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Dokumentenidentifikation DE102004032795B4 21.06.2007
Titel Rührvorrichtung zum Durchrühren und Homogenisieren von Glasschmelzen
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Dick, Erhard, 95701 Pechbrunn, DE;
Fischer, Erich, 95666 Mitterteich, DE;
Fuchs, Roland, 95666 Mitterteich, DE;
Hummer, Alexander, 95659 Arzberg, DE
Vertreter Fuchs, Mehler, Weiß & Fritzsche, 65201 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 07.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004032795
Offenlegungstag 02.02.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse C03B 5/18(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C03B 5/187(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Durchrühren und Homogenisieren von Glasschmelzen mit einem um eine Drehachse verdrehbaren Rührerkern, von dem wenigstens ein an dem Rührerkern angeformter plattenförmiger Rührerflügel absteht.

Die Herstellung von Glas höchster Qualität, insbesondere von Glasrohren, erfordert über einen längeren Zeitraum eine ausreichende Homogenisierung bei hohen Temperaturen.

Zur Durchmischung von Glasschmelzen sowie zur Verbesserung deren Homogenität und zur Auflösung von Schlieren werden Rührer verwendet. Bei den Rührern handelt es sich in der Regel um im allgemeinen vertikal ausgerichtete von der Schmelze umgebene Rührerkerne, die um ihre Längsachse rotieren und von deren Umfang unterschiedliche Rührelemente, auch Rührerflügel genannt, abstehen. Als Rührelemente dienen oft Platten, die am Rührerkern in einer senkrechten oder schrägen Ausrichtung angebracht werden (DE 44 40 703 A1, DE 199 35 686 A1, DE 199 60 212 A1). Es sind auch Rührelemente in Form von auf einem Schaft angeordneten, gewendelten Schraubenblättern bekannt (DE 37 37 683 A1). Zur Verminderung des erforderlichen Materialeinsatzes wurde durch die DE 44 40 704 A1 ein Rührer vorgeschlagen, bei dem in einem hohlen Rührerschaft mehrere unterschiedliche Rührerschaftversteifungen angeordnet sind, die teilweise an der Wandung des Rührerschafts enden oder durch diesen hindurch ragen und als äußere Rühreranbauten mit dem Rührerschaft unlösbar verbunden sind. Die DE 43 43 113 A1 beschreibt einen Rührer mit einer senkrechten Welle, die zur Verbesserung der Durchmischung an ihrem Unterteil mit zwei schrägen, rohrförmigen Rührelementen versehen ist. Die Rührelementen haben eine untere, in Drehrichtung vordere Öffnung und eine obere, in Drehrichtung hintere Öffnung. Die DD-298 767 beschreibt einen Rührer zur Homogenisierung von Glasschmelzen, der in ein zylindrisches Rührgefäß eintaucht. Der Rührer ist in zwei Rührarme unterteilt. Die Eintauchpunkte der Rührarme in die Glasschmelze liegen außerhalb der Symmetrieachse des Rührgefäßes.

Bei der Homogenisierung soll die Glasschmelze von Gaseinschlüssen, den sogenannten Gasblasen, befreit werden, da Gasblasen die Qualität der Produkte, die aus der Glasschmelze gewonnen werden, beeinträchtigen. So wird die Qualität von Glasrohren u.a. durch die Anzahl von Blasen pro Referenzstrecke bestimmt. Durch eine vermehrte Blasenbildung wird die Ausbeute der brauchbaren Glasrohre vermindert. Gase können bei der Herstellung von Glas auf unterschiedliche Weise in das Glasvolumen gelangen, z. B. als Luft beim Ansetzen der pulverförmigen Gemengebestandteile, als Folge der chemischen Umsetzung der Ausgangsstoffe, oder infolge von elektrochemischen Vorgängen am Rührer.

Die zuletzt genannte Ursache für die Blasenbildung wird Sekundärblasenbildung genannt und beruht darauf, dass die Glasschmelze bei der Glasherstellung mit Metallen des Rührers in Kontakt gelangt. Zur Vermeidung der Sekundärblasebildung wird in der DE 199 44 270 A1 vorgeschlagen, die von der Glasschmelze berührten Werkzeugoberflächen mit einem Material zu beschichten, welches einen niedrigen Diffusionskoeffizienten und eine geringe Löslichkeit aufweist, wie beispielsweise Zirkonoxid, Zirkonsilikat, Mullit, gedoptes Siliziumdioxid, Spinell, Aluminiumoxid und andere. Diese Maßnahmen sind aufwendig und können das Problem der Sekundärblasenausbildung nicht immer befriedigend lösen.

