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Die
Erfindung betrifft Rührbehälter für schmelzflüssiges
Glas, entsprechende Rührsysteme, sowie Verfahren zum Zusammenbau
derartiger Komponenten und zum Rühren von schmelzflüssigem
Glas. Sie betrifft insbesondere die Bauweise von Rührsystemen
für Glasschmelzen, deren Rührorgane, Rührer
und Rührbehälter in ihrer Wirkungsweise, sprich
dem Homogenisieren der Glasschmelze, aufeinander abgestimmt sind.
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In
der Glasindustrie, insbesondere in Anlagen zum Schmelzen und Heißformen
von Spezialglas, sind Bauteile aus Edelmetall und Edelmetalllegierungen
wie vorzugsweise PGM-Werkstoff (PGM = Platinum Group Metals) im
Einsatz. Diese schmelztechnischen Anlagenkomponenten oder auch PGM-Produkte
genannt, dienen zum Schmelzen, Läutern, Transportieren,
Homogenisieren sowie zum Portionieren des flüssigen Glases.
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Bei
solchen Bauteilen handelt es sich im wesentlichen entweder um Konstruktionen
aus massivem PGM-Werkstoff oder aus hochtemperaturbeständigen
Werkstoffen (keramische Feuerfestwerkstoffe, metallische Sonderwerkstoffe)
mit dünnwandiger, schützender PGM-Umkleidung,
etwa in Form von dünnem Blech oder einer PGM-Oberflächenbeschichtung
(aufgebracht z. B. durch Plasmaspritzen, Flammspritzen etc.).
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Glasschmelze
führende Anlagenteile sind häufig Edelmetallblech-Konstruktionen,
die als dünnwandige Rohrsysteme ausgeführt sind.
Durch diese strömt das schmelzflüssige Glas mit
Temperaturen zwischen 1000°C und 1700°C
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PGM-Werkstoffe
zeichnen sich aufgrund ihres hohen Schmelzpunktes durch eine hohe
Temperaturbeständigkeit und weiterhin durch ihre hohe mechanische
Festigkeit sowie Beständigkeit gegen Abrasion aus und eignen
sich daher in besonderem Maße zur Herstellung von Konstruktionsteilen
in Anlagen oder Anlagenteilen, die in Kontakt mit der Glasschmelze
kommen. Geeignete Materialien sind Platin und Legierungen von Platin
und/oder anderen Metallen der Platingruppe, die gegebenenfalls auch
untergeordnete Mengen an Unedelmetallen als weitere Legierungskomponenten
oder oxidische Zusätze enthalten können. Typische
Werkstoffe sind Feinplatin, Platin-Rhodium-Legierungen und Platin-Iridium-Legierungen,
die zur Steigerung der Festigkeit und Hochtemperaturkriechfestigkeit
eine geringe Menge an Feinverteiltem Refraktärmetalloxid,
wie insbesondere Zirkondioxid oder Yttriumoxid enthalten.
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Der
Glasschmelzprozess gliedert sich in folgende Phasen: Rauschmelze,
Läuterung, Konditionierung, Speisen und Formen. Um den
Homogenisierungsgrad der Gläser zu erhöhen, kommen
Rührwerke zum Einsatz. Das Rühren ist Teil der
Konditionierung und erfolgt somit nach der Läuterung bzw. vor
dem Speisen. Der Verlauf der Zähigkeit des Glases mit der
Temperatur ist für die gesamte Glastechnik von grundlegender
Bedeutung. Um eine homogene Schmelze zu erzielen, muss sie auf eine
Temperatur gebracht werden, bei der die dynamische Viskosität η ~
102 dPa·s ist. Zum Vergleich: Bei
20°C hat Wasser eine Zähigkeit von 0,01 dPa·s,
Olivenöl ca. 102 dPa·s
und Honig ca. 104 dPa·s. Die Heißverarbeitung,
sprich das Speisen und Formen des Glases wird je nach Verfahren
bei 103 bis 108 dPa·s
vorgenommen. Somit liegt die Zähigkeit des Glases beim Rühren
zwischen 102 und 104 dPa·s.
Bei ~1450°C beträgt die dynamische Viskosität
von z. B. Borosilicatglas η ~ 103 dPa·s.
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Wie
die aufgeführten Daten, Temperatur und dynamische Viskosität
zeigen, stellt das effektive Rühren von Glas eine technische
Herausforderung dar.
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Rühren
zählt zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Grundoperationen.
In der einfachen Form werden zwei oder mehr Komponenten miteinander
vereinigt und durch das Einbringen von Strömungsbewegungen
mit Hilfe des Rührwerkzeuges derart ineinander verteilt,
dass sich eine gleichmäßige Zusammensetzung in
möglichst kleinen Volumeneinheiten einstellt.
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Es
lassen sich folgende 4 Rühraufgaben definieren: Homogenisieren,
Suspendieren, Dispergieren und Wärmeübertragen.
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Das
Wärmeübertragen, Austausch von Wärme
durch die Mischerwand zwischen Mischgut und Mantelmedium, findet
ggf. statt, spielt aber bei der Auslegung der Rührsysteme
für Glas eine untergeordnete Rolle.
