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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Erdung
einer Glas-Floatanlage bestehend aus einer Floatwanne mit einem
Metallbad, aus einer Glaswanne, bestehend aus einer Schmelzwanne
mit Oberofen zur Erzeugung einer Glasschmelze und mindestens einer
Läuterwanne zum
Entgasen der Glasschmelze, und aus Aggregaten zum Zuführen der
Glasschmelze aus der Glaswanne auf das Metallbad der Floatwanne,
einschließlich
der notwendigen Hilfsaggregate.
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Die
Herstellung von Floatglas, insbesondere von Spezialgläsern, erfolgt
in sogenannten Floatanlagen. Unter einer Floatanlage im Sinne der
Erfindung ist eine Gesamtanlage aus typischen Aufbauten, d. h. Produktionsaggregaten
zu verstehen, die den gesamten Heißbereich von der Schmelz- und Läuterwanne über das
Homogenisierungssystem bis hin zur Floatwanne einschließt. Da das
heiße
Glas ein guter Ionenleiter ist, d. h. sich wie ein Elektrolyt verhält, sind
die Produktionsabschnitte des „Heißbereichs" unvermeidbar auch
elektrolytisch miteinander verbunden. Die typische Gestaltung der
Produktionsaggregate führt
nun dazu, dass Teile der heißen Glasschmelze
zumindest lokal direkten leitenden Kontakt zu metallischen Bauteilen
dieser Aggregate besitzen. Derartigen Bauteilen kann man deshalb
im elektrochemischen Sinne den Charakter von Elektroden zuschreiben.
Mit jeder äußeren niederohmigen Verbindung
zwischen je zwei oder mehreren dieser Elektroden, z. B. über die
gemeinsame Erde, ist daher auch eine kurzgeschlossene elektrochemische Batterie
realisiert. Der zugehörige
Kurzschlussstrom fließt
als Gleichstrom durch den Elektrolyten Glas und kann die Ursache
für blasen-
oder legierungsbildende Nebenreaktionen im so genannten Interface, dem
Bereich zwischen Glaswanne und Floatwanne, sein.
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Beispiele
für potentielle
Elektroden mit direktem Glaskontakt sind Erdungselektroden, Heizelektroden
aus Pt, Mo, Ir, etc., Glasstandsmesser (nach dem Prinzip der Widerstandsmessung),
direkte Thermoelemente, Mo-Wälle
(nach Korrosion der feuerfesten Umwandung), Bodenabläufe, Rinnen,
Rührer und
Absperrschieber (auch „Tweel" genannt) aus Platin
oder dessen Legierungen mit anderen Edelmetallen bzw. mit Überzügen aus
diesen Metallen, sowie das Zinnbad.
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Neben
diesen sozusagen „offenkundigen" direkten Elektrodentypen
existieren weitere potentielle Elektroden, die zwar keinen unmittelbaren
Kontakt zum Glas besitzen aber trotzdem im elektrochemischen Verbund
zur Glasoberfläche
stehen. Gemeint sind alle metallischen Einbauten im Oberofen der Schmelz-
und Läuterwanne
oder von Rinnen mit freier Oberfläche. Hierzu zählen u.
a. direkte Thermoelemente im Gewölbe,
Schaulochklappen, Teile von Überläufen, Gas-
und Ölbrenner
sowie Teile der Einlegemaschine. Der elektrolytische Kontakt dieser
indirekten Elektroden erfolgt in diesem Falle über die heiße Gasatmosphäre. Das
elektrochemische Gleichgewicht zwischen der freien Glasoberfläche und
den betreffenden Metallteilen ist dann gewährleistet, wenn die Gasatmosphäre ausreichende
Mengen an redoxchemisch aktiven Komponenten enthält. Beispiele hierfür sind Mischungen
der Redoxpaare Wasser/Wasserstoff oder Wasser/Methan oder CO2/CO. Entsprechende Grenzflächenreaktionen
sowie der schnelle Transport der Gasmoleküle in der Atmosphäre garantieren
Austausch und Weitergabe von Ladungsäquivalenten über größere Distanzen – die Gasatmosphäre hat damit
quasi-elektrolytische Eigenschaften.
