DE1496441B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Flachglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Flachglas od. dgl., bei dem die Glasschmelze in einen Trog eingegeben wird, an dessen Unterseite ein sich nach unten zu konisch verjüngender Formkörper angeformt ist, wobei die Schmelze über die beiden Längsränder des Troges •übertritt, längs den Seitenflächen des Formkörpers herabfließt und sich an der unteren Verschneidungskante bzw. -linie des Formkörpers zu einem einzigen Glasband vereinigt.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der USA.-Patentschrift 1 841 549 bekannt. Nach dieser Patent-. schrift wird die Glasschmelze in den Trog von einer gewissen Distanz oberhalb des Troges eingegeben. Der Strom des die Trogränder überfließenden Glases variiert damit in seiner Dicke entsprechend Dickenänderungen in dem zugeführten Glasstrom. Beim Einfließen des Glasstromes von oben in den Trog entsteht Turbulenz, es werden Luftblasen mitgerissen, welche Lufteinschlüsse in dem abgezogenen Glasband verursachen. Auch wirkt sich diese Turbulenz in Ungleichförmigkeiten der abgezogenen Glasoberflächen aus. Es werden damit Flachglastafeln mit ungleichmäßiger Oberfläche erzeugt.

Eine weitere Vorrichtung dieser Art ist aus dem USA.-Patent 1 836 394 bekannt. Danach wird die Glasschmelze zwischen zwei Leitflächen nach unten geleitet, die sich nach unten in einen zentralen Vorratsraum erstrecken, der in einem ausgenommenen Teil des Troges gebildet ist. Diese Ausbildung hat den Nachteil, daß ein größerer Sog in der unmittelbaren Nachbarschaft des zugeführten Glases erzeugt wird, womit ebenfalls Oberflächenungleichmäßigkeiten erzeugt werden. Außerdem gehen Wellen geschmolzenen Glases unter die Unterseiten der Leitflächen hindurch und verursachen filmartige Unebenheiten längs der Seitenwandungen des Troges.

Da man annahm, daß die Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche von der nur einseitigen Zuführung der Glasschmelze in den Trog herrühren, hat man auch schon vorgeschlagen, die Schmelze von den beiden Enden des Troges in den Trog einzuführen. Jedoch hat sich herausgestellt, daß auch bei diesem Verfahren Oberflächenunebenheiten wegen des Soges des geschmolzenen Materials beim Eintritt in den Trog entstehen, wobei insbesondere Schlieren auftreten.

Die Nachteile der Zuführung des Glases von beiden Trogenden sind in dem USA. - Patent 3 149 949 = französisches Patent 1 316 184 aufgezeigt worden. Nach diesem Patent sollen diese Nachteile ausgeschaltet werden durch Zuführung des geschmolzenen Materials durch den Boden des Troges durch eine Anzahl von Auslässen in Form einer Reihe runder Öffnungen in dem Boden des Troges.

Man hat jedoch gefunden, daß selbst diese Methode nicht völlig befriedigt, da der Sog-Effekt des über die Trogränder fließenden Glases immer noch vorhanden ist, insbesondere wenn ein relativ hoher Druck zum Einführen des Glases in den bereits mit Glas gefüllten Trog erforderlich ist. Durch diesen großen Druck entsteht Turbulenz innerhalb der Glasmasse, so daß Schlieren in den Glasbändern nicht völlig vermieden werden können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile abzustellen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glas nach dem Abzugsverfahren zu schaffen, weiches weitgehend verbesserte äußere Oberflächeneigenschaften des Glases erzeugt. Dieses Ziel wird erreicht durch die Merkmale des Hauptanspruchs.

Die Erfindung basiert auf der unerwarteten Erkenntnis, daß die Zuführung des Glases an einem Trogende mit all ihren Nachteilen doch jeder anderen Methode vorzuziehen ist, sofern nur ein geringer überdruck aufrechterhalten wird. Dabei wird der Fluß des Glases über die Trogränder dahingehend kontrolliert, daß eine gleichmäßige Uberflußdicke des Glasmaterials über die gesamte Länge des Troges aufrechterhalten wird. Es wurde überraschend gefunden, daß man bei Sicherung einer gleichmäßigen Höhe des Glasflusses über die Trogränder längs der gesamten Länge der Trogränder Tafelglas von feuerpolierter Oberflächenqualität und mit gleichmäßiger Dicke über die gesamte Weite erhält. Bei den bekannten Abzugsvorrichtungen nimmt die Strömungsgeschwindigkeit längs des Troges ungleichmäßig ab wegen der Reibung und anderen Strömungswiderständen, auch nimmt die Strömung über jede Trogkante längs des Troges ab. Es wurde gefunden, daß die geringe mit den bekannten Methoden und Apparaten erhaltene Qualität nicht nur an der ungleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit über die Ränder des Troges liegt, sondern auch an der — bei den bekannten Ausbildungen unvermeidlichen — Ungleichmäßigkeit der Höhe der Strömung über die Trogränder.