Durch die DE 198 06 543 A1 ist eine Vorrichtung zur Durchmischung von schmelzflüssigem Glas bekannt geworden, welche zumindest ein rotierend antreibbares Rührorgan mit wenigstens zwei vom Schaft radial beabstandeten und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten Mischgliedern aufweist. Zur Verbesserung der Durchmischungswirkung ohne störendes mechanisches Reboiling sind die Mischglieder länglich ausgebildet und mit ihrer Längsachse parallel oder schiefwinklig zur Schaftachse gerichtet. Ihre Außenkonturen sind strömungsoptimiert gerundet. Dadurch soll ihre Bewegung durch die Glasschmelze kavitationsfrei erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Ausbildung von Gaseinschlüssen in der Schmelze, insbesondere der Sekundärblasenausbildung, zu erschweren oder zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine Rührvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfinder haben erkannt, dass die Sekundärblasenausbildung nicht nur von den elektrochemischen Vorgängen sondern maßgeblich auch von den Druckverhältnissen am Rührer abhängt. Es hat sich in überraschender Weise herausgestellt, dass bei Verwendung von Rührern mit einer strömungstechnisch günstigen Geometrie und insbesondere mit geringem Widerstandsbeiwert (Cw-Wert) die Sekundärblasenbildung besonders günstig beeinflusst und erheblich verringert werden kann. Wie sich gezeigt hat, kann durch strömungstechnisch günstige Rührerflügelgeometrien die Blasenbildung, die maßgeblich durch die Differenz der Drücke an der vorderen und an der hinteren Seite des Rührerflügels verursacht wird, weitgehend vermieden werden. Das heißt mit anderen Worten, dass bei einer Umströmung solcher Rührerflügel, die kleine Cw-Werte aufweisen und bei denen lediglich geringe Druckdifferenzen auftreten, die Blasenbildung erheblich zurückgeht. Des Weiteren werden durch diese geometrische Ausbildung die Kavitationserscheinungen minimiert. Die strömungsgünstige Ausbildung der Rührerflügel scheint zwar widersprüchlich zu der Forderung nach einer gründlichen Durchmischung der Glasschmelze zu sein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der strömungstechnisch günstigen Rührerflügelgeometrie eine ausreichende Homogenisierung der Glasschmelze sichergestellt werden kann.

Es wird daher eine Vorrichtung zum Durchrühren und Homogenisieren von Glasschmelzen mit einem um eine Drehachse verdrehbaren Rührerkern vorgeschlagen, von dem wenigstens ein Rührerelement, auch Rührerflügel genannt, absteht. Der Rührerflügel ist derart ausgebildet, dass sich beim Drehen des Rührerkerns eine möglichst geringe Druckdifferenz zwischen dem Druck an der in Drehrichtung vorderen und dem Druck an der in Drehrichtung hinteren Seite des Rührerflügels ausbildet. Die geringe Druckdifferenz wird entscheidend durch einen günstigen, d. h. niedrigen Cw-Wert des Rührers und insbesondere der Rührerflügel hervorgerufen und hat zur Folge, dass die Sekundärblasenbildung erheblich eingeschränkt wird. Die geringe Druckdifferenz führt auch zu einer Verminderung der Kavitationserscheinungen am Rührer.

Durch die Verwendung eines im wesentlichen plattenförmigen Rührerflügels lässt sich der Cw-Wert dadurch in vorteilhafter Weise senken, dass der Rührerflügel in Bezug auf die Drehrichtung wenigstens auf einer seiner Seiten eine oder mehrere Erhebungen aufweist. Die Erhebung befindet sich vorzugsweise auf der vorauseilenden, vorderen Seite des Rührerflügels. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, sowohl auf der vorderen als auch auf der hinteren Seite des Rührerflügels je einen oder mehrere Erhebungen vorzusehen. Die Erhebungen sollen eine strömungstechnisch günstig Form aufweisen, was sich durch Berechnungen und/oder Versuche auf einfache Weise ermitteln lässt.

