DE2648802A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kugeln aus geschmolzenen material - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kugeln aus geschmolzenen materialInfo
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Description
TEGHWION RESEARCH AFD DEVELOPMENT FOUNDATION LTD.
Senate House
Technion City
Haifa 32 000, Israel
P at ent anmeldung
Verfahren und Vorrichtung; zum Herstellen von Kugeln aus geschmolzenen Material
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Kugeln aus einem geschmolzenen Material, insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich von Kugeln aus Glas.
Es ist bekannt, solche Kugeln mit Hilfe verschiedener Gießoder Formgebungsverfahren herzustellen, wobei Formen verwendet
werden, die dem zu vergießenden Material auf besondere Weise angepaßt sind. Bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen
ergeben sich verschiedene Nachteile; der wichtigste Nachteil besteht darin, daß es außerordentlich schwierig
ist, zu verhindern, daß bei jeder fertigen Kugel eine Trennlinie vorhanden ist, die der Ebene entspricht, an der
die beiden Formhälften geschlossen werden, und daß im Bereich des Einlauftrichters für das geschmolzene Material ein Ansatz
zurückbleibt. Die Genauigkeit der hergestellten Kugel wird durch den Zustand und die Gestalt der Form bestimmt, d.ho
durch Größen, die sich bei häufiger Benutzung der Form auf nachteilige Weise verändern, abgesehen davon, daß es schon
zu Anfang schwierig ist, genau die gewünschte Form zu erzielen. Ein weiteres Verfahren, das insbesondere bei Glaskugeln
angewendet wird und zur Ergänzung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dienen kann, besteht darin, daß roh
geformte Kugeln in großer Anzahl in einer umlaufenden Trommel
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in Gegenwart eines pulverförmigen Schleifmittels geschliffen
werden. Bei diesem Verfahren erhält man Kugeln mit einer matten Oberfläche, die ebenfalls relativ ungenau sind, und
bei denen erhebliche Unterschiede zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser auftreten.
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Kugeln aus geschmolzenem Material geschaffen worden, bei dem
jeweils zugelassen wird, daß ein Tropfen des geschmolzenen Materials in einer Säule herabsinkt oder hochsteigt, die mit
einer Flüssigkeit gefüllt ist, mit der das geschmolzene Material nicht oder nur in einem unbedeutenden Ausmaß reagiert,
wobei die Temperatur der Säule so abgestuft ist, daß der Tropfen in einem hinreichenden Ausmaß erstarrt ist, um gehandhabt werden
zu können, nachdem er die Säule durchlaufen hat.
Ferner ist durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens geschaffen worden, zu der eine Einrichtung
gehört, die es ermöglicht, das Material zu schmelzen, und die dazu dient, Tropfen des geschmolzenen Materials einem
Ende eines im wesentlichen aufrecht stehenden Rohrs zuzuführen, in dem sich ein flüssiges Material befindet, innerhalb
dessen sich die Tropfen entweder unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten bewegen oder aufschwimmen können, sowie eine
Einrichtung, die es ermöglicht, in dem flüssigen Material einen Temperaturgradienten so aufrechtzuerhalten, daß die
Flüssigkeit an dem Ende des Rohrs, an dem die Tropfen zugeführt werden, heißer ist als am anderen Ende des Rohrs, wobei
die Temperatur der Flüssigkeit an diesem anderen Ende niedriger ist als die Erstarrungstemperatur des geschmolzenen Materials
·
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen von Kugeln aus Glas; und
Figo 2 die Vorderseite der Vorrichtung nach Fig. 1.
Die dargestellte Vorrichtung dient zur Durchführung eines Verfahrens
zum Herstellen von Kugeln aus einem schmelzbaren Material, z.B. Glas. In einem typischen Fall würde z.B. die unter
der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Sovirel MO" erhältliche
Sorte verwendet werden. In Fig. 1 und 2 ist der Boden 1 eines Ofens bekannter Art angedeutet, der es ermöglicht,
Glas zu schmelzen und die Glasschmelze auf eine Temperatur von etwa 11000C zu bringen. Das geschmolzene Glas kann durch
eine Düse 2 aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material herabtropfen, um in eine insgesamt mit 3 bezeichnete
Säule zum Erzeugen von Kugeln zu gelangen, zu der ein Rohr gehört, das ein flüssiges Material 5 enthält. In dem Ofen
oberhalb des Herdes 1 vcird eine konstante Standhöhe der Glasschmelze
aufrechterhalten, und die Temperatur der Schmelze sowie der Durchmesser der Düse 2 werden so gewählt, daß die
von der Düse abgegebenen Tropfen aus geschmolzenem Glas die gewünschte Größe erhalten.
