Zur Verbindung zwischen Schmelzwanne 1 und Arbeitswanne 8 sowie zwischen Arbeitswanne 8 und Speiser 6 dienen Rinnen 5, 5.
Die Besonderheit bei dieser Ausführungsform 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.
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.
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.
Bei der in 6 gezeigten Anlage erkennt man zwischen zwei Rinnenabschnitten 5, 5 eine Drosselstelle 5.2. Hierdurch wirkt eine Schwankung des Glasstandes in der Schmelzwanne 1 nur indirekt und nur sehr gedämpft auf den Glasstand im Speiser 6.
Die Ausführungsformen gemäß der 7, 8 und 9 weisen Merkmale auf, mit welchen sich eine Volumenvergrößerung ergibt.
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 Speiser vorgeschalteten Speiserrinne 5b.
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.
Statt einer Verlängerung kommt auch eine Vergrößerung des Querschnittes der Rinne 5b in Betracht.
Bei der Ausführungsform gemäß 8 ist ein Druckausgleichstiegel 10 vorgesehen. Dabei kann dieser mit Druck beaufschlagt werden, wodurch ebenfalls Schwingungen im System gedämpft werden.
Voraussetzung für den Aufbau eines Regelsystems ist allerdings ein Glasstandsmesser in einem Ziehtiegel 6 beziehungsweise im Druckausgleichstiegel 10.
Es kommt auch eine Glasstandsmessung in der Arbeitswanne 8 in Betracht. Statt der Arbeitswanne 8 kommt auch ein Verteiler in Betracht.
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.
9 veranschaulicht eine interessante Ausführungsform des Behälters 6.1 des Speisers 6. Der Behälter ist an seinem oberen Ende 6.1.1 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.
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.
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.
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.
Damit wird eine unkontrollierbare Vergrößerung vermieden, was sonst wiederum zu einer kontinuierlichen Steigerung des Durchsatzes führen würde.
Bei der Ausführungsform gemäß 13 sind Blasdüsen 21 angedeutet.
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.
14 stellt eine besonders gestaltete Arbeitswanne 18 dar. Diese erweitert sich von unten nach oben konisch. Hierdurch lassen sich ebenfalls Schwankungen des Glasstandes abdämpfen.
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.

Claims

Anlage zum Herstellen von Glassträngen; 1.1 mit einer Schmelzwanne (1); 1.2 mit einem Speiser (6), der einen Speiserbehälter (6.1) sowie eine Düse (6.2) zum Formen eines fortlaufenden Schlauchs aus Glasschmelze umfasst; 1.3 mit einer Rinne (5) zwischen der Schmelzwanne (1) und dem Speiserbehälter (6.1); 1.4 zum Minimieren von Schwankungen der geodätischen Höhe des Schmelzespiegels (6.3) im Speiserbehälter (6.1) ist ein zusätzliches Puffervolumen vor der Düse des Speisers (6) in Kombination mit einer Maßnahme zur Abdämpfung von Schwingungen vorgesehen; 1.5 das zusätzliche Puffervolumen wird durch eine Kombination eines Pufferraums, der vor der Düse des Speisers (6) vorgesehen ist, mit einem Speiserbehälter (6.1) oder einer Arbeitswanne zwischen der Schmelzwanne und dem Speiserbehälter (6.1) erreicht, die sich im Bereich des Schmelzespiegels nach oben hin konisch aufweiten; 1.6 als Maßnahme zur Dämpfung von Schwingungen wird entweder ein Brückenwall (1.1) so angeordnet, dass er von oben in die Schmelze eintaucht, oder ein Druckausgleichstiegel mit einer Druckregelung vor dem Speiser (6) verwendet.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg zwischen Schmelzwanne (1) und Speiser (6) Strömungshindernisse (1.1, 5.1) vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungshindernisse Drosselstellen (5.2) in einer der Rinnen (5) sind.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Strömungshindernisse in einer der Rinnen (5) quer zur Hauptströmungsrichtung in die Strömung hineinragende Prallplatten (5.1) vorgesehen sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum oberhalb des Schmelzespiegels (1.2) der Schmelzwanne entlüftet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzwanne (1) zum Eintragen von Gemenge oder von Scherben eine Förderschnecke (30) zugeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (5) zwischen Schmelzwanne (1) und Arbeitswanne (8) aus Chromoxid-Keramik aufgebaut ist oder als ein beheizbares Molybdänrohr ausgestaltet ist.