DE2929093A1

DE2929093A1 - Verfahren zum kuehlen von glas

Info

Publication number: DE2929093A1
Application number: DE19792929093
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Quillevere; Jean Segall
Original assignee: BFG Glassgroup GIE
Current assignee: BFG Glassgroup GIE
Priority date: 1978-07-21
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1980-01-31
Also published as: SE7906225L; IT7968450A0; GB2024802A; DE2929093C2; GB2028303A; SE440073B; LU80019A1; ES482994A1; CA1148743A; DE2929071A1; JPS5515997A; BE877499A; IT7968451A0; GB2024802B; SE439156B; GB2028303B; US4300936A; IT1120996B; FR2437380B1; FR2431463B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Glas, welches in ein fluidisiertes Bett aus Teilchen unter derartigen thermischen Bedingungen eingeführt wird, daß Wärme vom Glas auf das fluidisierte Material übertragen wird.

Die Erfindung wurde bei Versuchen gemacht, Probleme zu lösen, die bei der thermischen Temperung von Glasscheiben auftraten, und die Erfindung soll im folgenden in Bezug hierauf beschrieben werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen thermischen Temperungsprozeß beschränkt.

Die thermische Temperung von Glas umfaßt die schnelle Abkühlung des Glases von einer Temperatur oberhalb der Entspannungstemperatur, wobei es sich üblicherweise um eine Temperatur handelt, die nahe bei der Erweichungstemperatur liegt. Die Oberflächenschichten des Glases werden schneller abgekühlt als die inneren Schichten, mit der Folge, daß die jberflächenschichten Kompressionsspannungen ausgesetzt werden, die durch Zugspannungen in den inneren Schichten ausgeglichen werden.

Bei einem bekannten Kühlverfahren werden Kühlluftströme verwendet, die gegen die Fläche des Glases gerichtet werden. Bei der Verwendung dieses Verfahrens beim Tempern von dünnen Gläsern, beispielsweise von Scheiben aus gewöhnlichem Natronglasgläsern mit einer Dicke von weniger als 3 mm, treten Probleme auf. Bei der Abführung von Wärme von den Oberflächenschichten des Glases mit einer Rate, die ausreicht, um den erforderlichen Spannungsgradienten

909885/0854

innerhalb der Dicke der Glasscheibe zu erzeugen, muß die Kühlluft gegen die sehr heiße Glasscheibe mit Strömungsraten geführt werden, die unter diesen thermischen Bedingungen dazu führen, daß die dünnen Glasscheiben verformt werden, oder daß die Oberflächen des Glases beschädigt werden. Derartige Beschädigungen machen die Scheibe für den gewünschten Zweck ungeeignet, und zv/ar insbesondere wenn hohe optische Qualitätseigenschaften und andere Eigenschaften gefordert werden, wie beispielsweise bei der Herstellung von Fahrzeugfenstern, wie beispielsweise Kraftfahrzeugwindschutzscheiben.

In der Glasindustrie hat sich in den vergangenen Jahren ein Interesse gezeigt, fluidisierte Betten aus feinverteiltem Material zu verwenden, um schnell Glasscheiben abzukühlen, wie es für Temperungszwecke erforderlich ist. Die Bedeutung dieser Betten ergibt sich aus den großen Wärmeaustauschkoeffizienten, die derartige fluidisierte Betten haben können.

Einer "er Faktoren, der die Wärmeaustauschrate zwischen heißen Glasscheiben und Teilchen eines fluidisierten Bettes beeinflussen kann, in welches die Glasscheiben eingetaucht werden, ist die Geschwindigkeit des fluidisierenden Gasstromes.

Die Wärmeaustauschrate steigt mit der Gasgeschwindigkeit wegen der höheren Mobilität der fluidisierten Teilchen an. Je mehr jedoch die Geschv/indigkeit des fluidisier end en Gases erhöht wird, umso größer ist die Gefahr, daß die Qualität des Glasgegenstandes beeinträchtigt wird. Es gibt zahlreiche Faktoren, die diese Gefahr erhöhen können, und einer dieser Faktoren besteht in den Unterschieden in den

- 7 909885/0854

Bedingungen von einer Zone zur anderen in dem fluidisierten Bett, beispielsweise infolge einer Blasenausbildung. Die nachteiligen Einwirkungen auf die Glasgegenstände können in einer Verformung beruhen oder in einer Beschädigung der Oberfläche. Die Gefahr einer Verformung ist insbesondere gegeben, wenn dünne Gläser behandelt werden. Wenn ein fluidisiertes Bett verwendet wird, um Gas durch die Entspannungstemperatur ausreichend schnell abzukühlen, um eine thermische Temperung zu erzielen, können üngleichförmigkeiten der Bedingungen innerhalb des fluidisierten Bettes dazu führen, daß eine ungleichförmige Temperung des Glases erfolgt.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Kühlung sowohl schnell als auch gleichförmig sehr leicht durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einführung des Glases in ein fluidisiertes Bett aus Teilchen unter thermischen Bedingungen vorgesehen, die derart nind, daß Wä^me vom Glas auf das fluidisierte» Material übertragen wird, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Material aus Teilchen besteht oder Teilchen aufweist, die einer endothermischen Änderung oder Wandlung unterzogen werden können, und zwar dadurch, daß sie auf eine Temperatur erhitzt werden, die kleiner ist als die Temperatur des Glases, wenn dieses in das fluidisierte Bett eintritt.

Untersuchungen haben gezeigt, daß, wenn derartige fluidisierte Teilchen verwendet werden, die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases kleiner sein kann als diejenige.