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Da
beim Glas die Hauptphase und Zusatzphase Flüssigkeiten
sind, besteht die Rühraufgabe ausschließlich im
Homogenisieren. Das Homogenisieren ist das Vermischen von Feststoffen
oder ineinander löslichen Flüssigkeiten sowie
der Ausgleich von Konzentrationsunterschieden und/oder Temperaturunterschieden.
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Mischen
wiederum bedeutet prinzipiell das Transportieren von Mischgutkomponenten.
Dabei werden 5 einzelne Grundvorgänge unterschieden, die
sich unter Umständen übertragen können:
Distributives
Mischen: Verteilen, Vermengen, Platzwechsel der Teilchen nach Ordnungs-
und Zufallsmatrix. Physikalisch liegt ein Überwinden von
Schwerkraft und Coulombreibung vor.
Dispersives Mischen: Zerkleinern
von Aggregaten und Agglomeraten. Dabei wird aufgrund von Haftspannungen
die vorliegende Festigkeit überwunden.
Laminares Mischen:
Dehnen, Stauchen, Falten und Überwinden Newtonscher Reibung.
Turbulentes
Mischen: Erzeugung turbulenter Strömung(en) in Flüssigkeiten
und Gasen.
Diffuses Mischen: Konzentrationsausgleich durch Diffusion.
Beispiel: Ruhende Fluide
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Im
Fall des Mischens des hochviskosen Stoffes Glas, handelt es sich
somit um laminares Mischen und distributives Mischen, wobei dieser
Vorgang dem Kneten sehr nahe kommt.
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Kneten
bedeutet Mischen von zähen, pastösen und hochviskosen
Stoffen. Der Energieeintrag ist hierbei um ein Vielfaches höher
als beim Mischen niedrigviskoser Stoffe. Betrachtet man den Arbeitsprozess
'Kneten' vom Strömungsverhalten her, so kann man das Fehlen
von Turbulenzen für die Intensität des Mischvorganges
charakteristisch nennen. Der Stoffaustausch erfolgt durch Scherung,
mechanisches Aufteilen und Stauchen.
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Die
Schwierigkeit beim Verarbeiten hochviskoser Flüssigkeiten
ist das laminare Strömungsverhalten. Für jeden
Mischprozess bedeutet dieses Verhalten Probleme beim Austausch der
entsprechenden zu mischenden Stromfäden und Komponenten. Bei
laminarer Strömung sind die aus der Viskosität entstehenden
Kräfte (Schubspannung, Scherung) dominant.
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Um
ein definiertes Mischergebnis zu erreichen, ist die Erfassung des
gesamten Behältervolumens durch die laminare Strömung
Voraussetzung.
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Bei
hohen Viskositäten, wie sie beim Glas üblich sind,
kann nur noch eine Zwangsförderung eine ausreichende Homogenisierungsgüte
sicherstellen.
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Beim
bisherigen Stand der Technik in der Glasindustrie übernimmt
die Anlagenkomponente Rührer das Homogenisieren der Glasschmelze
in einem Tiegel oder Rührteil bzw. Rührzelle.
Die Rührbehälter haben immer eine zylindrische
oder leicht kegelige Form mit „glatter” Wandung.
Beim kontinuierlichen Schmelzprozess wird das Glas seitlich oben oder
unten durch ein Eintrittsrohr dem Rührbehälter zugeführt.
Der Glasaustritt erfolgt dann seitlich in einer zum Einlauf versetzten
Höhe mittels eines Austrittrohres oder durch den Boden
des Behältnisses. Durch den Höhenversatz zwischen
Ein- und Auslauf kann beim kontinuierlichen Glasschmelzprozess auf die
zwangsfördernde Wirkung des Rührorgans verzichtet
werden, da das gesamte Glasvolumen den Rührbehälter
passieren muss. Somit besteht die Rühraufgabe im laminaren
und distributiven Mischen mit Erfassung des gesamten Behältervolumens.
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Die
DE 10 2004 034 798
A1 betrifft ein Rührsystem für Glasschmelzen.
Dabei ist ein Rührer mit einem Schaft, der eine Längsachse
definiert, und zumindest zwei Gruppen von Flügeln vorgesehen.
Die Flügel umfassen jeweils ein Blatt, welches parallel zur
Längsachse ausgerichtet ist, und zumindest eine Öffnung.
Zumindest zwei Gruppen von Flügeln sind am Schaft mit einem
Abstand zueinander positioniert. Außerdem ist zumindest
eine Gruppe von Strombrechern vorgesehen, welche zwischen zwei Gruppen
von Flügeln positioniert ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte bzw. alternative
Rührbehälter für schmelzflüssiges
Glas, entsprechende Rührsysteme sowie Verfahren zum Zusammenbau
derartiger Komponenten und zum Rühren von schmelzflüssigem Glas
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche gelöst.
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Bei
der hier vorliegenden Erfindung handelt es sich insbesondere um
ein Rührsystem mit Rührorgan (Rührer)
und Rührbehälter. Der Rührer und der Behälter
sind in ihrer Geometrie, und somit in ihrer Wirkungsweise, aufeinander
abgestimmt, damit ein optimales Rührergebnis erzielt wird.