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Eine ähnliche
Situation liegt in der geerdeten Floatwanne vor. Die Erdung des
Glases erfolgt typischerweise über
das flüssige
Sn und die metallische Einhausung. Die Formiergasatmosphäre hat unmittelbaren,
großflächigen Kontakt
zu beiden und sie erfüllt
mit der Komponentenmischung Wasser/Wasserstoff die Anforderungen
an ein pufferndes Redoxsystem. Damit wäre normalerweise sichergestellt,
dass das am Einlaß der
Floatwanne angeordnete, Pt-verkleidete „Tweel" potentialmäßig mit der Floatbad-Erde verbunden
ist. Das Ausmaß des
Kurzschlusses kann über
die lokale Zusammensetzung des Formiergases gesteuert werden: hohe
Wasserstoffanteile im Tweelbereich fördern z. B. den Stromfluss
von der Schmelzwanne zur Floatwannenerde.
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Hauptursache
für das
Entstehen einer Gleichspannung in der Anlage ist die enorme Differenz
in der Konzentration des Sauerstoffs zwischen Glaswanne und Floatwanne.
Bei sauerstoffgeläuterten
Spezialgläsern
müssen
in der Glaswanne Sauerstoffdrücke
von 1 bis 2·105 Pa erreicht werden, um die Bildung von
Läuterblasen
sicherzustellen. Im Gegensatz dazu muss man in der Floatwanne Sauerstoffdrücke von
10–10 bis
10–13 Pa
einstellen, um zu verhindern, dass sich das Zinnbad mit einer Zinnoxidschicht überzieht.
Eine Verringerung der Konzentrationsdifferenz ist somit nicht möglich.
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Kommt
es hier zu einem Aufbau einer kurzgeschlossenen elektrochemischen
Kette, so fließen im
Glas Gleichströme
von der Anode zur Kathode (positive Stromrichtung). Der Innenwiderstand
dieser kurzgeschlossenen Batterie setzt sich aus der Summe aller
Teilwiderstände
zum Ladungstransport und Grenzflächenübertritt
zusammen. Die Stromstärke
ist dann der Quotient aus Batteriespannung und Gesamtwiderstand.
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Die
Ströme
haben Konsequenzen für
- • die
lokale Blasenbildung an allen Phasenübergängen zwischen Glas und Metall,
z. B. an den Trennstellen zwischen Rinnensegmenten aus Pt, an den
Rühreroberflächen, am
Tweel und am Kontakt Glas/Sn.
- • die
lokale Korrosion von Pt-Bauteilen im Interface durch verstärkten Einbau
von legierungsfähigen
Glasbestandteilen, insbesondere von Sn, Si, ...
- • die Überwachung
von elektrochemischen Potentialen von metallischen Bauteilen, speziell
Rührer, Rinnensegmente
oder Tweel. Bei der Auswertung von elektromotorischen Kräften, die
zwischen dem betreffenden Bauteil und einer geeigneten Referenzelektrode
gemessen werden, sind immer auch die Gleichströme auf der Messstrecke Referenz/Bauteil
mit zu berücksichtigen.
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Wesentliche
Voraussetzung für
das Auftreten von Gleichströmen
mit den o. a. nachteiligen elektrochemischen Effekten ist die Existenz
einer ausreichend niederohmigen Verbindung zwischen mindestens zwei
potentiellen Elektroden. Im Produktionsalltag werden derartige Verbindungen
bewusst oder unbewusst durch sogenannte Erdschaltungen verwirklicht.
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Bewusste
Erdverbindungen stehen häufig
in enger Verbindung mit Vorschriften zur Gewährleistung der Personensicherheit.
Sie ersetzen aufwendige oder im Alltag umständlich zu handhabende Sicherungsmaßnahmen.
Ebenso häufig
stellt die erdfreie Konstruktion eines Aggregats einen teureren Weg
in der Auswahl von Materialien, im Design dar oder sie existiert
schlichtweg nicht als „Schubladenlösung".
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Am
nachhaltigsten wirkt aber, wenn die prinzipielle Erdfreiheit nicht
zur Spezifikation der Anlage gehört.
Einmal gebaut, lassen sich viele Erdungen mit vernünftigem
Aufwand nicht mehr auftrennen.