909885/0854 - ₈ -

die sonst erforderlich wäre, um die gewünschte Abkühlungsrate zu erzielen. Es ist demzufolge leichter, eine gleichförmige Abkühlung eines Glasgegenstandes bei einer gegebenen Kühlungsrate zu erzielen. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn das Glas einer thermischen Temperung unterzogen werden soll, und insbesondere wenn dünne Glasgegenstände getempert werden sollen, beispielsweise Glasscheiben mit einer Dicke von 3 mm oder weniger. Wenn beispielsweise Glasscheiben getempert werden sollen, die als Fahrzeugscheiben verwendet werden sollen, und insbesondere als Kraftfahrzeugwindschutzscheiben, sollten die Brecheigenschaften des Glases einem Standard genügen, der noch im einzelnen beschrieben werden soll. Ein derartiges Ziel kann nicht erreicht werden, wenn nicht die Abkühlung des Glases mit einer hohen Gleichförmigkeit durchgeführt werden kann.

Die Möglichkeit, mit geringeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten zu arbeiten, führt zu dem weiteren Vorteil, daß der Energieverbrauch vermindert werden kann. Die Verminderung des Gasverbrauches ist von Bedeutung, wenn ein anderes Gas als Luft verwendet wird, um die Teilchen zu fluidisieren.

Vorzugsweise hinterlassen alle oder die meisten der fluidisierten Teilchen im Bett, die einer endothermischen Wandlung, wie oben beschrieben, unterzogen werden, einen feinverteilten Teilchenrest.

Bei bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung besteht zumindest ein Teil der Gesamtmasse der fluidisierten Teilchen aus einem Material, welches Hydroxylgruppen und/oder Wasser enthält, und welches wenigstens einige dieser Grup-

909 88 5/0854 _₉_

pen und/oder Wasser endothermisch bei einer Temperatur unterhalb der besagten Eintrittstemperatur des Glases abgeben kann. Geeignete fluidisierte Materialien dieser Art stehen zur Verfügung, die in der Lage sind, endothermische Wandlungen innerhalb des fluidisierten Bettes selbst durchzumachen, ohne derartige Änderungen der fluidisierten Teilchen oder des fluidisierten Gases zu bewirken, daß Probleme bei der überwachung oder Steuerung der thermischen Behandlung des Glases auftreten. Derartige Materialien, die sowohl organische als auch anorganische Verbindungen umfassen, sind geeignet, um mit Luft als Fluidisierungsgas verwendet zu werden.

Fluidisierte Teilchen, die Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des Glases beim Eintritt in das fluidisierte Bett abgeben können, umfassen Teilchen aus Substanzen, die gebundenes Wasser enthalten oder Teilchen, die absorbiertes oder adsorbiertes Wasser enthalten.

Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung werden fluidisierte Teilchen verwendet, di - durch eine anorganische Verbindung gebildet werden, welche Hydrxylgruppen enthält und/oder Bindungswasser. Verbindungen der zuletzt genannten Kategorie umfassen insbesondere hydratisierte Salze. Spezielle Beispiele derartiger Verbindungen, die sehr geeignet sind, sindc*··- und ]f -Monohyirate von Eisen-Sesquioxid Fe₃O₃ . H-O.

Eine insbesondere bevorzugte Verbindung zur Herstellung von Teilchen für fluidisierte Betten ist trihydratisiertes Aluminiumoxid AI₃O₃ . 3H-0, und dies kann beispielsweise in der Form von Hydrargillit verwendet werden, welches Wasser bei etwa 140°C bei Normaldruck abgibt,oder Bayerit, welches einen großen Teil des Wassers zwischen 120 und

909885/0854 - 10 -

16O°C abgibt. Trihydratisiertes Aluminiumoxid kann einer endothermischen Umformung mit einer beträchtlichen Wärmeaufnahme in einem vorzugsweise tiefen Temperaturbereich unterzogen werden. Es wurde gefunden, daß ein derartiges Material insbesondere für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, um thermisch sehr dünne Gläser mit einer Dicke von 3 mm oder weniger zu tempern.

Eine derartige Temperung kann durchgeführt werden, indem man Luft als Fluidisierungsgas verwendet. Es ist nicht erforderlich, ein Gas von einer speziellen Zusammensetzung zu verv/enden, welches eine höhere spezifische Wärme aufweist.

Beispiele von Teilchen, die adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten und die bei der Herstellung des fluidisierten Bettes verwendet werden können, sind Teilchen von feuchtem Siliciumoxid oder aktiviertem Aluminiumoxid, die bis zu 20 oder 30 Gewichtsprozent adsorbiertes oder absorbiertes Wasser enthalten können. Andere Baispiele von Teilchen sind Siliciumoxidgel, welches absorbiertes Wasser enthält.

Wasser kann in das fluidisierte Bett bei Beginn des Verfahrens und/oder kontinuierlich oder intermittierend während des Verfahrens eingeführt werden. Das Wasser kann verwendet werden, um von den Teilchen adsorbiert oder absorbiert zu werden, um teilweise oder ganz den Wasserverlust dieser Teilchen unter den Bedingungen zu kompensieren, die in dem fluidisierten Bett erzielt werden.

909885/0854

Die Granulometrie des fluidisierten Materials ist für die Wärmeübertragung von Bedeutung. Weiterhin ist die gleichförmige Kühlung des Glases von Bedeutung, die schneller erfolgt, wenn kleinere Teilchen verwendet werden. Wenn jedoch die Teilchen zu klein sind, so besteht die Neigung, daß sie von dem Fluidisierungsgas abgeführt werden. Der geeignetste Größenbereich für die Teilchen hängt zum Teil von der Materialzusammensetzung der Teilchen ab und zum Teil vom spezifischen Gewicht. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn das fluidisierte Material ganz oder im wesentlichen ganz aus Teilchen im Größenbereich von 20 bis zu 250 Mikron besteht. Wenn Teilchen in diesem Größenbereich verwendet werden, kann eine Wärmeaustauschrate erzielt werden, die für das Tempern von dünnen Glasscheiben ausreichend oder zufriedenstellend ist oder vorteilhaft ist, wobei fluidisierte Teilchen verschiedenster Zusammensetzungen verwendet werden können, ohne daß Probleme auftreten, die sich dadurch ergeben, daß die Teilchen am Glas hängenbleiben, wenn dieses aus dem fluidisierten Bett herausgezogen wird. Das Glas k-νπη in einfacher Weise dadurch gereinigt werden, daß Luft über dessen Oberfläche geblasen wird.