Ein besonderer Vorteil der Zuführung des Glases an nur einem Trogende besteht darin, daß die Gleichmäßigkeit des Flusses über eine oder über beide Seitenwände dadurch erreicht werden kann, daß der Trog bzw. seine oberen Ränder geneigt werden. Diese Gleichmäßigkeit des Flusses würde bei Speisung des Troges von zwei Enden aus nicht erreicht werden, da dabei der Trog um seine Mitte gebogen werden müßte. Bei einseitiger Zuführung können Verfahrensparameter sich ändern und doch eine gleichmäßige Glasdicke über die gesamte Breite erzeugt werden, da Änderungen in dem Verhältnis zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Viskosität ausgeglichen werden können durch Veränderungen des Neigungswinkels zwischen der Längsachse des Troges und der Horizontalen. Weiterhin beseitigt die Erfindung das Problem der Verzerrung auf Grund hydrostatischen oder Zuführungsdrücken bei Zuführung des geschmolzenen Glases. Jegliche kleine Verzerrungen, die auf dem Druck beruhen, würden in einer horizontalen Richtung senkrecht zur Achse des Zuführungsrohres auftreten, während die kritische Dimension zur Kontrolle der Dicke des Glases längs des Rohres natürlich in vertikaler Richtung senkrecht zu der Achse des Rohres verläuft. Kleine horizontale Verzerrungen dank kleinen Glasdrücken beeinflussen daher praktisch die Strömungscharakteristiken nicht.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dieser Erfindung erreicht die Kontrolle der Tiefe der Strömung über die Trogränder längs des gesamten Troges durch einen Meß-Wehr-Kanal mit geschwungener Oberfläche, welche kontinuierlich die Höhe des Troges zum äußeren Ende hin verkleinert, um eine gleichmäßige Dicke der die Trogränder überfließenden Glasströmung zu erhalten. Vorzugsweise entspricht der Boden des Troges der Formel nach Anspruch 5.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Band- oder Plattenformgerätes gemäß der Erfindung; . '

F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1;

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Gerät gemäß der Erfindung; .

F i g 4 und 5 sind graphische Hilfen zur vollständigen Offenbarung der Erfindung;

F i g. 6 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Gerätes.

Aus den Zeichnungen ist zu erkennen, daß ein Zufuhrrohr 7 thermoplastisches Material, wie etwa gutgerührtes Glas, durch eine kreisförmige öffnung 9 in einen Strömungskanal 11 einer Rinnen- oder überlaufvorrichtung 12 zur Herstellung eines Bandes oder einer Tafel liefert. Das thermoplastische Material hat niedrige Druckhöhe, während es von der öffnung 9 in einen genau gestalteten oder konturierten, oben offenen Kanal 14 fließt, der den Flüssigkeitsstrom genau bemißt. Der Kanal 14 wird durch senkrechte, innere Seitenwände 13 und 15 begrenzt, die im wesentlichen rechtwinklig zu einer gekrümmten Bocienfläche 17 verlaufen, die den Boden des Kanals 14 bilden.

Der gekrümmte Boden 17 ist nach einer mathematischen Kurve gestaltet, die an ihrem vom Zufuhrkanal 11 am weitesten entfernten Ende zu Null wird. Der Kanal der Dosierüberlaufvorrichtung ist derart geformt und gestaltet, daß er die Herstellung eines thermoplastischem Bandmaterials mit konstantem oder gleichmäßigem, gewünschtem Querschnitt auf der ganzen Breite ermöglicht.

Die Formvorrichtung 12 hat einen keilförmigen Rumpfteil 26 mit kohverg'erenden Seitenwänden 27 und 29. Der Kanal 14, der eine mathematisch konturierte Bodenfiäche 17 hat, ist in der breiten Oberseite des keilförmigen Rumpfteiles 26 in Längsrichtung angeordnet. Die Rinne oder der überlauf 12 kann durch irgendwelche geeignete Mittel verschwenkt werden, beispielsweise dur^h eine einstellbare Walze, einen Keil oder einen Nocken 16, um den gewünschten Neigungswinkel Φ einzustellen, der den Winkel der Waagerechten und den parallelen Oberkanten oder -flächen 33 und 35 der Seiten wände 13 und 15 darstellt. Die parallelen Oberkanten können mit abnehmbaren Stäben, Platten oder Uberlaufkanten 34 und 36 versehen sein.