Die Wand des zylindrischen oder leicht kegeligen Rührbehälters weist
mehrere Stromstörer in Form von An- bzw. Einbauten auf,
die als Flächen- oder Volumenelemente ausgeführt
sind, wobei die Volumenelemente als Bestandteil der Rührbehälterwand
ausgeführt sein können. Dadurch ergeben sich folgende
Vorteile: Die Behälteroberfläche wird vergrößert,
was zu einer verbesserten Scherung des Glases führt. Weiterhin
wird die Flüssigkeit durch die Stromstörer in
Richtung Behältermitte geleitet bzw. besser dem Rührorgan
zugeführt. Somit ist sichergestellt, dass das gesamte Glasvolumen
von dem Rührorgan erfasst wird.
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Ein
erfindungsgemäßer Rührbehälter
für schmelzflüssiges Glas weist eine Längsachse
auf. Dabei kann der Rührbehälter eine gerade und/oder gebogene
Form aufweisen. Der Rührbehälter weist neben anderen
Flächen eine innere Umfangsfläche auf, die verschiedene
Formen haben kann. Die Innenfläche kann durch ein oder
mehrere Bleche gebildet werden. Die innere Umfangsfläche
hat mindestens zwei oder mehr Stromstörer, die sich von
der inneren Umfangsfläche bzw. ihrer Wandung weg in das weitere
Innere des Rührbehälters hinein erstrecken. Die
Stromstörer sind an verschiedenen Positionen entlang der
Längsachse bzw. auf verschiedenen Höhen des Rührbehälters
bzw. der Längsachse winkelig um die Längsachse
versetzt angeordnet.
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Die
Stromstörer können an einer Position und/oder
benachbarten Positionen der Längsachse um diese herum im
Winkel von 60°, 90°, 120° oder 180° gegeneinander
versetzt sein. Unregelmäßige Beabstandungen sind
ebenfalls möglich.
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Es
können mehrere Stromstörer vorgesehen sein, die
jeweils in mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Stromstörern
an jeweils einer Position entlang der Längsachse angebracht
sind, wobei benachbarte Gruppen von Stromstörern zueinander
versetzt angeordnet sind.
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Ein
weiterer alternativer oder zusätzlicher Aspekt der Erfindung
betrifft einen Rührbehälter für schmelzflüssiges
Glas mit einer Längsachse und einer inneren Umfangsfläche,
wobei die innere Umfangsfläche mindestens einen Stromstörer
aufweist, der sich von der inneren Umfangsfläche in das
Innere des Rührbehälters hinein erstreckt. Dabei
hat der Stromstörer eine Kontur, die – quer zur
Längsachse betrachtet – sich im Wesentlichen von
der inneren Umfangsfläche des Rührbehälters
weg zumindest teilweise verjüngt bzw. zuläuft
oder konisch ist.
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Die
Kontur des Stromstörers kann sich zumindest im wesentlichen
oder vollständig von der inneren Umfangsfläche
in das Innere des Rührbehälters hin verjüngen.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung können an jeder Position
entlang der Längsachse mindestens zwei, vorzugsweise drei
Stromstörer vorgesehen sein.
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Die
Umfangsfläche ist im wesentlichen durchgängig
und im Querschnitt rund, elliptisch oder oval.
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Die
innere Umfangsfläche des Rührbehälters
kann durch mindestens ein Mantelblech gebildet werden und der/die
Stromstörer ist/sind an dem Mantelblech fest angeordnet.
Sie können aus dem Mantelblech zumindest teilweise herausgearbeitet
sein. Die Stromstörer können durch mindestens
ein weiteres am Mantelblech, vorzugsweise durch Schweißen oder
Löten, fest angeordnetes Blech gebildet werden.
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Die
Stromstörer können sich am weitesten mit einem
mittleren Abschnitt und weniger weit mit mindestens einem, vorzugsweise
beiden, seitlichen Abschnitten in das Innere des Rührbehälters
hinein erstrecken.
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Die
Stromstörer können ferner aus einem oder mehreren
Blechen geformt sein, deren äußere Kante(n) mindestens
zum Teil an die innere Umfangsfläche des Rührbehälters
angepasst ist/sind und mindestens zum Teil damit verbunden ist/sind und
vorzugsweise mindestens eine Übergangs- bzw. Verbindungslinie
aufweist/aufweisen.
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Die
Stromstörer weisen mindestens eine erste Fläche,
die eine erste Orientierung aufweist, und eine zweite Fläche
mit einer von der ersten Orientierung abweichenden zweiten Orientierung
auf.
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Die
erste und die zweite Fläche können außerdem
unter einem Winkel von etwa 30° bis 120°, vorzugsweise
etwa 45° bis 105°, weiter bevorzugt etwa 60° zueinander
geneigt sein.
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Ein
erfindungsgemäßer Rührbehälter
kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem
oxiddispersionsgehärtetem PGM-Werkstoff bestehen, der insbesondere
für schmelzflüssiges Glas für optische
Zwecke geeignet ist. Vor allem in Bereichen, in denen der Rührbehälter
mit schmelzflüssigem Glas in Berührung kommt,
ist dieses Material sehr korrosionsbeständig.