Bei dem flüssigen Material 5 handelt es sich um ein Salzgemisch, das so gewählt ist, daß es bei allen Temperaturen eine
gleichmäßige Schmelze bildet, und zwar herab bis mindestens einige Grade unterhalb des oberen Spannungspunktes (annealing
point) des Glases, wobei das Gemisch bei dieser Temperatur
ein spezifisches Gewicht hat, das etwas geringer ist als dasjenige des Glases bei der gleichen Temperatur. Der genaue Betrag
dieses Unterschiedes bezüglich der spezifischen Gewichte ist nicht von kritischer Bedeutung, und er richtet sich in
einem geringen Ausmaß nach der Größe der herzustellenden Kugeln.
Jedoch soll der Unterschied in der Größenordnung von 0,05 bis 0,2 liegen. Je schneller die Tropfen der Glasschmelze
in dem flüssigen Salzgemisch herabfallen, desto stärker werden
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sie verformt. Diese Fallgeschwindigkeit richtet sich zwar nach dem Verhältnis zwischen den genannten spezifischen Gewichten,
doch führt die hohe Viskosität des Glases dazu, daß sich hierbei in der Praxis keine Schwierigkeiten ergeben.
Das flüssige Material 5 besteht vorzugsweise aus einem Gemisch
mehrerer Salze, z.B. von NaCl, KCl und CaCl. Bei der genannten Glassorte Sovirel MO kann es zweckmäßig sein, ein
Gemisch aus ZnCIp und NaCl zu verwenden. Die Temperatur des Salzgemisches 5 wird so eingestellt, daß sich die Tropfen
aus geschmolzenem Glas langsam abkühlen, während sie in dem Gemisch herabfallen, damit die Tropfen nahezu eine vollkommene
Kugelform annehmen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Salzgemisches im oberen
Teil der Säule 3 auf etwa 75O0C gehalten, und sie nimmt
bis zum unteren Ende der Säule allmählich auf etwa 3800C ab.
Um der ständigen Zufuhr von Wärme durch das geschmolzene Glas entgegenzuwirken, ist der obere Teil der Säule 3 mit
Kühlrippen 12 versehen. Der obere Spannungspunkt der Glasschmelze liegt bei etwa 56O0C. Die Standhöhe der Schmelze in
der Säule 3 wird dadurch im wesentlichen konstant gehalten, daß der Vorrat an geschmolzenem Material von einem kontinuierlich
beheizten Behälter 6 aus ergänzt wird. Die Säule 3 ist nahe ihrem unteren Ende gegabelt, so daß es auf eine noch zu
erläuternde Weise möglich ist, Glaskugeln im wesentlichen kontinuierlich zu erzeugen und zu entnehmen.
Soll die Vorrichtung in Betrieb gesetzt werden, wird das Salzgemisch 5 in der Säule 3 mit Hilfe einer äußeren Heizeinrichtung,
z.B. eines isolierten elektrischen Widerstandsheizdrahtes
13, auf die gewünschte Temperatur gebracht, während Kühlwasser durch Kühlmäntel 7, 8, 9 und 10 geleitet wird. Diese
Kühlmäntel bewirken, daß das Salzgemisch in ihrer Nähe abgekühlt wird, so daß Pfropfen aus erstarrtem Salz entstehen«,
Sobald sich die Temperaturen stabilisiert haben, wird die Zufuhr von Kühlwasser zu dem Kühlmantel 9 unterbrochen, so
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daß der Salzpfropfen in seiner Nähe zum Schmelze gebracht wird. Die Düse 2 wird geöffnet, damit geschmolzenes Glas abtropft
und in das Salzgemisch 5 eintritt. Die Glastropfen
bewegen sich mit zunehmender Geschwindigkeit längs der Säule 3 nach unten, um dann durch den weiterhin gekühlten erstarrten
Pfropfen aus dem Salzgemisch im linken Schenkel der Vorrichtung so umgelenkt zu werden, daß sie in den rechten Schenkel
eintreten. Während sich der rechte Schenkel mit Glaskugeln füllt, steigt das Salzgemisch in der Säule 3 hoch; die
anfängliche Standhöhe des Salzgemisches wird so gewählt, daß die Oberfläche des Salzgemisches auch dann noch einige Zentimeter
unterhalb der Düse 2 verbleibt.