Bekannte Rührerflügel in planarer Ausführung haben beispielsweise Cw-Werte die bei 1,1 liegen. Diese Werte werden durch eine erfindungsgemäße Ausbildung der Rührerflügel erheblich unterschritten. Vorzugsweise liegen die Cw-Werte bei erfindungsgemäßen Rührerflügeln unter 0,5, besonders bevorzugt sogar unter 0,3. Zur Herstellung besonders blasenarmer Produkte können auch Rührerflügel mit einem Cw-Wert von 0,05 verwendet werden.

In der Regel werden mehrere Rührerflügel verwendet, die auf dem Umfang des Rührerkerns angeordnet sind. Mehrere Rührerflügel können entweder im Bereich einer axialen Höhe, d. h. in einem Ringabschnitt des Rührerskerns, an diesem befestigt sein. Sie können jedoch auch unterschiedliche axiale Positionen einnehmen und beispielsweise hinsichtlich der axialen Erstreckung des Rührerkerns zueinander versetzt sein, wie dies z. B. aus 4 hervorgeht.

Trotz der geringen Druckdifferenz zwischen der vorderen und der hinteren Seite des Rührerflügels soll eine ausreichende Homogenisierung der Schmelze in vertretbaren Zeiten sichergestellt werden. Dies wird durch eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung begünstigt, bei der die Rührvorrichtung einen Rührbehälter, beispielsweise einen Rührtiegel, enthält, in dem wenigstens ein Rührer angeordnet ist, der seinerseits einen Rührerkern mit wenigstens einem Rührerflügel aufweist. Der Rührbehälter umschließt den Rührer unter Belassung eines Ringraumes. Die Form des Rührbehälters ist auf die des Rührers angepasst. So hat der Rührbehälter vorzugsweise eine Zylinderform, und ist insbesondere als ein Kreiszylinder ausgebildet, dessen Mittelachse mit der Drehachse des Rührerkerns zusammen fällt. Die Glasschmelze wird durch den existierenden Scherspalt zwischen dem Rührtiegel und dem Rührer homogenisiert.

Es hat sich herausgestellt, dass sich die Form des Rührerkerns günstig auf die Homogenisierung und auf die Sekundärblasenbildung auswirken kann. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass der in die Glasschmelze eintauchende Rührerkern von einem stabförmigen Schaft getragen wird und dass der Rührerkern ausgehend von dem Schaft wenigstens einen sich in axialer Richtung erweiternden, insbesondere kegelförmigen, ersten Abschnitt und hieran anschließend einen sich in axialer Richtung verjüngenden, insbesondere kegelförmigen, zweiten Abschnitt aufweist. Bei einer vertikalen Ausrichtung des Rührers liegt der zweite Abschnitt unten. Der Kegel des ersten Abschnitts weist einen relativ geringen Scheitelwinkel auf, der wenige Grade, beispielsweise ca. 10° beträgt, während der Kegel des zweiten Abschnitts einen großen Scheitelwinkel von beispielsweise ca. 90° aufweist. Vorzugsweise sind mehrere Rührerflügel im Bereich des ersten Abschnitts befestigt. Diese Ausbildung bewährt sich besonders dann, wenn der Rührer in einem Rührbehälter eingesetzt wird, dessen Zulauf höher liegt als dessen Auslauf, und dessen Kontur derart ausgebildet ist, dass die Geschwindigkeit des Schmelzenflusses zwischen dem Eintritt in die Rührzone und dem Austritt aus der Rührzone ständig zu nimmt.

Von dem Rührerkern steht wenigstens ein Rührerflügel ab. Wesentlich ist hierbei, dass der Rührerflügel über die Oberfläche des Rührerkerns hinaus ragt. Bei der zuvor beschriebenen kegelförmigen Ausbildung des Rührerkerns ist es von Vorteil, dass wenigstens ein Rührerflügel von dem ersten Abschnitt des Rührerkerns im wesentlichen radial absteht. Unter dem Begriff "radial absteht" wird einerseits eine exakte radiale Ausrichtung verstanden. Der Begriff umfasst jedoch auch Ausrichtungen mit lediglich einer radialen Ausrichtungskomponente, bei welcher der Rührerflügel schräg zum Rührerkern ausgerichtet ist, bei der also beispielsweise die Hauptausrichtungslinie des Rührerflügels nicht die Drehachse des Rührerkerns schneidet.