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Wichtigstes
Beispiel ist hier das Sn-Bad in der Floatwanne, deren nachträgliche Enterdung
unmöglich
ist. Allerdings, bliebe das flüssige
Sn im gesamten Heißbereich
die einzige direkte Verbindung zur Erde, so wäre aus elektrochemischer Sicht
immer noch alles in Ordnung, da wegen der fehlenden zweiten und
weiterer Erdungen der Stromkreis nicht geschlossen ist.
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Man
darf aber davon ausgehen, dass weitere Erdungen existieren. In Frage
kommen hierbei die Einlegemaschine, die Überläufe und die Brenner der Schmelzwanne.
Eine nachträgliche
Enterdung ist zwar prinzipiell, aber zum Teil nur mit hohem Aufwand
möglich.
Der Kontakt erfolgt hier über
die Ofenatmosphäre,
d. h. ein realisierter Erdschluss ist eher hochohmig. Typisch ist
auch, dass die Erde nicht eindeutig zu lokalisieren ist, man bezeichnet
sie dann auch als virtuelle Erde.
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Ohne
weiteres erdfrei einbaubar sind üblicherweise
alle Messgeräte
(Thermoelemente, Glasstandsmesser), die Schaulochverschlüsse, Rührer und
alle Bauteile des Interface, die aus Platin oder dessen Legierungen
mit anderen Edelmetallen bestehen.
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Jedes
edelmetall-ummantelte „Tweel" ist konstruktionsbedingt über die
Formiergasatmosphäre „schwach" (i. e. hochohmig)
geerdet.
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Weitere
Erden mögen
am sogenannten kalten Ende, d. h. ab Kühlband existieren; sie sind
aber aus elektrochemischer Sicht alle unschädlich und müssen deshalb nicht weiter betrachtet
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Einrichtung
zur elektrischen Erdung der Glas-Floatanlage so auszubilden, dass
der durch elektrochemische Effekte bedingte Gleichstromfluß zwischen
der Glaswanne und der nachgeschalteten Floatwanne zwecks Unterdrückung der
Grenzflächenreaktionen
(Minimierung der Blasenbildung und der Korrosion) im Produktionsprozess
zumindest minimiert wird.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt ausgehend von einer Einrichtung zur elektrischen
Erdung einer Glas-Floatanlage bestehend aus einer Floatwanne mit
einem Metallbad, aus einer Glaswanne, bestehend aus einer Schmelzwanne
mit Oberofen zur Erzeugung einer Glasschmelze und mindestens einer
Läuterwanne
zum Entgasen der Glasschmelze, und aus Aggregaten zum Zuführen der
Glasschmelze aus der Glaswanne auf das Metallbad der Floatwanne,
einschließlich
der notwendigen Hilfsaggregate, gemäß der Erfindung dadurch, dass
einmal die Floatwanne mit dem Metallbad elektrisch mit Erde verbunden
ist und zum anderen mindestens eine mit Erde verbundene Hilfselektrode
im Kontakt mit der Glasschmelze an der Glaswanne angebracht ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Maßnahme können auf überraschend
einfache Weise die störenden
Gleichstromflüsse
minimiert werden.
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Aus
der
DE 199 55 827
A1 ist es zwar schon bekannt, in einer Glasschmelze eine
oder mehrere Elektroden anzuordnen und diese elektrisch leitend mit
einem aus Edelmetall bestehenden Teil einer Glasschmelzvorrichtung
zu verbinden, insbesondere mit der Edelmetallauskleidung einer Speiserinne.
Dabei geht es aber um die Vermeidung der Bildung von O
2-Gasblasen
an der Kontaktfläche
zwischen Glasschmelze und Edelmetall als Folge der Aufspaltung von
Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff sowie der Wasserstoffdiffusion durch
die Edelmetallwandung nach außen
und nicht um die Unterdrückung
eines unerwünschten
Gleichstroms durch Erdung. Diese Druckschrift ist demnach sowohl
hinsichtlich Aufgabenstellung als auch hinsichtlich der Lösungsmerkmale
nicht mit dem Anmeldungsgegenstand vergleichbar.