Im Betrieb tritt thermoplastisches Material 37, wie etwa gutgerührtes Glas, von der Zufuhrleitung 7 durch die kreisförmige öffnung 9 in den Kanal 11. Da eine geringe Druckhöhe aufrechterhalten wird, fließt das geschmolzene Material in den Kanal 14, der einen präzise gestalteten Boden 17 hat, ohne daß ein Schwall oder eine Unruhe in der Glasmasse auftritt. Das geschmolzene Material fließt über die parallelen Oberseiten 33, 35 der Rinne oder des Dosierüberlaufes 12, teilt sich dabei und fließt auf den beiden Außenseiten der konvergierenden Seitenwände 27 und 29 des keilförmigen Rumpfteiles 26 abwärts. Am unteren Ende des keilförmigen Tefles~26 vereinigen sich die getrennten Materialströme wieder und bilden ein einteiliges Band 39, dessen unberührte Oberflächen sehr glatt (fire polished) sind. Die Glätte der Oberfläche resultiert von der freien Oberfläche 41, die sich teilt und an den konvergierenden Seitenwänden abwärts fließt und die Außenseiten des Bandes 39 bildet, ohne daß sie mit der Formvorrichtung in Berührung gekommen wäre.

Die mathematisch berechneten Kanalteile der überlaufvorrichtung gemäß der Erfindung liefern ein Bandmaterial gleichmäßiger Dicke. Man erkennt, daß nach Wunsch ein Bandmaterial mit keilförmigem Querschnitt hergestellt werden kann, wenn man den Neigungswinkel Φ des Gerätes entsprechend einstellt.

Die Form des Rinnenbodens 17 ist mathematisch

festgelegt, um eine gleichmäßige Strömung über die

ίο Seitenwände oder überlaufkanten 13, 15 zu erzielen.

Die Gestalt des Rinnenbodens kann mathematisch folgendermaßen ausgedrückt werden:

~ 2 χ

2 χ.ή

wobei die Dimensionen der verschiedenen Bezugssymbole in den graphischen Darstellungen der Fig.4 und 5 zu finden sind, und zwar bedeutet

χ = laufende Länge des Troges vom Füllende

aus gemessen,
/ = Länge des Troges,

_ h _ jeweilige Trogtiefe
w Trogweite

a₀ = — = — bei ,x = 0 (vorzugsweise kleiner
als 2),

/ - 0.6274 [tan h -^- + —~
4« 24 5

tan h ^r- + 0,00041] ,

4 α

tan = hyperbolischer Tangens,

y.o

= ■/ bei x = 0 .

Die Form des Bodens jeder Rinne wird auf Grund eines bestimmten Fließ- und Viskositätsverhältnisses gestaltet, so daß die maximale Tiefe des thermoplastischen Materials ζ über den parallelen Oberseiten 33 und 35 auf der ganzen Länge der Rinne konstant ist. Wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, ist die Strömung über die Seiten auf der ganzen Länge der überlaufrinne oder des Dosierüberlaufes gleichmäßig, so daß ein Band 39 erzeugt wird, das auf seiner ganzen Breite gleichförmige Dicke hat.

Die Berechnung der Form oder Gestalt des Bodens des vorliegenden Präzisionsüberlaufes entwickelt sich folgendermaßen. Für jeden Punkt x in Längsrichtung der Rinne gilt:

= ^j- -J^- M/*.a³ (1 — 2 χ a) (in cgs-Einheiten)."

Wobei Q die Strömung in cm³/sec ist, η die Viskosität des thermoplastischen Materials in Poise darstellt, w die Rinnenbreite bedeutet, « das Verhältnis von h und w ist, wobei h die durch die Tiefe des geschmolzenen Materials dargestellte wirksame Tiefe

der Rinne ist, Und ~ das Druckgefälle darstellt.