Die Rührerflügel können eine vergleichsweise einfache Grundstruktur aufweisen, indem sie als an dem Rührerkern angeformte plattenförmige Elemente ausgebildet sind, die im wesentlichen parallel zur Drehachse ausgerichtet sind. Es handelt sich beispielsweise um blechartige Vorsprünge, die beispielsweise im wesentlichen rechteckig ausgebildet sein können.

Um den Strömungswiderstand dieser Vorsprünge zu reduzieren sind sie vorzugsweise gewölbt ausgebildet. Sie nehmen beispielsweise die Form einer Schüssel oder einer Schale mit einem kugelförmigen, ellipsoiden oder mit einem anderen Oberflächenabschnitt ein. Dabei ist es von Bedeutung, dass sich ein geringer Cw-Wert nur für die Drehrichtung des Rührers ergibt, bei der die konvexe Seite dieser Form in Bewegungsrichtung vorne liegt, so dass der Rührer lediglich in diese Bewegungsrichtung verdreht werden sollte. Ein günstiger Cw-Wert kann sich auch dann ergeben, wenn der genannte gewölbte Vorsprung auf seiner vorauseilenden Seite eine konvexe Wölbung aufweist, jedoch auf seiner nacheilenden Seite flach ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rührerflügel wenigstens einen vom Rührerkern radial abstehenden Körper mit strömungsgünstiger Oberfläche aufweist. Die Strömungsverhältnisse werden auch hier maßgeblich durch den Cw-Wert beeinflusst, der möglichst gering sein soll. Die strömungsoptimierten Körper können unmittelbar an dem Rührerkern angeformt sein, sie können jedoch auch über Verbindungselemente wie Stangen oder andere Streben mit dem Rührerkern verbunden sein und von diesem radial weiter entfernt liegen.

Vorzugsweise haben sowohl Erhebungen, die sich auf einem plattenförmigen Rührerflügel befinden, als auch radial von dem Rührerkern abstehenden Körper im wesentlichen sphärische, ellipsoide, linsenförmige, kegelförmige, pyramidenförmige, tropfenförmige oder eine dergleichen ausgebildete Oberfläche. Bei dem Rührerflügel kann es sich beispielsweise um einen an dem Rührerkern befestigten Stab handeln, an dessen Ende ein Körper mit sphärischer, ellipsoider, linsenförmiger, kegelförmiger, pyramidenförmiger, tropfenförmiger oder dergleichen ausgebildeter Oberfläche befestigt ist. Besonders einfach herstellbar ist eine plattenförmige Ausbildung des Rührerflügels von dessen bezüglich der Strömungsrichtung vorderen und/oder hinteren Seite entsprechend ausgebildete Erhebungen vorstehen.

Die genannten geometrischen Formen müssen dabei nicht exakt eingehalten werden. Vielmehr sind auch andere von dem Rührerflügel vorstehende Formen geeignet. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Kanten einer pyramidenförmigen Oberfläche gebrochen oder abgerundet sind. Unter kegelförmigen Oberflächen werden beispielsweise auch kegelstumpfförmige Oberflächen verstanden, deren Kanten vorzugsweise gebrochen oder abgerundet sind. Unter den Begriff pyramidenförmige Oberflächen sollen auch solche Flächen fallen, die nicht in einer Spitze, sondern in einem Grat, beispielsweise nach Art eines Walmdaches, zusammen laufen, wobei auch hier die Kanten und der Grat gebrochen oder abgerundet sind. Der Grat kann sich dabei parallel zur Drehachse erstrecken. Linsenförmige Erhebungen oder Körper enthalten wenigstens eine konvexe Oberfläche, die sphärisch oder ellipsoid ist oder eine von der sphärischen oder ellipsoiden Form abweichende abgerundete Form hat. Bei Verwendung der Tropfenform können Cw-Werte von 0,05 erreicht werden. Bei den genannten geometrischen Formen kann der Cw-Wert erheblich von der Strömungsrichtung und damit von der Drehrichtung des Rührers abhängen. Hierdurch kann sich eine bevorzugte Drehrichtung für den Rührer ergeben.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass hinsichtlich der Bewegungsrichtung des Rührerflügels wenigstens von einer seiner Seiten wenigstens eine leitblechartig ausgebildete Erhebung vorsteht. Bei diesem Leitblech kann es sich beispielsweise um einen ebenen Blechstreifen handeln. Leitbleche eignen sich besonders gut, um die Strömungsverhältnisse zu optimieren. Hierbei ist auch die Ausgestaltung des den Rührer umgebenden Rührbehälters zu berücksichtigen. Die optimale Anordnung und Ausbildung der Leitbleche kann auch hier durch Berechnungen und/oder Versuche auf einfache Weise ermittelt werden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Hauptausrichtung der leitblechartigen Erhebung mit der Drehachse einen Winkel einschließt. Beispielsweise kann eine ebene leitblechartige Erhebung schräg nach außen weisen und mit der Drehachse des Rührers einen Winkel von 45° einschließen, was zur Folge hat, dass auch der Winkel gegenüber einem radial von dem Rührer wegstehenden Strahl 45° beträgt. Der Winkel von 45° wurde hier beispielhaft genannt. Aus Berechnungen oder Versuchen können sich auch andere bevorzugte Winkel ergeben. Als leitblechartige Erhebung kommen nicht nur geradlinige, ebene Formen in Betracht. Die Erhebungen können auch gekrümmte Formen einnehmen, sofern dies die Strömungseigenschaften günstig beeinflusst.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung stehen wenigstens auf einer Seite des Rührerflügels wenigstens zwei leitblechartige Erhebungen vor, die zueinander einen Winkel einschließen. Der Winkel, den die beiden leitblechartigen Erhebungen miteinander einschließen kann 90° betragen. Auch diese Winkelangabe erfolgte beispielhaft.