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Die
Stromstörer können Aussparungen aufweisen, um
Gewicht zu reduzieren bzw. weitere Engstellen für das schmelzflüssige
Glas bereitzustellen.
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Ein
weiterer zusätzlicher oder alternativer Aspekt der Erfindung
betrifft einen Rührer für schmelzflüssiges
Glas, der zu dem zuvor beschriebenen Rührbehälter
korrespondieren kann. Dieser hat ebenfalls eine Längsachse,
die im verbauten Zustand mit der Längsachse des genannten
Rührbehälters zusammenfallen kann. Es ist ferner
ein Schaft vorgesehen, der mindestens einen Rührkörper
aufweist, der sich von dem Schaft radial weg erstreckt. Ferner hat
der Rührkörper eine Kontur oder, insbesondere
wenn er sich dreht, ein Einhüllende, die sich im wesentlichen
quer zur Längsachse von dem Schaft weg zumindest teilweise
oder auch im wesentlichen vollständig oder nahezu vollständig
verjüngt.
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Der
Rührer hat mehrere Rührkörper, die jeweils
in mindestens zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei Rührkörpern
an jeweils einer Position entlang der Längsachse angeordnet
sein können, wobei benachbarte Gruppen von Rührkörpern
zueinander versetzt angeordnet sind.
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In
einem weiteren zusätzlichen oder alternativen Aspekt betrifft
die Erfindung ein Rührsystem für schmelzflüssiges
Glas mit einem Rührbehälter bzw. einem Rührer
wie zuvor oder nachfolgend beschrieben oder beansprucht. Dabei ist
mindestens ein Rührer mit einem Schaft und mindestens einem
Rührköper vorgesehen. Dabei ist der Rührkörper
derart ausgebildet, dass der Rührer durch mindestens eine
axiale bzw. translatorische Relativbewegung des Rührers
zu dem Rührbehälter, mindestens eine nachfolgende
oder gleichzeitige Relativdrehung des Rührers zu dem Rührbehälter
und eine weitere axiale bzw. translatorische Relativbewegung des
Rührers zu dem Rührbehälter in den Rührbehälter
eingeführt werden kann. Dabei kann der Rührer
im Betriebszustand im Rührbehälter gedreht werden.
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Der/die
Rührkörper kann/können so ausgebildet
sein, dass er/sie beim Drehen im Betriebszustand zu der Kontur des/der
Stromstörer(s) korrespondiert/korrespondieren. Ferner kann/können der/die
Rührkörper eine Kontur bzw. Einhüllende
aufweisen, die sich vom Schaft weg verjüngt.
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Das
Rührsystem kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig,
aus einem oxiddispersionsgehärtetem PGM-Werkstoff bestehen.
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Der
Rührer bzw. der Rührkörper kann Aussparungen
aufweisen, um Gewicht zu reduzieren bzw. weitere Engstellen für
das schmelzflüssige Glas bereitzustellen.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Rührbehälters
für schmelzflüssiges Glas mit einer Längsachse.
Es weist insbesondere die folgenden Schritte auf: Ausbilden einer
inneren Umfangsfläche, Ausbilden der inneren Umfangsfläche
mit mindestens zwei Stromstörern derart, dass die Stromstörer
sich von der inneren Umfangsfläche in das Innere des Rührbehälters
hinein erstrecken, und Anordnen der Stromstörer an verschiedenen
Positionen zu der Längsachse und winkelig um diese versetzt.
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Die
Erfindung betrifft zusätzlich oder alternativ ein Verfahren
zum Herstellen eines Rührbehälters für
schmelzflüssiges Glas mit einer Längsachse, mit den
Schritten: Ausbilden einer inneren Umfangsfläche, Ausbilden
der inneren Umfangsfläche mit mindestens einem Stromstörer,
der sich von der inneren Umfangsfläche in das Innere des
Rührbehälters hinein erstreckt, und Ausbilden
bzw. Anordnen des Stromstörers mit einer Kontur, die sich
im wesentlichen quer zur Längsachse von der inneren Umfangsfläche
in ein Inneres des Rührbehälters hin zumindest
teilweise verjüngt.
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Die
Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Zusammenbau
eines Rührsystems für schmelzflüssiges
Glas nach mindestens einem der entsprechenden vorstehenden Ausführungsformen bzw.
Aspekte, mit den folgenden Verfahrensschritten: Einführen
des Rührers in den Rührbehälter durch mindestens
eine axiale bzw. translatorische Relativbewegung des Rührers
zu dem Rührbehälter, weiteres nachfolgendes oder
gleichzeitiges Bewegen durch eine Relativdrehung des Rührers
zu dem Rührbehälter und eine weitere axiale bzw.
translatorische Relativbewegung des Rührers zu dem Rührbehälter.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Rühren von schmelzflüssigem
Glas mit einem Rührsystem nach mindestens einem der entsprechenden
vorstehenden Ausführungsformen bzw. Aspekte mit den folgenden
Verfahrensschritten: Zuführen von schmelzflüssigem
Glas durch einen Einlass des Rührbehälters, Drehen
des Rührers in dem Rührbehälter und Durchführen
des schmelzflüssigen Glases durch das Innere des Rührbehälters,
wobei beim Drehen des Rührers und Durchführen
des schmelzflüssigen Glases durch das Innere des Rührbehälters
das schmelzflüssige Glas durch die Rührkörper
und die Stromstörer durch Engstellen zwischen diesen geleitet,
zerteilt, geknetet und/oder gestaucht wird, und Abführen
des schmelzflüssigen Glases durch einen Auslass des Rührbehälters.