Nunmehr wird die Zufuhr von Kühlwasser zu dem Kühlmantel 7 unterbrochen, und Kühlwasser wird jetzt dem Kühlmantel 9 zugeführt,
damit der Pfropfen aus dem erstarrten Salzgemisch im oberen Ende des linken Schenkels der Säule 3 zum Schmelzen gebracht
wird, während im oberen Ende des rechten Schenkels ein erstarrter Pfropfen entsteht, wodurch die erstarrten Glaskugeln
isoliert werden, die in dem rechten Schenkel herabgefallen sind. Die neu in die Säule 3 eintretenden Tropfen aus
geschmolzenem Glas werden nunmehr so abgelenkt, daß sie in den linken Schenkel eintreten. Danach wird die Zufuhr von
Kühlwasser zu dem Kühlmantel 10 unterbrochen, und eine abnehmbare Verschlußplatte 11 am unteren Ende des rechten Schenkels
wird elektrisch erhitzt, so daß der untere Salzpfropfen zum Schmelzen gebracht wird, damit die Glaskugeln zusammen mit
dem unterhalb des Kühlmantels 9 vorhandenen Salzgemisch über einen Metallrost an einen nicht dargestellten beheizten Behälter
abgegeben werden. Die Glaskugeln werden dann durch einen Kühlofen geleitet, und das Salz wird mittels eines
Waschvorgangs entfernt; das von den Glaskugeln getrennte Salz wird wieder dem Vorratsbehälter 6 zugeführt. Dieses Verfahren
läßt sich beliebig oft wiederholen, so daß eine im wesentlichen kontinuierliche Erzeugung von Glaskugeln möglich
ist.
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Zwar ist die Säule 3 gemäß der Zeichnung im wesentlichen stehend angeordnet, doch könnte sie alternativ auch ganz oder
teilweise geneigt sein, damit sich mehrere Säulen mehreren nahe beieinander angeordneten Düsen im Boden eines einzigen
Ofens zuordnen lassen.
Sämtliche Metallteile der beschriebenen Vorrichtung müssen aus einem Material bestehen, das in hohem Maße korrosionsfest
ist. Beispielsweise können diese Teile aus der Legierung hergestellt sein, die unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung
"Inconel 600" erhältlich ist.
Claims (9)
1. Verfahren zum Herstellen von Kugeln aus einem geschmolzenen Material, dadurch gekennzeichnet , daß
es jeweils einem Tropfen des geschmolzenen Materials ermöglicht wird, in einer Säule herabzusinken oder hochzusteigen,
die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, mit der das geschmolzene Material nicht oder nur in einem unbedeutenden Ausmaß
reagiert, und daß die Temperatur der Säule so abgestuft wird, daß jeder Tropfen in einem hinreichenden Ausmaß erstarrt ist,
um ohne Gefahr einer Verformung gehandhabt werden zu können, nachdem er die Säule durchlaufen hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flüssigkeit in der Säule ein Gemisch aus Salzen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied zwischen den spezifischen Gewichten
der Flüssigkeit in der Säule und des geschmolzenen Materials etwa 0,05 bis 0,2 beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,
daß als das geschmolzene Material geschmolzenes Glas verwendet wird.
5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (1) zum Schmelzen
des Materials vorhanden ist, die es ermöglicht, Tropfen des geschmolzenen Materials einem Ende eines Rohrs (3) zuzuführen,
das ein flüssiges Material (5) enthält, innerhalb dessen es den Tropfen möglich ist, unter der Wirkung der Schwerkraft
herabzufallen oder aufzuschwimmen, daß eine Einrichtung (13) vorhanden ist, die es ermöglicht, in dem flüssigen Material
einen solchen Temperaturgradienten aufrechtzuerhalten, daß das flüssige Material an dem Ende des Rohrs, an dem die
Tropfen zugeführt werden, heißer ist als das flüssige Mate-
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-JB-
«Jr
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rial am anderen Ende des Rohrs, und daß die Temperatur des
flüssigen Materials am anderen Ende des Rohrs unter dem Punkt liegt, an dem das geschmolzene Material erstarrt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) unter der Schmelzeinrichtung (1) angeordnet
ist und ein Salzgemisch (5) enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Rohrs (3) gegabelt ist und zwei
Schenkel bildet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Schenkel mit zwei Kühlmänteln (7, 8 bzw. 9» 10) versehen
ist, durch die sich eine Kühlflüssigkeit nach Bedarf hindurchleiten läßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der AustrittsÖffnung am unteren Ende jedes der beiden
Schenkel eine Verschlußplatte (11) zugeordnet ist, und daß zu jeder Verschlußplatte Kühl- und Heizeinrichtungen gehören.
Der Patentanwalt:
V (i
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