Sofern leitblechartige Erhebungen verwendet werden, ist es zur Verringerung des Strömungswiderstandes günstig, deren Ecken abzurunden. Beispielsweise können die radial außen liegenden und/oder die radial innen liegenden Endbereich halbkreisförmig abgerundet sein.

Generell hat sich herausgestellt, dass scharte Kanten am Rührer den Strömungswiderstand erhöhen können. Eine Weiterbildung der Erfindung schlägt daher vor, dass Kanten des Rührerkerns und/oder der Rührerflügel und/oder der Erhebungen und/oder der Körper sowie gegebenenfalls die Übergänge zwischen Rührerkern und Rührerflügel und zwischen Rührerflügel und Erhebung bzw. Rührerkern und Körper gebrochen und/oder abgerundet sind.

Auch die Oberflächenstruktur des Rührers, insbesondere der Rührerflügel, Erhebungen und Körper kann die Strömungseigenschaften beeinflussen. Es ist daher vor allem durch Versuche zu ermitteln, ob bei einer vorgegebenen Rührergeometrie glatte oder eher rauhe Oberflächen die Strömungseigenschaften günstig beeinflussen.

Wie bereits erwähnt wurde, kann der Strömungswiderstand abhängig von der geometrischen Ausbildung der Rührerflügel, der Erhebungen und der Körper für die beiden Drehrichtungen unterschiedlich sein. Daher eignet sich nicht jeder erfindungsgemäß ausgebildete Rührer für einen Betrieb mit alternierenden Drehrichtungen. Für einen alternierenden Drehrichtungsbetrieb werden Rührer bevorzugt, bei denen die in Strömungsrichtung vordere Seite eines Rührerflügels symmetrisch zu seiner hinteren Seite ausgebildet ist. Hierbei trägt z. B. ein ebener Rührerflügel auf seiner vorderen Seite und auf seiner hinteren Seite identisch ausgebildete und angeordnete Erhebungen.

Anhand der Zeichnung, die vier Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.

Es zeigt:

1a-1c eine erste Seitenansicht, eine zweite Seitenansicht und eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührers,

2a-2c eine erste Seitenansicht, eine zweite Seitenansicht und eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührers,

3a-3c eine erste Seitenansicht, eine zweite Seitenansicht und eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührers und

4 eine Seitenansicht einer vierten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rührers.