Der Ausdruck

χ = 0,6274 [tan h ~ + -~- tan h j±- 4 0,

0,0004ij,

bei dem α, das Verhältnis der Tiefe zur Breite, vor-

i 496

zugsweise geringer als 2 ist: der Ausdruck 0,00041 stellt die Summe der restlichen Ausdrücke der unendlichen Reihe Tür « gleich oder kleiner als 2 dar. Der Strom über die Seiten pro Zentimeter Länge beträgt q = cz³, wobei c eine Konstante ist, die von der Gestalt der Wände abhängt, über die das Material fließt, und ζ die maximale Tiefe des thermoplastischen Materials über den Oberflächen 33, 35 ist.

Wenn q konstant sein soll, dann muß ζ konstant sein, und die freie Oberfläche des Materials muß parallel zu den geraden, parallelen Oberflächen 33, 35 der Seitenwände 13, 15 verlaufen.

Wenn die parallelen Oberseiten der Seitenwände des vorliegenden Dosierungsüberlaufes gerade und in einem Winkel zur Waagerechten angeordnet sind, dann beträgt das Druckgefälle an irgendeinem Punkt χ in Längsrichtung der Rinne

—*- = ng tan Φ,

.

wobei e die Dichte des fließenden Materials und g = 980 cm/cec² ist.

Die Strömung in Längsrichtung der Rinne mit senkrechten, inneren Seitenwänden wird

Q = -|£- tan Φ w* u³ (1 - 2 ■/ u).

ill

Die Strömung über die Seiten je Zentimeter Länge

_ ~2. welche Größe eine Konstante ist; daher dx ' .

wobei Q₀ die Eintrittsströmung bei χ = 0 ist, χ irgend- 3s einen Punkt in Längsrichtung der Rinne bezeichnet und / die Rinnenlänge bedeutet. Die Eintrittsströmung Q₀ wird jedoch durch die Gleichung

Q₀ = ψ- tan Φ w* «3 (1 - 2 /„ «<,)

dargestellt, wobei U₀ und *„ die Werte bei χ = 0 sind. Die Beziehung

40

Q _ u³ (1 -2χη)
Co "ο (I — 2 X₀O₀)

45

bei der α und h eine Funktion von χ sind, gibt also die Gestalt des Bodens in Längsrichtung an.

Bei einem gegebenen Neigungswinkel Φ, einer be- stimmten Strömungsgeschwindigkeit Q₁ und einer Viskosität »_a arbeitet der so gestaltete Dosierüberlauf in der beschriebenen Weise auch bei irgendeiner anderen Fließgeschwindigkeit Q₁, vorausgesetzt, daß die Viskosität derart geändert wird, daß die Beziehung ss Gi »A ⁼ Qi 'Ii eingehalten wird. Der Neigungswinkel verändert die Verteilung des Glases entlang den Oberseiten 33 und 35. Eine konstante Vorschrift für die Kontur der Bodenfläche 17 wird in die vor liegende Rinne zur Herstellung eines Bandes eingebaut als eine Funktion von

Strömung - Viskosität tan Φ

so daß

tan Φ

Die Vorschrift wird bei der Gestaltung der Rinne mit einem bestimmten Wert für Φ berücksichtigt, der vorzugsweise etwa 2' beträgt, wobei die Unterkante des Formkörpers horizontal liegt. Wenn das Verhältnis Q₁ >_Sl = Q₂ >i₂ nicht genau eingehalten'wird, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit oder die Viskosität ändert, so kann eine geringfügige Änderung des Neigungswinkels Φ diese Abweichung ausgleichen.

Durch die vorbestimmte Gestaltung des Bodens der Rinne des Dosierüberlaufes mit senkrechten Seitenwänden wird die freie Oberfläche des geschmolzenen Materials in einem konstanten Abstand oberhalb der geraden, parallelen Oberseiten der Seitenwände des Überlaufes gehalten. Da das über den überlauf strömende Glas außerdem bestrebt ist, seinen eigenen Flüssigkeitsspiegel in Längsrichtung zu suchen, ist die Anbringung eines in der Zeichnung dargestellten Wehres am Ende erwünscht; da ferner die Strömungsträgheit in Längsrichtung, die notwendig ist, um Glas bis an das Ende der Rinne gelangen zu lassen, über dieses Ende hinauszuströmen bestrebt ist, ist es vorteilhaft, das erwähnte Wehr im Abstand vom Ende der Rinne anzuordnen. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen geraden, flachen Rinnenboden herzustellen, und die Oberseite der überlaufkanten in Übereinstimmung mit einer mathematischen Berechnung zu gestalten, so daß die gleichen Ergebnisse erzielt werden. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Strömung nur über eine Uberlaufseitenwand vorzusehen, wenn das Band nur eine glatte, unberührte Oberfläche zu haben braucht.