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Aus
der
US 43 66 571 und
der
US 44 30 109 ist
es ferner bekannt, die Seitenwände
einer im Übrigen
gegen Erde isoliert aufgestellten Glasschmelzvorrichtung aus Sicherheitsgründen zu
erden. Auch hier werden weder das dem Anmeldungsgegenstand zugrunde
liegende Problem noch Lösungsmerkmale beschrieben,
die mit den erfindungsgemäßen vergleichbar
wären.
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Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet, sowie
ergeben sich aus den Figurenbeschreibungen.
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Anhand
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau des gesamten Heißbereiches einer Floatanlage
zur Herstellung von Floatglas, mit Glaswanne, Interface und Floatwanne,
einschließlich
der dort ablaufenden Reaktionen,
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2 eine
Floatanlage entsprechend 1, modifiziert im Interface,
mit einer direkten Messung des Stroms, der durch das Interface fließt,
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3 eine
Floatanlage entsprechend 2, jedoch mit einer indirekten
Messung des Stroms, der durch das Interface fließt,
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4 die
Glaswanne der Floatanlage nach 1, ausgerüstet mit
zwei Hilfselektroden. Um dabei zu verhindern, daß der Strom durch beide Hilfselektroden
in unterschiedlicher Richtung fließt (Kurzschlussstromkreis)
sind Gleichrichter in jeden Hilfselektrodenstromkreis eingebaut,
und
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5 eine
Floatanlage nach 2 mit einer automatisierten
Stromregung.
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Das
erste Produktions-Aggregat einer derartigen Floatanlage besteht
aus einer Glaswanne 1 mit Schmelzwanne und Oberofen, in
welcher auf bekannte Weise aus einem vorgegebenen Gemenge das zu
floatende Glas erschmolzen wird. Die notwendige Schmelzenergie wird
dabei in bekannter Weise zugeführt.
Die Schmelzwanne ist in Längsrichtung
in an sich bekannter Weise strukturiert (nicht dargestellt). Es
gibt zunächst
einen Einlegebereich für
das Gemenge. Der Schmelzbereich bis zu den Blasdüsen oder bis zum Durchflusswall
(falls vorhanden) bildet die „eigentliche" Schmelzwanne, welcher
der sogenannte Oberofen zugeordnet ist, in dem die Gasbrenner für das Schmelzen
des Gemenges angeordnet sind. Der sich anschließende Bereich zwischen Blasdüsen und Überströmwall ist
die Läuterwanne
I, und der Bereich zwischen Überströmwall und
Durchfluss ist die sogenannte Läuterwanne
II.
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In
der Schmelzwanne oder in der Läuterwanne
I kann optional auch eine Elektro-Zusatzbeheizung vorgesehen sein.
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Die
Läuterwannen
und die Schmelzwanne bilden die Glaswanne 1.
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Die
Glaswanne 1 hat einen bekannten Aufbau aus feuerfesten
Materialien, die weitgehend unbekannte Erdungen mit einem ebenfalls
unbekannten, hohen Innenwiderstand aufweist.
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Wie
aus 1 ersichtlich ruht das Feuerfestmaterial der Glaswanne 1 auf
symbolisch dargestellten Stahlträgern 17,
die ihrerseits im Fundament der Glaswanne 1 einbetoniert
sind und dort leitenden Kontakt zur Potentialausgleichsschiene (Sicherheitserde)
des Bauwerks haben. Der unbekannte Gesamtwiderstand dieser Anordnung
ist durch den Widerstand 4 symbolisch dargestellt. Dieser
hohe Innenwiderstand wird maßgebend
von der oberhalb des Schmelzbades befindlichen Oberofen-Atmosphäre 1a bestimmt.
Ferner ist an der Glaswanne 1 mindestens eine in das Schmelzbad
eintauchende Elektrode 2 angebracht, deren Funktion später erläutert wird.
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Die
prinzipiellen elektrochemischen Verhältnisse am symbolischen Erdungspunkt 3 der
Glaswanne 1 sowie an der Elektrode 2, die vorzugsweise aus
Molybdän
besteht, sind dabei in herausgezogenen Ausschnitt-Darstellungen
angegeben.
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An
die Glaswanne 1 schließt
sich mindestens ein Rührtiegel 5 mit
je einem hier nicht dargestellten metallischen Rühren an. In den 1-3 ist
dabei ein Aufbau mit zwei Rührtiegeln
dargestellt.