In den 1 bis 4 ist jeweils ein Rührer mit einem oberen, zylindrischen Schaft 10 und einem rotationssymmetrischen Rührerkern 12 dargestellt. Der Rührerkern 12 weist einen sich nach unten an den Schaft 10 anschließenden ersten kegelförmigen Abschnitt 14 und einen sich daran nach unten anschließenden zweiten kegelförmigen Abschnitt 16 auf. Zwischen dem Schaft 10 und dem ersten kegelförmigen Abschnitt 14 befindet sich ein Übergangsbereich 18, dessen Außenkontur abgerundet ist. Im ersten kegelförmige Abschnitt 14 nimmt der Durchmesser des Rührerkerns 12 ausgehend vom Schaft 10 stetig nach unten zu, während im zweiten kegelförmigen Abschnitt 16 der Durchmesser des Rührerkerns 12 ausgehend vom ersten kegelförmigen Abschnitt 14 stetig nach unten abnimmt und in einer abgerundeten Spitze 20 ausläuft. Der Scheitelwinkel (d. h. der Winkel zwischen den sich gegenüberliegenden Kegelmantellinien) des ersten kegelförmigen Abschnitts beträgt ca. 10° und der Scheitelwinkel des zweiten kegelförmigen Abschnitts 16 beträgt ca. 90°. Der Schaft 10 des Rührers wird durch eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung angetrieben, so dass sich der Rührer um seine Symmetrieachse 26 dreht.

Wie es lediglich aus 1b hervorgeht, jedoch für jeden der dargestellten Rührer zutrifft, befindet sich der Rührer in einem Rührtiegel 22, der den Rührer konzentrisch umgibt. Der Rührtiegel 22 kann einen oberen nicht gezeigten Einlauf und einen unteren nicht gezeigten Auslauf für die Glasschmelze aufweisen. Der Rührerkern 12 ist vollständig in die Glasschmelze, deren Oberfläche mit 25 bezeichnet ist, eingetaucht. Der Rührtiegel 22 ist ein im wesentlichen zylindrisches Gefäß, das unten kegelförmig zusammenläuft.

Wie aus den 1a bis 1c hervorgeht, ist am mittleren Bereich des ersten kegelförmigen Abschnitts 14 des Rührerkerns 12 ein radial vom Rührerkern 12 abstehender Rührerflügel 24 angeformt. Es handelt sich bei dem Rührerflügel 24 im wesentlichen um eine rechteckige plattenförmige Lasche, deren Dicke in radialer Richtung abnimmt, wie es die 1c zeigt. Der Rührerflügel 24 erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Drehachse 26 des Rührers, d. h. er erstreckt sich von oben nach unten. Bezüglich der Drehrichtung des Rührers ist auf der vorderen sowie auf der hinteren Seite des Rührerflügels 24 jeweils eine Erhebung 28 angeformt. Jede Erhebung 28 ist pyramidenförmig ausgebildet, wobei die Grundfläche der Pyramide ein Rechteck bildet und die Pyramide im wesentlichen aus vier Flächen besteht. Die Flächen der Pyramide laufen nicht in einer einzigen Spitze sondern in einem Grat 30 zusammen, so dass die Pyramide nach Art eines Walmdaches ausgebildet ist. Der Grat 30 der Pyramide erstreckt sich parallel zur Drehachse 26 und ist abgerundet, was jedoch nicht näher dargestellt wurde. Die beiden beiderseits des Rührerflügels 24 angeordneten Erhebungen 28 sind hinsichtlich ihrer Form und Lage symmetrisch zur Rührerflügelmittellinie 31 ausgebildet und bilden gemeinsam die Form eines länglichen Oktaeders mit abgerundetem oder stumpfem Grat.

Die 2a bis 2c zeigen einen Rührer, von dessen ersten kegelförmigen Abschnitt 14 radial ein Rührerflügel 32 absteht, der sich von dem in den 1a bis 1c dargestellten Rührerflügel 24 lediglich durch die Ausbildung der Erhebung unterscheidet. Gemäß den 2a bis 2c befindet sich auf beiden Seiten des Rührerflügels 32 je eine Erhebung 34 mit im wesentlichen ellipsoider Oberfläche, wobei die größere Achse 36 des Ellipsoids parallel zu der Drehachse 26 ausgerichtet ist und die kleinere Achse 38 senkrecht zur Drehachse 26 des Rührers verläuft.

Anstelle der in den 1 und 2 dargestellten Erhebungen sind viele weitere Geometrien möglich. Wesentlich ist lediglich, dass durch die Formgebung der Erhebungen die Druckdifferenz über dem Rührerflügel herabgesetzt wird.