Die vorliegende Erfindung ist besonders zur Verwendung von Materialien geeignet, aus denen harte Gläser hergestellt werden, die kurze Bearbeitungsbereiche bei hohen Temperaturen haben. Es ist bekannt, daß derartige Gläser steile Viskositätskurven haben, so daß eine geringe Änderung der Temperatur eine große Änderung der Viskosität erzeugt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Temperatur des Glases innerhalb der überlaufrinne konstant gehalten, und die Fließgeschwindigkeit zur Abziehlinie ist konstant, so daß gleichförmige Banddicken erzeugt werden. Bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen das Band nach oben gezogen wird, werden die Viskositätskräfte benutzt, um das Band kontinuierlich herzustellen, so daß irgendeine Temperaturänderung in Längsrichtung der Fläche der Zufuhrkammer zu einer Dickenänderung des hergestellten Bandes proportional zu den Viskositätsänderungen führt.

Das gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Band hat unberührte Außenseiten, die nicht mit der Formvorrichtung in Berührung gekommen sind, so daß eine außerordentlich glatte Oberfläche erzeugt wird. Bei den bekannten Bandformvorrichtungen, bei denen nach oben gezogen wird, wird das Band entweder beim Durchgang durch einen Schlitz gebildet, wodurch eine mechanische Verformung der Oberfläche hervorgerufen wird, oder durch aufwärtsgerichteten Zug von einer in einer Kammer gehaltenen Glasoberfläche, wodurch Streifen auf der Oberfläche erzeugt werden, die von der Glaskammergrenzfläche herrühren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert nicht nur Glasoberflächen besserer Qualität s'owohl bei Gläsern niedriger Viskosität als auch bei Hartgläsern, sondern auch die herkömmlich mit den bekannten Verfahren geformten Gläser können leicht

auf die Verwendung beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung abgestellt werden.

Claims (7)

Patentansprüche: .

1. Verfahren zu Herstellung von Flachglas. bei dem die Glasschmelze in einen Trog eingegeben wird, an dessen Unterseite ein sich nach unten zu konisch verjüngender Formkörper angeformt ist, wobei die Schmelze über die beiden Längsränder des Troges übertritt, längs den Seitenflächen des Formkörpers herabfließt und sich an der unteren Vcrschneidungskante des Formkörpers zu einem einzigen Glasband vereinigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschmelze in an sich bekannter Weise dem Trog nur an dessen einer Stirnseite unter geringem Druck zugeführt wird und daß die Tiefe der Glasströmung längs des Troges kontrolliert wird, so daß eine gleichmäßige Höhe des die Trogränder überfließenden Glasflusses längs der gesamten Länge des Troges aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Glasströmung progressiv in Richtung auf das dem Zuführungscndc gegenüberliegende Ende vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die gleichmäßige Höhe der über die Trogrändcr überfließenden Glasschicht weiterhin kontrolliert wird durch Veränderungen des Winkels der oberen Ränder des Troges gegenüber der Horizontalen, beispielsweise durch Neigen des gesamten Troges um eine Schwenkachse.

4. Vorrichtung zur Durchrührung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Troges vom Zuführungsende aus zum gegenüberliegenden Ende hin beständig abnimmt, um eine gleichmäßige Dicke des die Trogrändcr überströmenden Glases zu erzielen.

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur bzw. Oberfläche des Trogbodens durch die Gleichung

«1³ 1} -Z²

M³, (1 —2 y

1 _ 1

bestimmt ist. wobei « die Tiefe des geschmolzenen Materials von seiner freien Oberfläche bis zum Boden des Troges geteilt durch die Breite der Rinne ist.

γ =0,6274 (tan /ι-—
\ 4 a

47
243

4«

in der .v irgendeine Stelle in Längsrichtung des Troges bezeichnet, in der / die Troglänge angibt. in der «,, das Verhältnis der Anfangstiefe zur Breite angibt, wenn .x = 0 und ■/„ = χ unter den Ausgangsbedingungen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Troges folgender Gleichung folgt:

Strömungsgeschwindigkeit · Glasviskosität

tan Φ

= K.

wobei Φ der Neigungswinkel der Trogrändcr gegen die horizontale ist und die Konstante K eine gleichmäßige Dicke des Glasflusses über die Trogrander auf deren gesamter Länge ergibt.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Trog um eine quer zu seiner Längscrstreckimg verlaufende Achse (16) schwenkbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 586/125