Wenn trihydratisiertes Aluminiumoxid als fluidisiertes Material verwendet wird, können die Teilchengrößen vorzugsweise zwischen 40-und 150 Mikron und insbesondere zwischen 40 und 120 Mikron liegen. Diese Teilchengröße hat den Vorteil, daß sie zu einer sehr schnellen Kühlung beiträgt und eine hohe Oberflächenqualität des Glases sicherstellt, und zwar auch dann, wenn Glasscheiben mit einer Dicke von 3 mm oder weniger behandelt werden.

909885/0854

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in vorteilhafter Weise Luft als Fluidisierungsgas verwendet werden. Andere Gase können, falls gewünscht, auch verwendet werden, wie beispielsweise Helium, Kohlendioxid oder

Die Vorteile einer gleichförmigen Behandlung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt werden, werden insbesondere dann deutlich, wenn eine Fluidisierungsgasgeschwindigkeit verwendet wird, die lediglich etwas über derjenigen Geschwindigkeit liegt, die der maximalen Expansionsspitze des fluidisierten Bettes entspricht.

Es ist eine charakteristische Eigenschaft der Teilchenfluidisierung, daß während des Aufbaues eines Gasdruckes unterhalb eines porösen Trägers des Teilchenbettes,um das Bett in einen fluidisierten Zustand zu bringen, das Bett zuerst eine Ausdehnung durchmacht, wodurch fortschreitend die Höhe der Bettoberfläche bis zu einem bestimmten Pegel vergrößert wird, wonach, wenn der Gasdruck weiter ansteigt, der Oberflächenpegel der Bettoberfläche abfällt, ehe dar Bett sich wieder ausdehnt. Danach geht das Bett in einen sehr turbulenten sogenannten freisiedenden Bettzustand über, und wenn eine sehr hohe Gasgeschwindigkeit oder ein sehr hoher Gasdruck erzielt wird, führt dies zu einer erheblichen Aufwärtsmitnahme von Teilchen aus dem Bett. Wenn man die Bettoberfläche grafisch als Funktion des aufsteigenden Gasdruckes auftritt, so stellt man den übergang zwischen der anfänglichen Expansion des Bettes und dem nachfolgenden teilweisenZusammenfall vor einer weiteren Expansion als Expansionsspitze fest.

909885/0854 - 13 -

Bei einigen erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases oberhalb des Wertes, der der Expansionsspitze der Betthöhe-Gasgeschwindigkeitskurve entspricht und ist nicht größer als das 1,2-fache dieses Wertes. Wenn man innerhalb dieses Gasströmungsgeschwindigkeitsbereiches arbeitet, wird eine außerordentliche Gleichförmigkeit der Kühlung erzielt. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases wenigstens das 1,03-fache der Geschwindigkeit der Fluidisierungsbettexpansionsspitze.

Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren bei Gasgeschwindigkeiten unterhalb der Expansionsspitze durchgeführt werden kann, sei bemerkt, daß der Widerstand des fluidisierten Bettes gegen den Eintritt des Gasgegenstandes, der zu behandeln ist, größer ist. Dies ist ein Nachteil, wenn man Glasgegenstände behandelt, die insbesondere im Behandlungstemperaturbereich beschädigt werden können. Dies gilt insbesondere für Glasscheiben, die eine Dicke von 3 mm oder weniger haben und die gekrümmt sind und die va:f ormt v/erden kennen, wenn sie in ein fluidisiertes Bett nbgesenkt werden, welches einen erheblichen Widerstand gegen ihre Bewegung leistet.

Das fluidisierte Teilchenbett kann vorzugsweise Schwingungsbewegungen von geringer Amplitude ausgesetzt v/erden, die eine Ansammlung oder Agglomerisierung der fluidisierten Teilchen verhindern. Andererseits können feinere Teilchen in diesen Fällen verwendet werden. Wenn die Teilchen einer Schwingungsbewegung ausgesetzt werden, kann eine gegebene Behandlung mit einer geringeren Fluidisierungsgasgeschwindigkeit durchgeführt werden, und dies ist von Vorteil, wenn Glasgegenstände behandelt werden, die durch ihre sehr hohe

909885/0854 - 14 -

Temperatur oder aus anderen Gründen leicht beschädigt werden könnten. Vorzugsweise liegt die Schwingungsfrequenz zwischen 50 und 8000 Hz. Die Schwingungsbewegung kann durch einen an sich bekannten Vibrator erzeugt werden, der mit der Fluidisierungsstatxon oder mit dem Fluidisierungsgef äß verbunden ist.

Das Verfahren kann in einer an sich bekannten Fluidisierungsvorrichtung durchgeführt v/erden, die im wesentlichen ein Fluidisierungsgefäß aufweist, welches einen porösen Boden hat, unter dem eine Druckkammer angeordnet ist, aus der Gas nach oben durch den Boden hindurchgedrückt wird, welcher sicherstellt, daß eine im wesentlichen gleichförmig verteilte Strömung des Fluidisierungsgases über die gesamte Fläche des Gefäßes hindurch erfolgt. Vorzugsweise wird der durchlässige Boden durch eine poröse Wand gebildet.