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Die
Glasschmelze 6 fließt
danach in eine langgestreckte Rinne, die aus mindestens einem elektrisch
beheizten Edelmetall-Rinnensegment 7 besteht, wobei in 1 drei
und in den 2 und 3 zwei Segmente
dargestellt sind. Am Ende der Rinne fließt die Schmelze 6 durch
einen Überlauf
mit einem Regelschieber 7a, dem sogenannten Tweel, und
einem schräg
nach unten geneigten Lippenstein 8, dem sogenannten „Spout-Lip", auf ein Zinnbad 9 in der
Floatwanne 10. Dort breitet sich die Glasschmelze aus und
wird auf die gewünschte
Dicke gebracht.
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Um
den unerwünschten
Gleichstrom durch das sogenannte Interface, bestehend aus mindestens
einem Rührtiegel 5,
mindestens einem Rinnensegment 7 und dem Tweel zu minimieren,
werden zwischen allen Platinteilen Scheiben 15 aus isolierendem
Keramikmaterial angebracht.
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Nachdem
das entstandene Glasband die gewünschte
Feuerpolitur erhalten hat, wird es kontinuierlich von der Zinnoberfläche abgezogen,
in einem Rollenkühlofen
entspannt und in der Schneidsektion konfektioniert. Diese Stufen
sind jedoch, weil sie für das
erfindungsgemäße Erdungsproblem
ohne Bedeutung sind, in den Zeichnungen nicht dargestellt.
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Die
Floatwanne 10 besteht aus einem Stahlbassin 11,
das mit der Erde 3 verbunden und mit einer feuerfesten
Materialauskleidung zur Aufnahme des Zinnbades 9 versehen
ist, sowie aus einem (nicht dargestellten) Oberbau zur Aufnahme
der Hängedecke
und der Floatbadheizer. Über
der Floatwanne wird eine reduzierende Atmosphäre eingestellt (6-12 % H2, 88-94 % N2). Die
dabei zwischen der mit negativ geladenen Sauerstoff-Ionen beladenen
Glasschmelze 6 und dem Zinnbad 9 entstehenden
wesentlichen elektrochemischen Prozesse sind in einer Ausschnitt-Vergrößerung näher dargestellt.
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Wie
eingangs dargestellt, beeinträchtigen die
elektrochemischen Prozesse aufgrund der „unbewussten" Erdschaltungen,
insbesondere in der Glaswanne 1, die Glasschmelze 6 in
nachteiliger Weise. Es ist ferner erläutert, dass, um diese Effekte
zu vermeiden, sowohl beim Bau neuer Produktionsaggregate wie auch
bei der Optimierung bestehender Anlagen eine nachträgliche,
vollständige
Enterdung der Glaswanne 1 nicht mehr möglich ist.
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Der
quasi „elektrochemisch
richtige" Bau einer
insoweit idealen Floatanlage besteht ganz schlicht darin, dass es
in der gesamten Anlage nur eine Erdverbindung gibt, z. B. über das
Metall-Gehäuse
des Stahlbassins 11 der Floatwanne 10.
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In
realen Anlagen existiert neben der Floatbad-Erde mindestens noch
eine Erdung der Glaswanne 1 unter Beteiligung der Oberofenatmosphäre 1a.
Der relativ hohe Eigenwiderstand des Gases und der Grenzfläche Glas/Gas
eröffnet
nun aber die Möglichkeit
zum erfolgreichen Einsatz von „Kunstschaltungen". Der Sinn dieser
Kunstschaltungen besteht darin, Ladungsflüsse so umzuleiten, dass sie
zu keinen schädlichen
Folgen im Interface, am Tweel 7a oder in der Floatwanne 10 führen.
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Der
Eigenwiderstand der Oberofenerde bestimmt maßgeblich den Innenwiderstand 4 der
entsprechenden Batterieschaltung, so dass jede zusätzliche
Strombelastung prinzipiell zu einem Abfall der Klemmspannung führen muß. Dies
gilt natürlich
für jede
Batterie, aber erst Versuche und Messungen an einer Floatwanne haben
gezeigt, dass die im Oberofen potentiell verfügbaren Ladungsmengen tatsächlich stark
begrenzt sind.