Bei dem in den 3a bis 3c dargestellte Rührer ist der mit radialer Ausrichtung an dem ersten kegelförmigen Abschnitt 14 des Rührerkerns 12 angeformte Rührerflügel 40 gewölbt ausgebildet. Es handelt sich um einen Körper mit strömungsgünstiger Oberfläche, der die Form einer zu einer Seite hin offenen Schale einnimmt. Seine Oberfläche wird im wesentlichen durch eine ellipsoide Kalotte gebildet. Dieser Rührer hat eine Vorzugsdrehrichtung und zwar hinsichtlich der 3c im Uhrzeigersinn, da nur in dieser Richtung der Cw-Wert, d. h. der Rührwiderstand, besonders klein ist. Der in den 3a bis 3c dargestellte Rührerflügel 40 kann auch dahingehend abgewandelt werden, dass die Aushöhlung der Schale ausgefüllt wird, so dass der Rührerflügel die Form eines Ellipsoidabschnitts einnimmt, dessen rückseitige Fläche eben ist. Es ist auch möglich, einen Körper an dem Rührerkern anzubringen, der eine Kugel oder ein vollständiges Ellipsoid ist, so dass sich für beide Drehrichtungen der gleiche Strömungswiderstand ergibt.

Anstelle des in den 3a bis 3c dargestellten Rührerflügels 40 können auch von dem Rührerkern radial abstehende nicht dargestellte Körper verwendet werden, die beispielsweise Tropfenform haben und somit einen besonders geringen Cw-Wert aufweisen.

In den 1 bis 3 sind Rührer mit jeweils lediglich einem Rührerflügel 24, 32, 40 dargestellt. Diese Darstellungen dienen lediglich der Erläuterung. Rührer die in der Praxis eingesetzt werden, haben in der Regel eine Vielzahl von Rührerflügeln 24, 32, 40, die gleichmäßig auf dem Umfang des Rührerkerns 12 und gegebenenfalls in mehreren axial zueinander beabstandeten Reihen angeordnet sind, wie dies beispielsweise aus 4 hervorgeht. Die Anordnung der Rührerflügel 24, 32, 40 kann gemäß eines symmetrischen Musters erfolgen auch wenn dies nicht zwingend erforderlich ist.

Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform sind an dem ersten kegelförmigen Abschnitt 14 des Rührerkerns 12 auf drei zueinander axial beabstandeten Querschnitten jeweils drei Rührerflügel 42, 44, 46 angeordnet, die hinsichtlich des Umfangs jeweils einen Winkel von 120° zueinander einnehmen. Anstelle der drei Rührerflügel können beispielsweise auch sechs gleichmäßig auf dem Umfang verteilte Rührerflügel verwendet werden. Die Grundstruktur der in 4 gezeigten Rührerflügel 42, 44, 46 ist ähnlich zu der Grundstruktur der in den 1 und 2 dargestellten Rührerflügel 24, 32. Es handelt sich um eine radial vom Rührerkern 14 vorstehende im wesentlichen rechteckige plattenförmige Lasche. Die jeweils axial äußeren, auf einem oberen bzw. einem unteren Umfangskreis liegenden Rührerflügel 42, 46 weisen eine geringere axiale Erstreckung auf als die mittleren Rührerflügel 44, d. h. die äußeren Rührerflügel 42, 46 sind schmaler als die mittleren Rührerflügel 44.

Jeder der in 4 dargestellte Rührerflügel 42, 44, 46 trägt auf seinen beiden Seiten je zwei Leitelemente 48, die von der Flügelfläche vorstehen und als leitblechartige Erhebungen ausgebildet sind. Die Leitelemente 48 verlaufen jeweils von einer äußeren Ecke des Rührerflügels 42, 44, 46 zu einem mittleren Bereich des Rührerflügels 42, 44, 46, stoßen dort jedoch nicht aufeinander, sondern lassen eine Lücke 50 frei. Die jeweilige Ausrichtung 52 der Leitelemente 48 der äußeren Rührerflügel 42, 46 schließt mit der Drehachse 26 einen Winkel von ungefähr 60° ein, während die Ausrichtung 54 der Leitbleche 48 der mittleren Rührerflügel 44 mit der Drehachse 26 einen Winkel von ungefähr 45° einschleißen. Entsprechend schließen die Leitelemente 48 eines äußeren Rührerflügels 42, 46 miteinander einen Winkel von ungefähr 60° und die Leitelemente 48 eines mittleren Rührerflügels 44 einen Winkel von ungefähr 90° miteinander ein. Bei den Leitelementen 48 handelt es sich um im wesentlichen quaderförmige, relativ dünne und längliche, ebene Bauelemente, deren Enden 56 halbkreisförmig abgerundet sind.