Es wurde gefunden, daß die Vorteile des Verfahrens dadurch verbessert werden können, daß eine poröse Wand mit verteilten kleinen Poren verwendet wird, um das Fluidisierungsgas zu verwenden. Bei bevorzugten Ausführungsformen haben die Poren eine Größe von weniger als 60 Mikron. Dadurch wird ein sehr stabiles fluidisiertes Bett bei geringeren Geschwindigkeiten des fluidisierenden Gases aufrechterhalten. Die Stabilität nimmt mit der Verminderung der Porengröße zu. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Poren kleiner als 10 Mikron sind, und optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Poren kleiner als 5 Mikron sind. Die Porengröße wird durch einen Kapillartest ermittelt.

Ein weiterer Faktor,der für die Stabilität des fluidisierten Bettes bei irgendeiner gegebenen Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases von Bedeutung ist, ist die Permeabi-

909885/0854

ORIGINAL INSPECTED

lität der porösen Wand. Vorzugsweise sollte der Permeabi-

-11 2

litätskoeffizient nicht 6 χ 10 m übersteigen. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Permeabilitätskoeffi-

-11 2 zient kleiner ist als 0,25 χ 10 πι , und optimal werden Ergebnisse erzielt, wenn der Permeabilitätskoeffizient kleiner ist als 0,05 χ 10~¹¹m². Der Permeabilitätskoeffizient wird aus der Volumenströmungsrate des Gases durch die poröse Wand pro Quadratmeter Wandflache für einen gegebenen Druckabfall durch die Wandfläche gemäß der folgenden Gleichung ermittelt:

P P 2 2 — 1

Strömungsrate/m = ρ ,

° t. /u

wobei ρ der Perraeabilitätskoeffizient ist, P_ - P₁ der Druckabfall ist, t die Wandungsdicke und /u die Viskosität des Gases.

Ausführungsbexspiele der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Biegen und thermischen Tempern von Glasscheiben mit einer erfindungsgemäßen Fluidisierungsanlage und

Fig. 2 eine grafische Darstellung, die eine charakteristische Veränderung der Höhe eines fluidisierten Bettes mit Zunahme der Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases zeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist drei übereinander angeordnete Abschnitte auf: eine Heizstation 1, eine Station 2, in der den Glasscheiben eine Krümmung erteilt wird und eine Kühlstation 3. Diese drei Stationen werden von

909885/0854

- 16 -

einer Trägeranordnung 4 getragen.

Die Heizstation 1 weist einen Ofen 5 von an sich bekannter Bauart auf. Dieser hat beispielsweise ein äusseres Gehäuse 6 aus Eisenplatten und eine innere feuerfeste Auskleidung 7, die Aussparungen aufweist, in denen Heizelemente 8 aufgenommen sind. Die Heizelemente sind elektrische Widerstandsheizer. Im Boden des Ofens ist ein Schlitz 9 vorgesehen, durch den hindurch eine Glasscheibe aus dem Ofen in die Station 2 der Anlage gelangen kann.

In der Station 2 sind an sich bekannte Vorrichtungen vorgesehen, mittels denen die Glasscheiben gewölbt oder gebogen v/erden. Diese Vorrichtungen umfassen einen Stempel 10 und ein Gesenk 11. Relative Zu- und Auseinanderbewegungen dieser Teile werden durch Motoren 12 und 13 gesteuert, die an den Trägern 4 befestigt sind.

Die Kühlstation 3 weist ein Fluidisationsgefäß 14 auf, welche-, auf einer Tragplatts 15 montiert ist. Diese Tragplatte weist Rollen auf, die es ermöglichen, daß das Gefäß längs einer Schienenbahn 17 bewegt werden kann. Dieses Gefäß oder diese Kammer 14 weist hohle Seitenwandungen auf, die einen Mantel 18 bilden, in dem ein Kühlmittel umlaufen kann. Dieses Kühlmittel tritt in den Mantel ein und verläßt diesen über Leitungen 19. Dieses Gefäß oder diese Kammer weist eine nach außen sich verbreiternde Mündung 20 auf, mit der verhindert wird, daß fluidisierte Partikel überströmen können. Am Boden dieses Gefäßes oder dieser Kammer ist eine poröse Wand 21 vorgesehen, unterhalb welcher eine Druckkammer 22 angeordnet ist. Diese

909 8-8 5/0854

-¹⁷- 2329093

Druckkammer weist eine Einlaßleitung 23 für das Fluidisierungsgas auf. Eine Masse 24 von fluidisierten Teilchen ist in dieser Kammer oder in diesem Gefäß vorhanden.

Eine Glasscheibe 25, die gekrümmt oder gebogen und getempert werden soll, wird in hängender Lage mittels Zangen 26 eines Scheibenträger- und -fördermechanismus gehalten, der Ketten 27 aufweist, die an einem nicht dargestellten Antriebsmotor befestigt sind. Diese Ketten erstrecken sich durch Öffnungen 28 im oberen Teil des Ofens in diesen hinein.

Diese Anlage wird in der im folgenden beschriebenen Weise benutzt. Eine Glasscheibe wird in diese Anlage in der Höhe der Scheibenbiegestatxon 2 eingeführt und wird dann von den Zangen oder Greifern 26 erfaßt. Die Scheibe wird dann in den Heizofen über die öffnung 9 eingeführt, und zwar in gesteuerter Weise durch den Antriebsmotot für die Ketten 27.

