Stabilisierung der Temperatur- und Viskositätsverteilung in Speiserköpfen bei der Hohlglasproduktion
Projektbegleitende Arbeitsgruppe AG 128

Die Glasverteilung und damit das Gewicht eines Glasbehälters hängen vom Fließverhalten der Schmelze bei der Formgebung ab. Durch die ausgeprägte Temperaturabhängigkeit der Viskosität kommt der Temperaturverteilung im Glasposten ein maßgeblicher Einfluss zu. Ziel des Forschungsvorhabens war es, die am Ende des Speiserkanals gemessene Temperaturverteilung und die Temperaturverteilung im Glasposten über ein Strömungsmodell des Speiserkopfs (FEM) miteinander zu verknüpfen und mit Hilfe einer Software zu visualisieren. Mit dem Modell sollen die Auswirkungen von Änderungen der Speiserparameter auf die Temperaturverteilung im Glasposten vorhergesagt werden. Dadurch kann die Glasverteilung im Produkt optimiert werden.

An Produktionslinien für weißes und braunes Behälterglas sowie Wirtschaftsglas und Geräteglas wurden Temperaturmessungen am Tropfen durchgeführt. Ausgehend von der Geometrie des Speisers, der Temperaturverteilung am Einlauf in den Speiserkopf, den Speiserparametern wie Drehrohrgeschwindigkeit, Spalthöhe etc. wurde die Temperaturverteilung in den Tropfen berechnet.

Es zeigte sich, dass die zur Verfügung stehenden Betriebsdaten in keinem Fall ausreichen, um einen vollständigen Satz an Randbedingungen für die mathematische Modellierung zu formulieren. Besonders kritisch sind die sehr ungenauen Angaben zu den Brennstoffmengen für die Speiserkopfbeheizung und die exakte Angabe der Spalthöhe und der Auslauföffnung, da sowohl Drehrohr als auch Tropfring einer besonders starken Korrosion unterworfen sind. Hierfür wurden Lösungsansätze entwickelt.

Um belastbare Aussagen über den Einfluss der einzelnen Speiserkomponenten und Steuergrößen zu gewinnen, wurden die relativen Änderungen der Temperaturen bei Parametervariationen untersucht. Für den Einfluss des Durchsatzes, der Einlauftemperatur und der Farbe werden die Änderungen der Tropfentemperaturen durch das Modell korrekt wiedergegeben. Weiter zeigen sowohl die Messungen als auch das Modell, dass die Temperaturverteilung im Tropfen im Wesentlichen im Bereich des Tropfrings aufgeprägt wird.

Die Visualisierung der Zusammenhänge in einem Software-Paket wurde erarbeitet. Die Dynamik der Speiserparameter lässt sich damit allerdings nicht befriedigend erfassen. Das Modell lässt sich jedoch nutzen, um die komplexen Zusammenhänge in Animationen oder Filmen für didaktische Zwecke aufzubereiten.