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Die
Figuren sollen bevorzugte Ausführungsformen gemäß der
Erfindung beispielhaft veranschaulichen. Es zeigen:
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1A eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rührsystems in Sicht von oben in Richtung der Längsachse
mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem
Rührer;
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1B eine
schematische Schnittdarstellung entlang A-A gemäß 1A;
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1C eine
schematische Darstellung von erfindungsgemäßen
Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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1D eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Rührers;
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1E eine
Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 1D und
der Stromstörer nach 1C;
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2A eine
schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem
Rührer;
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2B eine
schematische Schnittdarstellung entlang B-B gemäß 2A;
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2C eine
schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen
Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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2D eine
perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührers;
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2E eine
Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 2D und
der Stromstörer nach 2C;
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3A eine
schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem
Rührer;
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3B eine
schematische Schnittdarstellung entlang C-C gemäß 3A;
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3C eine
schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen
Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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3D eine
perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührers;
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3E eine
Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 3D und
der Stromstörer nach 3C;
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4A eine
schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem
Rührer;
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4B eine
schematische Schnittdarstellung entlang D-D gemäß 4A;
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4C eine
schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen
Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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4D eine
perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührers;
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4E eine
Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 4D und
der Stromstörer nach 4C;
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5A eine
schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem
Rührer;
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5B eine
schematische Schnittdarstellung entlang E-E gemäß 5A;
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5C eine
schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen
Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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5D eine
perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührers;
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5E eine
Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 5D und
der Stromstörer nach 5C;
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6A eine
schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührsystems in Richtung der Längsachse mit einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
eines Rührbehälters mit dazu korrespondierendem
Rührer;
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6B eine
schematische Schnittdarstellung entlang F-F gemäß 6A;
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6C eine
schematische Darstellung von weiteren erfindungsgemäßen
Stromstörern, isoliert ohne den Rührbehälter;
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6D eine
perspektivische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen
Rührers; und
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6E eine
Darstellung des Zusammenwirkens des Rührers nach 6D und
der Stromstörer nach 6C.
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Die 1A zeigt
einen Rührer 3 mit einem Schaft 30, der
in einem Rührbehälter 1 einer Läuterkammer
drehbar angeordnet ist. In dieser Ansicht sind vor allem die entlang
der Längsachse zueinander versetzten Rührkörper 4 erkennbar.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Rührkörper 4 um 90° zueinander
versetzt. Weiterhin sind Stromstörer 2 in dieser
Draufsicht erkennbar, die sich von einer Innenwand 10 des
Rührbehälters nach innen erstrecken. Diese können
vollständig oder zum Teil in die von den Rührkörpern 4 belassenen
Zwischenräume hineinragen.
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Diese
Funktionalität ist noch deutlicher in 1B gezeigt.
Es ist die in dieser Ansicht erkennbare konische bzw. verjüngte
Ausgestaltung der Stromstörer 2 hin zum Inneren
des Rührbehälters 1 dargestellt. An der
inneren Umfangsfläche 10 des Rührbehälters 1 sind
die Stromstörer 2 so angebracht, dass sie den
Freiraum zwischen den einzelnen Rührkörpern 4 des
Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern.
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Dabei
sind jedoch nur Stromstörer 2 zu erkennen, die
sich in 1B im wesentlichen senkrecht
zur Papierebene erstrecken. Von den anderen sind nur die hinten
liegenden dargestellt. Die Rührkörper 4 können
sich im Betrieb frei drehen und nutzen dabei zu einem großen
Teil den Raum aus, den die Stromstörer 2 belassen.
In den 1A und 1B ist
erkennbar, wie zwar einerseits die Glasschmelze von einem Einlass 11 zu
einem Auslass 12 gelangen kann, bei einer Drehung des Rührers 3 jedoch
von seinen Rührkörpern 4 geknetet, geschert und
anders bearbeitet wird.
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Die
Stromstörer bestehen aus ebenen, schrägen Blechen,
die tangential in einem Abstand zu den Mantelflächen der
Kegelstümpfe (Innenwand des Rührbehälters)
angebracht sind. In jedem Rührkörperzwischenraum
liegen sich zwei Stromstörer spiegelbildlich gegenüber.
Entlang der Mittelachse 30 sind die Stromstörer
radial winklig versetzt.
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Neben
der gezeigten konzentrischen Anordnung des Rührers 3 gegenüber
dem Rührbehälter 1 kann ebenfalls bei
geeigneter Ausbildung der Rührkörper 4 und
der Stromstörer 2 eine nicht-konzentrische Anordnung
erreicht werden.