Die Scheibe wird dann auf eine hohe Temperatur durch die Widerstandsheizer 8 erhitzt. Wenn die erforderliche Glastemperatur erreicht ist, wird die Scheibe 25 durch den Schlitz 9 in den Biegeabschnitt 2 abgesenkt. Wenn die Formgebungsgesenke 10 und 11 auf die erhitzte Glasscheibe durch die Antriebe 12 und 13 geschlossen werden, wird dadurch die Glasscheibe auf die erforderliche Biegung oder Krümmung geformt. Nach dem Öffnen der Gesenkteile wird die nunmehr gekrümmte Scheibe in die Kühlstation abgesenkt, in welcher die Masse 24 aus Feststoffteilchen bereits in einen fluidisierten Zustand gebracht wurde, und zwar durch ein Fluxdisxerungsgas, welches in das Gefäß 14

- 18

909885/0854

aus der Druckkammer 22 durch die poröse Wand 21 hinauf aufsteigt. Die Glasscheibe 25 tritt in das fluidisierte Bett ein und erleidet dann eine schnelle Abkühlung, die erforderlich ist, um das Glas zu tempern. Wärme wird aus dem fluidisierten Bett dadurch entfernt, daß Kühlflüssigkeit im Mantel 18 umläuft.

In der grafischen Darstellung von Fig. 2 ist die Höhe H in Millimetern des fluidisierten Bettes als Funktion gegen die Geschwindigkeit V in cm/sec des fluidisierenden Gases aufgetragen. Die Betthöhe pro Gasgeschwindigkeitskurve zeigt Eigenschaften des fluidisierten Bettes mit einem Ansteigen des fluidisierenden Gases, wobei das anfangs kompakte Bett einer fortschreitenden Ausdehnung unterworfen wird (Teil A der Kurve), bis die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases einen bestimmten Wert erreicht. Wenn jedoch die Gasgeschwindigkeit über diesen Wert erreicht ist, fällt dieses Bett teilweise zusammen (Teil B der Kurve). Dieses Aufsteigen und Zusammenfallen der Bettoberfläche erzeugt eine Spitze, die im folgenden als Expansionsspitze in der Funktion Betthöhr als Funktion der Geschwindigkeitskurve bezeichnet werden soll. Die Fluidisierungsgasgeschwindigkeit V , bei der diese Expansionsspitze auftritt, hängt von den Eigenschaften der fluidisierten Teilchen ab. Während eines weiteren Ansteigens der Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases wird das Abfallen der Bettoberfläche beendet, und die Betthöhe stabilisiert sich. Das Fluidisierungsbett bleibt etwa über einen bestimmten Gasgeschwindigkeitsbereich konstant, jedoch über diesem Bereich werden fluidisierte Teilchen aus dem Bett herausgeführt.

909885/0854

Im folgenden werden Beispiele der Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, bei dem eine im Vorstehenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Anlage verwendet wird.

Beispiel 1

Die Teilchen der fluidisierten Schicht oder des Bettes 24 (Fig. 1) sind Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid. Die Teilchen hatten eine Größe zwischen 40 und 120 Mikron/ und die mittlere Abmessung betrug 52 Mikron. Die poröse Wand 21 bestand aus gesinterter Bronze der Class O3 Poral, die eine Dicke von 4,7 mm hatte. Der Permeabili-

—11 2 tätskoeffizient dieser Wand betrug 0,4 χ 10 m , und die Größe der Poren in dieser Wand waren"geringer als 2 Mikron.

2 Die Fläche des fluidisierten Bettes betrug 54 dm .

Die grafische Darstellung in Fig. 2 stellt die Höhenänderungen eines fluidisierten Bettes von Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid als Funktion der Gasgeschwindigkeit dar. Die sogenannte Exp?nsionsspitze stellte sich in diesem Fall bei 0,48 cm/sec ein. Bei der Verwendung eines derartigen fluidisierten Bettes zur Durchführung des Glaskühlungsverfahrens wird die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases vorzugsweise oberhalb 0,48 cm/sec aufrechterhalten und insbesondere oberhalb 0,5 cm/sec. Diese Geschwindigkeit sollte vorzugsweise nicht mehr als 1,2 χ 0,48 0,576 cm/sec betragen.

Die Druckkammer 22 wird mit Luft unter einem Druck in der Größenordnung von 8,338.5 Pascal gespeist. Die Luftströmung, die verwendet wird, um die Schicht der Aluminiumoxidteilchen zu fluidisieren betrug 10m /h, was einer

909885/0854 -20-

Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von etwas über 0,5 cm/sec entspricht.

Glasscheiben mit Abmessungen von 50 χ 30 cm und einer Dicke von 3 mm wurden nacheinander Biegungs- und Temperungsbehandlungen unterworfen. Nachdem jede Glasscheibe an den Zangen 26 hing, wurde diese in den Ofen 5 eingeführt und dort etwa 3 Minuten belassen. Dieser Ofen hatte eine mittlere Temperatur von etwa 720° C. Während einer Zeitdauer erreichte die Scheibe eine Temperatur in der Größenordnung von 700° C bis 710° C. Die Scheibe wurde dann in die Biegestation gebracht und wurde durch die Formgesenke 10 und 11 in dieser Station geformt. Die Scheibe wurde in den geschlossenen Formgesenken etwa eine Sekunde gehalten. Die Scheibe wurde dann mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 m/min in das fluidisierte Bett aus trihydratisierten Aluminiumoxidteilchen gebracht, wobei das Bett sich auf Umgebungstemperatur befand. Die Glasscheibe wurde in dem fluidisierten Bett etwa sechs Sekunden gehalten. Während dieser Zeit wurde die Glasscheibe schnell gekühlt und wurde thermisch getempert. Nach dem Herausziehen aus dem Bätt wurde die Glasscheibe auf die Umgebungstemperatur abgekühlt.

Nachdem die getemperten Glasscheiben gebogen und getempert waren, wurden sie untersucht, um deren Formqualitäten und optischen Qualitäten festzustellen und um deren Temperungsgrad und deren Bruchcharakteristiken zu untersuchen.

