Floaten von Flachglas

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Floatglas wird durch das Floaten eines kontinuierlichen Glasbandes von geschmolzenem Glas (Glasschmelze) auf ein Bad von geschmolzenem Zinn hergestellt. Das geschmolzene (leichtere) Glas breitet sich auf der Zinnoberfläche gleichmäßig aus und es entsteht ein gleichmäßiges Glasband von hoher Qualität. Anschließend wird das Glas verspannungsfrei heruntergekühlt. Das Glas hat weder Wellen noch irgendeine Deformation und ist heute die Standardmethode für die (Flach)glasproduktion. Über 90% der weltweit produzierten Menge an Flachglas ist Floatglas. Der Floatglas-Prozess wurde von Sir Alastair Pilkington entwickelt und 1959 von Pilkington patentiert. Der Entwicklungsprozess ist in Sir Alastair Pilkingtons "Review Lecture to the Royal Society of London in 1969" (Pilkington, L. A. B. Proc. Roy. Soc. London 1969, A314, 1 - 25)  genau beschrieben.

Computing float process with meshless CFD

Abb. 1: Float-Prozess

Wenn geschmolzenes Glas auf ein Bad von geschmolzenem Zinn gegossen wird, breitet sich das Glas in der gleichen Art und Weise aus, wie sich Öl auf einem Wasserbad ausbreiten würde. Schwerkraft und Oberflächenspannung sorgen dafür, dass die oberen und unteren Flächen des Glases nahezu flach und parallel sind. Das geschmolzene Glas breitet sich nicht unendlich über die Oberfläche des geschmolzenen Zinns aus. Trotz des Einflusses der Schwerkraft wird es durch die Effekte der Oberflächenspannung zwischen Glas, Zinn und Atmosphäre zurückgehalten. Das daraus resultierende Gleichgewicht zwischen der Schwerkraft und der Oberflächenspannung definiert die Gleichgewichts-Dicke des geschmolzenen Glases (T).

Das Glas kommt aus dem Ofen und fließt über einen Damm ("Spout-Lip"), von wo aus das zusammenhängende Glas auf das Bad aus geschmolzenem Zinn fließt. Das Glasband wird am kühleren Ende des Zinnbades in eine Auslaufdüse kontinuierlich herausgezogen und zum Kühlofen transportiert. Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der komplexen freien Oberflächenströmung des Glases, das auf ein Zinnbad gegossen wird, berechnet mit unserer CFD Simulationssoftware NOGRID points. Die Strömung des Zinns selbst wird hier vernachlässigt, aber wir haben die Auftriebskraft zwischen Glas und Zinn berücksichtigt. Als Ergebnis last sich festhalten, dass das Glas dazu in der Lage ist, unter die Zinnoberfläche einzutauchen. Speziell in der Nähe der "Spout Lip" taucht das Glas tiefer in das Zinnbad.

Free surface flow with meshless CFD

Abb. 2: Ergebnisse der komplexen freien Oberflächenströmung in der Spout-Lip-Area

Am Anfang des Float-Bereiches breitet sich das geschmolzene Glas mit einer flachen oberen und unteren Fläche und nach außen aus. Die Glasdicke nimmt ab und bewegt sich in Richtung Gleichgewichtsdicke (T). Die Dicke kann dann weiterhin durch den Stretching-Effekt der Assist-Walzen kontrolliert werden, da das Glas abkühlt, bis es eine bestimmte Temperatur erreicht hat, wenn es den Floatbereich verlässt und den Kühlofen erreicht. Während die Gleichgewichtsdicke etwa 7 mm beträgt, ist der Prozess mittlerweile so weit entwickelt, dass eine kontrollierte Dicke zwischen 0,4 mm und 25 mm möglich ist. Für dünne Teile kann die Geschwindigkeit der Förderbänder erhöht werden, um dünneres Glas herzustellen. Dadurch verringert sich auch die Breite der Glasplatte. Um inakzeptable Breiten der Glasplatten zu verhindern, werden Assist-Rollen benutzt. Sie greifen den äußeren Rand des Glases und reduzieren nicht nur die Verringerung der Breite, sondern helfen ebenfalls, die Dicke weiter zu reduzieren.
Für dicke Glasplatten wird das Ausbreiten des geschmolzenen Glases durch längslaufende Führungsteile beschränkt. Die Glastemperatur erlaubt eine gleichmäßige Ausbreitung, bis das Band die Führungsteile verlassen kann, ohne dass sich die Abmessungen ändern.