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1C zeigt
in perspektivischer Ansicht, wie die Stromstörer 2 ausgebildet
sein können. Es kann eine erste Wandung 20 und
eine zweite Wandung 21 vorgesehen sein, die einen linienförmigen Übergang 22 aufweisen
können. Zur nicht dargestellten Innenwand 10 des
Rührbehälters hin sind entsprechende äußere
Seiten 23 vorgesehen, die sich vollständig an die
Innenwand 10 anschmiegen bzw. damit verbunden sind. Es
sind auch Lücken (nicht dargestellt) zwischen der Innenwand
und den äußeren Seiten denkbar.
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Der
Rührer 3 ist perspektivisch in 1D gezeigt.
An dem Schaft 30 befinden sich die Rührkörper 4,
die entlang einer nicht gezeigten Längsachse des Rührers 3 beabstandet
sind. Die einzelnen, auf der Rührwelle bzw. dem Schaft 30 angebrachten
Rührkörper 4 haben die Form zweier gegensinnig
aufeinander angeordneter Kegelstümpfe 42, 43 mit
zwei zueinander parallel liegenden, ebenen ersten und zweiten Flächen
bzw. Blechen 40, 41. Die ebenen Flächen
sind durch hyperbolische Kanten begrenzt, die durch die achsparallelen
Kegelschnitte entstehen. Die Lage der ebenen Flächen ist
von Rührkörper zu Rührkörper
radial winklig versetzt. Es kann die Form auch alternativ beschrieben
werden: die Rührkörper 4 haben in der
gezeigten Ausführungsform eine erste im wesentlichen ebene
Fläche 40 und eine zweite korrespondierende Fläche 41,
die beide eine Rautenform aufweisen, wobei die stumpfen Ecken abgerundet
sind. Die ersten und zweiten Flächen 40, 41 verlaufen
im wesentlichen parallel zur Längsachse des Rührers 3,
und es liegen sich die ersten Flächen 40 und die
entsprechenden zweiten Flächen 41 mit jeweils
gleichem Abstand zur Längsachse gegenüber. Die
Rührkörper 4 sind jeweils durch eine
dritte und vierte Fläche 42, 43 geschlossen.
Es wird deutlich, wie die Rührkörper sich nach
außen verjüngen, in der gezeigten Ausführungsform über
die ganze Länge, wobei die dritte und vierte Fläche 42, 43 in
einer Linie ineinander übergehen. Diese Linie kann gerade
oder gebogen sein. In der dargestellten Ausführungsform
ist sie leicht gebogen, so dass die Linie bei einer Drehung des
Rührers einen Kreis beschreibt oder diesem näher
als eine gerade Linie kommt. Der in 1D unterste
Rührkörper 4 weist nach unten hin eine
leichte Spitze 44 auf, was im wesentlichen durch die entsprechende
Ausformung der vierten Fläche 43 erreicht wird.
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Das
Zusammenwirken der Rührkörper 4 und der
Stromstörer 2 ist in 1E dargestellt,
wobei die Innenwand aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt
ist. Es ist erkennbar, wie dicht die Rührkörper 4 in
die durch die Stromstörer gebildeten Konturen bei der Drehung
des Rührers eingreifen.
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Durch
die großen Volumina von Rührkörpern 4 und
Stromstörern 2 wird das schmelzflüssige
Glas beim Durchströmen des Rührbehälters
häufig durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen
beiden Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze.
Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern
und Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern
in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird.
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Durch
den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst
möglich den Rührer in den Rührbehälter
abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe
gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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2A zeigt
modifiziert ausgebildete Rührkörper 104,
die durch im wesentlichen waagerecht bzw. horizontal angeordnete
Bleche und im wesentlichen vertikal angeordnete Flächen
gebildet werden. Diese Variante ist u. a. materialsparend, was bei
dem verwendeten Material eine größere Ersparnis
mit sich bringen kann. Es wird in 2A vor
allem deutlich, wie die horizontalen Bleche abgewinkelt sein können.
Ein zweites im wesentlichen vertikal angeordnetes Blech, das zusammen
mit einem im wesentlichen horizontalen Blech einen Rührkörper
bildet, ist so ausgeformt, dass es beim Einsetzen des dargestellten
Rührers zwischen den horizontalen Flächen der
Stromstörer translatorisch bewegt hindurchpasst.
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2B zeigt
das Zusammenwirken der entsprechenden Stromstörer 102 und
Rührkörper 104 im eingebauten Zustand.
Es wird ebenfalls deutlich, wie bei der versetzten Anordnung der
Stromstörer und der Rührkörper beim Zusammenbau
der unterste Rührkörper zwischen den obersten
Stromstörern translatorisch hindurchbewegt werden muß,
um dann – hier um 90° – gedreht zwischen
die zweiten Stromstörer translatorisch hindurchbewegt zu
werden usw. Die weiter oben angeordneten Rührkörper
werden entsprechend durch die Stromstörer hindurchbewegt.
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2C zeigt
die Ausbildung der Stromstörer 102 gemäß dieser
Ausführungsform und die entweder z. T. zusammengesteckten
und/oder aus Einzelteilen zusammengefügten Bestandteile,
die entlang einer Linie 122 ineinander übergehen.
Es ist hier die konische Kontur, die sich von außen nach
innen durch die Stromstörer ausbildet, erkennbar. An der inneren
Umfangsfläche (nicht dargestellt) des Rührbehälters
sind die Stromstörer 102 so angebracht, dass sie
den Freiraum zwischen den einzelnen Rührerblättern
des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern.