Es wurde gefunden, daß die Glasscheiben im wesentlichen frei von Deformationen waren. Die maximalen Abweichungen von der idealen Form betrugen 0,9 mm, gemessen an der Mitte der längeren Scheibenkanten, und 1,3 mm, gemessen an der Mitte der kürzeren Kanten. Die Scheiben hatten eine außer-

909885/0854 -21-

ordentlich gute optische Qualität und waren für Kraftfahrzeugwindschutzscheiben gut geeignet.

Die Scheiben waren ebenfalls in sehr guter Xtfeise für die Verwendung als Kraftfahrzeugwindschutzscheiben getempert. Die Zugspannung in Mittelteil der Scheibendicke, und zwar

gemessen durch ein Mikropolariscop betrug 68,67 N/min .

Die Scheiben wurden zerbrochen, um zu bestimmen, ob sie einen bestimmten Standardtest durchlaufen können. Der Test machte erforderlich, daß eine Scheibe dadurch gebrochen wird, daß ein spitzer Hammer gegen den Mittelabschnitt der Scheibe stößt, wobei dann der Bruch der Scheibe untersucht wird, wobei ferner ein kreisförmiger Bereich mit 150 mm Durchmesser ausgelassen wurde, der auf den Stoßpunkt zentriert ist, und wobei ein 2 cm breiter Rand der Scheibe außer Beachtung gelassen wurde. Die Scheibe erfüllte die Standardbedingungen, wenn wenigstens 40 Brüche

per 5 cm in den Zonen vorhanden waren, in denen die größten Brüche auftreten, und wenn nicht mehr als 350 Brüche

2
per 5 :vi in den Zonen auftraten, in denen die kleinsten Brüche vorhanden waren. Die gekrümmten Glasscheiben, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren getempert wurden, erfüllten vollständig diesen Standard. Die Minimalanzahl von Brüchen pro 50 χ 50 mm Zone im Bereich der größten Brüche der gebrochenen Scheibe betrug 67 und die maximale Anzahl von Brüchen pro 50 χ 50 mm Zone im schmälsten Bruchbereich betrug 156.

Glasscheiben mit Dicken von 2,3 mm und 2,1 mm wurden ebenfalls gemäß dem vorstehenden Beispiel getempert, jedoch betrug die Heizzeit im Ofen 160 und 130 Sekunden. Diese Scheiben hatten ähnlich hohe Qualitäten bezüglich der Form,

909885/0854 - 22 -

der optischen Qualität und der Brucheigenschaften. Beispiel 2

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage wurde verwendet, um thermisch flache Scheiben mit Abmessungen von 60 χ 60 cm und 2,65 mm Dicke zu tempern, ohne daß jedoch die Biegestation 2 der Anlage verwendet wurde. Die anderen Verfahrensbedingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1. Nach dem Aufheizen der Scheiben im Ofen 5 wurden sie in das fluidisierte Bett 24 aus Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid eingetaucht.

Es wurde gefunden, daß die getemperten Glasscheiben noch flach waren und sehr gute optische Eigenschaften hatten, und daß ihre Brucheigenschaften zufriedenstellend waren und den im Vorstehenden beschriebenen Standardtest erfüllten. Auch diese Glasscheiben sind für Fahrzeugwindschutzscheiben geeignet.

Beispiel 3

Glasscheiben, die den im Beispiel 2 beschriebenen entsprechen, wurden getempert, wobei die gleichen Verfahrensbedingungen verwendet wurden wie in diesem Beispiel, mit der Ausnahme, daß Wasser in das fluidisierte Bett eingeführt wurde, so daß dieses beim Eintauchen der verschiedenen Scheiben im Bett anwesend war, wobei die Scheiben im Ofen 5 auf verschiedene Temperaturen vorerhitzt wurden. Es wurde gefunden, daß, v/enn ein Kühlungseffekt mit Wasser im fluidisierten Bett vorhanden ist, die Scheiben nicht im Ofen 5 auf eine so hohe Temperatur erhitzt werden müssen, um die gleichen Temperierungsbedingungen zu erhalten,

909885/0854 - 23 -

wie sie im Beispiel 2 erhalten wurden. Beispiel 4

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage wurde verwendet, um Flußglas zu tempern, welches 3 mm dick war und eine Abmessung von 400 χ 300 mm hatte.

Die Scheibe wurde auf eine Temperatur von 680 C im Ofen 5 gebracht. Wenn die Scheibe diese Temperatur erreicht hatte, wurde sie direkt in das fluidisierte Bett 24 gebracht. Die Scheibenbiege- oder -verformungsstation 2 wurde nicht verwendet. Die Eintauchgeschwindigkeit der Scheibe in die fluidisierte Schicht betrug 20 cm/sec. Die Dauer des Eintauchens betrug 15 Sekunden. Die Feststoffteilchen bestanden aus trihydratisiertem Aluminiumoxid. Die Verteilung der Teilchengröße war die folgende

Größe der Teilchen Prozent an der Gesamtheit (Mikron)

40 bis 63 ^rZ

63 bis 100 32

100 12

Luft wurde als Nachlaufgas verwendet. Die Luft trat in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand 21 aus gesinterter Bronze 03 Poral ein, die 4 mm dick war. Die Größe der Poren der Wand waren geringer als 2 Mikron, und

-11 2 deren Permeabilität betrug 0,04 χ 10 m .

Die berechnete nach oben gerichtete Geschwindigkeit der Luft in dem fluidisierten Bett betrug 0,8 cm/sec.

909885/0854

- 24 -

Wenn die Scheiben derBruchuntersuchung unterzogen wurden, die im Beispiel 1 erläutert wurden, wurde gefunden, daß

in der größten Bruchzone über 40 Brüche pro 5 cm auftraten und in der kleinsten Bruchzone weniger als 350 Brüche pro 5 cm .