Bei den in den 1 bis 4 dargestellten Rührern sind die Kanten auch dort abgerundet, wo dies aus der Zeichnung nicht deutlich hervorgeht. Beispielsweise sind alle Kanten der Rührerflügels 24, 32, 40, 42, 44, 46 sowie der Erhebungen 28, 34 und der Leitelemente 48 und auch die Übergänge zwischen dem jeweiligen Rührerkern 12 und den Rührerflügeln 24, 32, 40, 42, 44, 46 abgerundet.

Bei den in den 1, 2 und 4 gezeigten Rührern ist wegen der symmetrischen Anordnung der Erhebungen auf beiden Seiten der jeweiligen Flügel der Strömungswiderstand unabhängig von der Drehrichtung des Rührers. Daher kann der Rührer ohne nachteilige Folgen alternierend in beide Drehrichtungen verdreht werden.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Durchrühren und Homogenisieren von Glasschmelzen mit einem um eine Drehachse (26) verdrehbaren Rührerkern (12), von dem wenigstens ein an den Rührerkern (12) angeformter plattenförmiger Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) absteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) in Bezug auf die Drehrichtung wenigstens auf einer Seite wenigstens eine Erhebung (28, 34, 48) aufweist und dass die Rührerflügelgeometrie derart ausgebildet ist, dass sich beim Drehen des Rührerkerns (12) eine möglichst geringe Druckdifferenz zwischen den Drücken an der in Drehrichtung vorderen und der hinteren Seite des Rührerflügels (24, 32, 40, 42, 44, 46) ausbildet. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rührbehälter (22) vorgesehen ist, in dem wenigstens ein Rührer angeordnet ist, der einen Rührerkern (12) mit wenigstens einem Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) aufweist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Glasschmelze eintauchende Rührerkern (12) von einem stabförmigen Schaft (10) getragen wird und dass der Rührerkern (12) ausgehend von dem Schaft (10) wenigstens einen sich in axialer Richtung erweiternden, insbesondere kegelförmigen, ersten Abschnitt (14) und hieran anschließend einen sich in axialer Richtung verjüngenden, insbesondere kegelförmigen, zweiten Abschnitt (16) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) von dem ersten Abschnitt (14) des Rührerkerns (12) im wesentlichen radial absteht. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Rührerkern (12) angeformte plattenförmige Grundstruktur des Rührerflügels (24, 32, 42, 44,46) im wesentlichen parallel zur Drehachse (26) ausgerichtet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerflügel (40) gewölbt ausgebildet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) wenigstens einen vom Rührerkern (12) radial abstehenden Körper (40) mit strömungsgünstiger Oberfläche aufweist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (28, 34, 48) wenigstens eine im wesentlichen sphärisch, ellipsoid, linsenförmig, kegelförmig, pyramidenförmig oder tropfenförmig ausgebildete Oberfläche aufweist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf einer Seite des Rührerflügels (42, 44, 46) wenigstens eine leitblechartig ausgebildete Erhebung (48) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptausrichtung der leitblechartigen Erhebung (48) mit der Drehachse (26) einen Winkel einschließt. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens auf einer Seite des Rührerflügels (42, 44, 46) wenigstens zwei leitblechartige Erhebungen (48) vorstehen, die zueinander einen Winkel einschließen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die radial außen liegende und/oder die radial innen liegende Ecke und/oder Seite der leitblechartigen Erhebungen (48) abgerundet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kanten des Rührerkerns (12) und/oder des Rührerflügels (24, 32, 40, 42, 44, 46) und/oder der Erhebung (28, 34, 48) und/oder die Übergänge zwischen Rührerkern (12) und Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) und zwischen Rührerflügel (24, 32, 40, 42, 44, 46) und Erhebung (28, 34, 48) gebrochen und/oder abgerundet sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührerflügelgeometrie derart ausgebildet ist, dass sich ein Widerstandsbeiwert von Cw ≤ 0,5, insbesondere von Cw ≤ 0,3 ergibt.






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