Die Stromstörer 102 können analog zum
Rührer aus Horizontal- und zentrisch kreuzenden ebenen
Vertikalblechen 120, 121 aufgebaut sein. Die Horizontalbleche
haben eine Kontur, die den Freiraum der Rührblätter
ausfüllt. In jedem Rührblattzwischenraum liegen
sich zwei Stromstörer spiegelbildlich gegenüber.
Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig
versetzt.
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2D stellt
den Schaft 30 mit den korrespondierenden durch die Bleche 140 und 141 gebildeten
Rührkörpern 104 dar. Die einzelnen, auf
der Rührwelle angebrachten Rührkörper 104 bestehen aus
einem hantelförmigen, ebenen, horizontalen Blech 141 und
aus vertikalen dreieckigen Blechen 140. Die vertikalen
Dreieckbleche 140 kreuzen die hantelförmigen Horizontalbleche 141 zentrisch
und liegen mit ihrer Grundseite am Schaft 30 an, so dass ihre
Spitze am äußersten Rührerumfang liegt.
Die Lage der Rührerkörper 104 ist zueinander
radial winklig versetzt.
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2E zeigt
das Zusammenwirken der Rührkörper 104 und
der Stromstörer 102. Die dreieckigen Vertikalbleche 140 in
den Rührkörpern 104 bewegen die Glasschmelze
radial. Immer wenn sie aneinander vorbeilaufen entsteht dabei während
der Drehung regelmäßig eine Engstelle zwischen
den Vertikalblechen 140 des Rührers und den Stromstörern 102 des
Rührbehälters. Diese Engstellen stauchen die Glasschmelze.
Die Horizontalbleche, die sowohl in den Rührerblättern,
als auch in den Stromstörern verbaut sind, zerschneiden
den Glasstrom permanent.
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Gemäß 3A sind
drei Rührkörper 204 um jeweils 120° zueinander
versetzt. Stromstörer 202 sind entsprechend ausgebildet,
um auch den bereits zuvor beschriebenen Zusammenbau zwischen Rührer
und Rührbehälter zu ermöglichen.
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In 3B ist
die konische Ausbildung der Rührkörper 204 und
der Stromstörer 202 zu sehen.
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Ein
entsprechender Aufbau der Stromstörer 202 und
der Rührkörper 204 ist den 3C und 3D entnehmbar.
Diese sind aus im wesentlichen quer zueinander ausgerichteten Blechen 220, 221 bzw. 240 und 241 aufgebaut.
An der inneren Umfangsfläche (nicht dargestellt) des Rührbehälters sind
Stromstörer 202 so angebracht, dass sie den Freiraum
zwischen den einzelnen Rührerblättern des Rührers
besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Die Stromstörer 202 sind
analog zu den Rührkörpern aus Horizontal- und
zentrisch kreuzenden ebenen Vertikalblechen 220, 221 aufgebaut.
Die Horizontalbleche 220 haben eine Kontur, die die Freiräume
der Rührblätter ausfüllt. Entlang der
Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
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Die
einzelnen auf der Rührwelle bzw. dem Schaft 30 angebrachten
Rührkörper 204 bestehen aus einem sternförmigen,
ebenen, horizontalen Blech 241 und aus vertikalen dreieckigen
Blechen 240. Die vertikalen Dreieckbleche 240 sitzen
an jeder Sternspitze der Horizontalbleche 241 und kreuzen diese
zentrisch. Die vertikalen Bleche 240 liegen mit Ihrer Grundseite
am Rührerschaft 30 an, so dass ihre Spitze am äußersten
Rührerumfang liegt. Die Lage der Rührerblätter
ist zueinander radial winklig versetzt. Hierbei ist bei den Rührkörpern
deutlich, dass die Bleche 241 eine im wesentlichen rechteckige Form
haben können.
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Die
Funktionalität ist aus 3E erkennbar und
gleicht im wesentlichen der zuvor beschriebenen.
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Einen
komplexeren Aufbau, der Vorteile in der Steifigkeit haben kann,
wird in den 4A bis 4E gezeigt.
Die Rührkörper 304 sind gemäß 4A zwischen
den Stromstörern 302 im Zusammenbau in der bereits
beschriebenen Weise hindurchführbar.
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In
den 4C und 4D ist
der Aufbau dieser Elemente dargestellt. Während in 4C ein relativ
einfacher Aufbau der Stromstörer 302 aus zwei
sich in einer Verbindungslinie 322 treffender Bleche 320 und 321 dargestellt ist,
zeigt 4D die aus einer relativ großen
Zahl von Blechen 340 bis 343 zusammengesetzten
Rührkörper 304. Die Rührkörper
sind auf der Rührwelle bzw. dem Schaft 30 angebracht
und haben die Form zweier gegensinnig aufeinander angeordneter Pyramiden.
Die Rührkörper sind zueinander radial winklig
versetzt. Die Stromstörer 302 bestehen aus ebenen,
schrägen Blechen, die tangential in einem Abstand zu den
Kanten der Pyramiden der Rührkörper angebracht
sind. Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig
versetzt.