Ferner zeigte die Glasscheibe keine Spur von Verformungen oder Oberflächenbeschädigungen.

Beispiel 5

Verschiedene flache Glasscheiben mit einer Größe von 75 χ 15 mm wurden thermisch getempert, wobei eine Anlage verwendet wurde, die der in Fig. 1 dargestellten entsprach, ohne jedoch eine Biegestation vorzusehen.

Der Ofen 5 war unmittelbar über dem Gefäß oder der Kammer 14 angeordnet, welche das fluidisierte Bett aus Feststoffteilchen enthielt. Dieses Bett bestand aus Hydrargillit mit einem Teilchengrößenbereich von 40 bis 150 Mikron. Die poröse Wand 21 bestand aus eine: Platte aus gesinterter Bronze Poral 30, die 4 mm dick war. Die Permeabilität einer

-11 2

derartigen Platte liegt im Bereich 5 χ 10 m , und die Maximalgröße der Poren betrug 50 Mikron.

Die Temperatur der Glasproben zur Zeit ihrer Einführung in die fluidisierte Schicht betrug 685° C.

Proben mit einer Dicke von 2 mm wurden thermisch getempert, wobei Luft als ein Fluidisierungsgas verwendet wurd e.

909885/0854

- 25 -

Bei einer berechneten Aufwartsgeschwindigkeit der Luft durch die fluidisierte Schicht von 1,7 cra/sec betrug die maximale Zugspannung in den inneren Schichten des Glases, gemessen mit einem Mikropolarisierungskop

56,9 N/mm . Für eine berechnete Luftgeschv/indigkeit von 3,4 cm/sec betrug diese Zugspannung 59,8 N/mm

Zu Vergleichszwecken wurden Proben der gleichen Größe in entsprechender Weise behandelt, wobei das Hydrargillit durch kalziniertes Aluminiumoxid ersetzt wurde, welches eine Teilchengröße im Bereich von 100 bis 200 Mikron hatte. Für eine Fluidisierungsluftgeschwindigkeit von 4,2 cm:see betrug die gemessene Zugspannung in den Innen-

schichten des Glases lediglich 45,1 N/mm . Um ausreichende zentrale Zugspannungen zu erhalten, ist es demzufolge erforderlich, mit derart höheren Fluidisierungsgasgeschwindigkeiten zu arbeiten, bei denen die Glasscheiben im plastischen Zustand leicht deformiert werden können, und zwar infolge der größeren auftretenden Kräfte.

Bei einem weiterer. Vergleichsversuch waren die Faststoffteilchen des fluidisierten Bettes Sandteilchen mit einer Größe von 100 bis 200 Mikron. Die berechnete Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases betrug 7,6 cm/sec, und dies führte zu einer inneren Zugspannung in den Glasscheiben

2
von 39,2 N/mm . Unter diesen Betriebsbedingungen bestand

eine erhebliche Gefahr einer Deformation der Scheiben. Beispiel 6

Fluidisierte Betten aus Hydrargillit aus kalziniertem Aluminiumoxid und aus Sand wurden im Beispiel 5 verwendet, um thermisch Glasscheibenproben der gleichen Abmessungen

909885/0854 -26-

zu tempern, die jedoch eine Dicke von 3 mm hatten.

Bei einer Verwendung von Hydrargillit wurde eine innere

Zugespannung von 65,7 N/mm für eine Aufwärtsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases von 1,6 cm/sec erreicht.

Eine Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von 4,3 cm/sec zur

2 Erhaltung einer inneren Zugspannung von 54,9 N/mm wurde eingestellt, wenn kalziniertes Aluminiumoxid verwendet wurde. Um bei einer Verwendung von Sand eine Zugspannung

2
von 52,9 N/mm zu erreichen, betrug die erforderliche

Fluidisierungsgasgeschwindigkeit 7,6 cm/sec. Beispiel 7

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde verwendet, um Glas mit größeren Dicken als bisher verwendet zu tempern.

Fluidisierte Betten aus Hydrargillit, kalziniertem Aluminium und Sand wurden, wie in Beispiel 4, verwendet, um thermi sch Glasproben zu tempern, die 6 mm dick waren und eine Abmessung von 75 χ 15 mm hatten.

Bei der Verwendung von Teilchen aus Hydrargillit wurde mit einer berechneten Aufwärtsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases von 2,4 cm/sec eine innere Zugspannung durch

die Temperung erzielt, die 7 4,5 N/mm betrug. Wenn kalziniertes Aluminiumoxid verwendet wurde, erhielt man eine

innere Zugspannung von 68,6 N/mm mit einer Gasgeschwindigkeit von 2,9 cn/sec. Wenn Sand verwendet wurde, wurde eine Zugspannung von 59,8 N/mm erreicht, und zwar mit einer Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von 4,3 cra/sec.

- 27 -

909885/0854

Dieses Beispiel zeigt, daß Unterschiede, die durch verschiedene Materialien als Partikel für das fluidisierte Bett erhalten werden, von geringerer Bedeutung sind als für Gläser von geringerer Dicke.

Beispiel 8

Flache Glasprobenscheiben mit Abmessungen von 75 χ 15 mm und 2 mm Dicke wurden in einer Anlage behandelt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, jedoch ohne Biegestation. Der Ofen war direkt über dem fluidisierten Bett angeordnet.

Das fluidisierte Bett aus Feststoffteilchen bestand aus Teilchen von Silicagel im Größenbereich von 100 bis 200 Mikron. Die Teilchen hatten ein Wassergehalt von etwa 19%. Die berechnete Fluidisreungsgasgeschwindigkeit (Luft) lag in der Größenordnung von 1,4 cm/sec. Die Probenstücke wurden, nachdem sie im Ofen auf eine Temperatur von etwa 680° C gebracht wurden, in das fluidisierte Bett für eine Zeitdauer von weniger als 10 Sekunden eingetaucht.

Die Zugspannung, die sich in den inneren Glasschichten

2 der Proben ausgebildet hatte, betrug etwa 39,2 N/mm .

Beispiel 9

Flache Proben aus Glas mit Abmessungen von 75 χ 15 mm und 2 mm Dicke wurden thermisch getempert, und zwar in einer Anlage, wie sie im Beispiel 5 verwendet wurde. Das fluidisierte Bett aus Feststoffteilchen wurde aus aktiviertem Aluminiumoxid mit Teilchengrößen von 50 bis 160 Mikron gebildet. Die poröse Wand 21 bestand aus einer Platte aus gesinterter Bronze Poral 30 mit einer Dicke von 4 mm.

909885/0854 -28-

Für eine berechnete Fluidisierungsluftgeschwindigkeit von 2,4 cm/sec betrug die innere Zugspannung im Glas

LgJ 2

44,1 N/mm . Für eine berechnete Geschwindigkeit von 1,6 cm/sec betrug diese Spannung 42,1 N/mm

Es wurden Untersuchungen mit dem gleichen fluidisierten Bett durchgeführt, wobei Proben von Glas mit 3 mm Dicke verwendet warden, und dies führte zu den folgenden Ergebnissen. Für eine berechnete Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von 2,2 cm/sec betrug die innere Zugspannung

54,9 N/mm . Für eine Geschwindigkeit von 1,4 cm/sec betrug die Spannung 52,9 N/mm .

Bei einem abgeänderten Verfahren wurde Helium als Fluidisierungsgas anstelle von Luft verwendet, um 2 ram dicke Glasscheiben zu behandeln. Innere Zugspannungen in der

2
Größenordnung von 41,2 N/mm konnten für eine berechnete Fluidisierungsgasgeschwindigkeit von 1,1 cm/sec erreicht werd en.

Bei den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens ist es möglich, dem fluidisierten Bett Schwingungen geringerer Amplitude zu erteilen, und zwar bei Frequenzen zwischen 50 und 8,000 Hz.

903B85/0854

-39-

Leerseite

Claims

MÜJLLE R-BORK · DEUFEL · SCHÖN · HliRTEL·

ΡΑΪ E N TA N \VÄ LTE

DR. WOLFGANG MÜLLER-BORS (PATENTANWALT VON 1927- 1973) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.- CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS.

Hl/Gei.-B 1404

18.MIW9

BFG GLASSGROUP, 43, rue Caumartin, Paris / Frankreich

Verfahren zum Kühlen von Glas

Patentansprüche

Verfahren zum Kühlen von Glas durch Einführung des Glases in ein fluidisiertes Bett aus Teilchen unter derartigen thermischen Bedingungen, daß Wärme vom Glas auf das fluidisierte Material übertragen wird, dadurch g e kennzeichn et, daß das fluidisierte Material aus Teilchen besteht oder Teilchen enthält, die einer endothermischen Wandlung dadurch unterzogen werden können, daß diese auf eine Temperatur erhitzt werden, die geringer ist als die Temperatur des Glases, wenn dieses in das fluidisiarte Bett eintritt.

909885/0854 ~ ² ~

HtlHOUKÜ Si} - SIEHEItTSTH. * · POSTFACH heOT^U · KABEL: ΜΓΕΒϋΡΛΪ · ΪΕΙ,. (Ob!)) 471005 · TELES ii-S-taSS

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturbereich,über den das Glas in diesem fluidisierten Bett abgekühlt wird und die Kühlungsrate derart ist, daß das Glas thermisch getempert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 cd er 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen, wenn sie der endothermischen Wandlung unterzogen werden, einen feinverteilten Rest belassen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der fIuidisierten Teilchen aus einem Material bestehen, welches Hydroxylgruppen enthält und/ oder Wasser und welches wenigstens einige derartiger Gruppen und/oder Wasser endothermisch bei einer Temperatur freigeben kann, die unterhalb der Eintrittstemperatur des Glases liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der fluidisierten Teilchen ein anorganisches hydratisiertes Salz oder andere anorganische Verbindungen enthält, die Hydroxylgruppen und/oder Wass«·: enthalten.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der fluidisierten Teilchen Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der fluidisierten Teilchen Teilchen sind, die Siliciumoxid, aktiviertes Aluminiumoxid oder andere Substanzen mit adsorbiertem oder absorbiertem Wasser sind.

909885/0854 " ³ "

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Material vollständig oder im wesentlichen vollständig aus Teilchen in der Größenordnung von 20 bis 250 Mikron besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus trihydratisiertem Aluminiumoxid eine Größenordnung zwischen 40 und 150 Mikron haben.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Fluidisierungsgases oberhalb des Wertes liegen, der der Expansionsspitze"der Betthöhe als Funktion der Gasgeschwindigkeit liegt, jedoch nicht mehr als das 1,2-fache dieses Wertes beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases wenigstens das 1,03-fache des Wertes der Expansionsspitze beträgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das fluidisierte Bett der Teilchen Schwingungen geringer Amplitude ausgesetzt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand eingeführt wird, deren Poren kleiner sind als 60 Mikron, vorzugsweise kleiner als 10 Mikron und insbesondere kleiner als 5 Mikron.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisierungsgas in das fluidisierte Bett durch eine poröse Wand eingeführt wird,

909885/0854

—11 2

deren Permeabilitätskoeffizient die Größe von 6 χ 10 m nicht überschreitet, wobei dieser Koeffizient vorzugs-

-11 2
weise kleiner als 0,25 χ 10 m und insbesondere kleiner

als 0,05 χ 10"¹¹m² ist.

15. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Temperung einer Glasscheibe von nicht mehr als 3 mm Dicke.

16. Glas gekühlt nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14.

909 88 5/0854