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Es
wird deutlich, dass erfindungsgemäß eine Vielzahl
von unterschiedlichen Ausbildungen der einzelnen Elemente und deren
Zusammenfügung möglich sind. Das Zusammenwirken
der Elemente zeigt 4E. An der inneren Umfangsfläche
(nicht dargestellt) des Rührbehälters sind die
Stromstörer 302 so angebracht, dass sie den Freiraum
zwischen den einzelnen Rührkörpern 304 des
Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Durch
die großen Volumina von Rührkörpern und
Stromstörern wird das schmelzflüssige Glas beim
Durchströmen des Rührbehälters häufig
durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden
Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze.
Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern und
Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern
in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird.
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Durch
den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst
möglich, den Rührer in den Rührbehälter
abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe
gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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Die 5A bis 5E zeigen
eine weitere Ausführung der Erfindung, vor allem den versetzt
angeordneten Aufbau der Stromstörer 402 und der
damit kooperierenden Rührkörper 404.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Stromstörer 402 wird deutlich,
dass diese paarweise oder alle untereinander verbunden sein können.
Dies erhöht die Stabilität des (nicht dargestellten)
Rührbehälters. An der inneren Umfangsfläche
des Rührbehälters sind Stromstörer 402 so
angebracht, dass sie den Freiraum zwischen den einzelnen Rührkörpern
des Rührers besetzen und diesen wesentlich verkleinern.
Die Stromstörer bestehen gemäß 5C aus
ebenen vertikalen und horizontalen Blechen 420, 421,
die derart an der inneren Mantelfläche des Rührbehälters
angebracht sind, dass sie nur noch eine Öffnung in Form eines
Dreieckprismas 422 freigeben.
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Entlang
der Mittelachse sind die Stromstörer radial winklig versetzt.
Durch die großen Volumina von Rührkörpern
und Stromstörern wird das schmelzflüssige Glas
beim Durchströmen des Rührbehälters häufig
durch Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden
Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze.
Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern und
Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern
in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird.
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Durch
den radial winkligen Versatz der Rührorgane wird es erst
möglich, den Rührer in den Rührbehälter
abzusenken, indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe
gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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Die 6A bis 6F zeigen eine Ausführungsform
mit ebenfalls durch mehrere Bleche 520 bis 523 sowie 540 und 541 zusammengesetzten
Stromstörern 502 bzw. Rührkörpern 504,
die wie in 6E kooperieren können.
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Die
einzelnen auf der Rührwelle 30 angebrachten prismatischen
Rührkörper 504 haben eine sternförmige
Grundfläche, vgl. 6D. Die
Grundfläche steht orthogonal zur Rührwellenachse.
Die Rührkörper sind zueinander radial winklig
versetzt.
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An
der inneren Umfangsfläche (nicht gezeigt) des Rührbehälters
sind gemäß den 6C und 6E die
Stromstörer 502 so angebracht, dass sie den Freiraum
zwischen den einzelnen Rührkörpern des Rührers
besetzen und diesen wesentlich verkleinern. Die Stromstörer
bestehen aus ebenen vertikalen und horizontalen Blechen 522, 523 bzw. 520, 521 die
derart an der inneren Mantelfläche des Rührbehälters
angebracht sind, dass sie nur noch eine Öffnung in Sternform
freigeben. Entlang der Mittelachse sind die Stromstörer
radial winklig versetzt.
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Durch
die großen Volumina von Rührkörpern 504 und
Stromstörern 502 wird das schmelzflüssige Glas
beim Durchströmen des Rührbehälters häufig durch
Engstellen geleitet. Die Relativbewegung zwischen diesen beiden
Rührorganen in diesen Engstellen knetet die Glasschmelze.
Die radial winklig versetzte Anordnung von Rührkörpern
und Stromstörern bewirkt, dass der Glasstrom von den Rührkörpern
in jeder Ebene mehrfach zerteilt wird. Durch den radial winkligen
Versatz der Rührorgane wird es erst möglich, den
Rührer in den Rührbehälter abzusenken,
indem abwechselnd um eine Rührkörperhöhe
gesenkt und anschließend um den Winkelversatz gedreht wird.
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Die
Erfindung umfasst ebenfalls einzelne in den Figuren gezeigte Merkmale,
auch wenn sie dort im Zusammenhang mit anderen Merkmalen gezeigt sind
und/oder vorstehend oder nachfolgend nicht genannt sind.
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Die
Erfindung umfasst ebenfalls Ausführungsformen mit jeglicher
Kombination von Merkmalen, die vorstehend oder nachfolgend zu verschiedenen
Ausführungsformen genannt oder gezeigt sind.
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Die
Erfindung umfasst ebenfalls die genauen oder exakten Ausdrücke,
Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche usw., wenn vorstehend
oder nachfolgend diese Ausdrücke, Merkmale, numerischen
Werte oder Bereiche im Zusammenhang mit Ausdrücken wie
z. B. „etwa, ca., um, im wesentlichen, im Allgemeinen,
zumindest, mindestens” usw. genannt wurden (also „etwa
3” soll ebenfalls „3” oder „im
wesentlichen radial” soll auch „radial” umfassen). Der
Ausdruck „bzw.” bedeutet überdies „und/oder”.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004034798
A1 [0019]