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Die
Erfindung besteht u. a. darin, erkannt zu haben, dass notwendige
Limitierungen dieser Batterieströme
in üblichen
Schmelzwannen durch den Einbau von zusätzlichen Hilfserden leicht
erreicht werden können.
Die Hilfserden führen
somit schädliche Gleichströme vom Oberofen über die
geerdete Hilfselektrode direkt zum Floatbad ab, bei dann gleichzeitiger
Schwächung
des unerwünschten
Stromes im Interface.
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Die
zusätzlichen
Erden sind am vorteilhaftesten als geerdete Mo- oder W-Elektrode 2 ausgeführt. Pt-Elektroden
nützen
als kurzzeitiger Behelf, sind aber stärker durch Legierungsbildung
und anschließende
Auflösung
gefährdet.
Zusätzliche
geerdete Hilfselektroden 2, wie in 4 dargestellt,
verstärken
den gewünschten
Effekt.
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Mo
und W haben als Hilfselektrode 2 weiterhin einen Nebeneffekt.
Sie fungieren mit der Grenzfläche
Mo/Glas bzw. W/Glas auch selbst als aktive Elektroden und sie generieren
deshalb im geerdeten Zustand eine zusätzliche Batterieschaltung zwischen Hilfselektrode 2 und
Tweel/Floatwanne. Dieser Strom ist dem üblichen Strom zwischen Oberofen
und Tweel/Floatwanne entgegengerichtet. Die Ströme lassen sich aber durch Einbau
eines regelbaren ohmschen Widerstandes 12 zwischen Hilfselektrode 2 und
Erde 3 so austarieren, dass der Reststrom im Teil zwischen
Schmelzwanne und Floatwanne, dem Interface, zu Null wird.
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In
Glaswannen mit Elektro-Zusatzbeheizung ist es notwendig, die Erdung
der Hilfselektorde(n) 2 wechselstromseitig zu blocken.
Hierzu wird jeweils eine geeignete Drossel 13 in Reihe
zum ohmschen Widerstand 12 geschaltet.
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Prinzipiell
ist es auch möglich,
daß beim
Einsatz mehrerer Hilfselektroden 2 (4) der Strom durch
eine Hilfselektrode von der Wanne zur Erde und durch die andere
von der Erde zur Wanne fließt. Das
ist insbesondere dann möglich,
wenn die Hilfselektroden aus unterschiedlichen Materialien bestehen
oder am Ort des Einbaus der Hilfselektroden deutlich unterschiedliche
Temperaturen herrschen oder die Zusammensetzung der Glasschmelze
sich von Einbauort zu Einbauort deutlich unterscheidet. Schlimmstenfalls
können
alle drei Effekte sich gegenseitig verstärken. In diesem Fall verfährt man
wie in 4 gezeigt. Durch Einbau von Gleichrichtern 16, die
den Strom nur in eine Richtung fließen, lassen ist das Problem
leicht zu beseitigen.
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Die
Erfindung wird ergänzt
durch eine Ausführung
mit einer Strommessung im „Interface". Hierzu dienen zwei
isolierte, elektronenleitende, nicht korrodierende und chemisch
identische Bauteile im direkten Glaskontakt. Bevorzugtes Material
ist Pt oder eine geeignete Pt-Legierung. Die Bauteile sind parallel
zum Glas- und Stromfluß angeordnet,
sie sollten gleiche Temperaturen besitzen und die gleiche chemische
Umgebung „sehen". Die 2 zeigt den
Aufbau einer entsprechenden Strommessanordnung. Ein Strom-Spannungswandler 20 mit
annähernd
Null-Ohm Eingangswiderstand wird mit einem Eingangsflansch 22 des
ersten Rührtiegels 5 und
einem Ausgangsflansch 23 des letzten Rinnensegments 7 verbunden.
Der zwischen Schmelzwanne 1 und Floatbad 10 fließende Strom
fließt
auf Grund des niedrigeren Eingangswiderstandes des Strom-Spannungswandlers 20 fast
ausschließlich
durch diesen und nicht mehr durch die Glasschmelze. Die Ausgangsspannung
des Wandlers 20 wird mit dem Voltmeter 21 gemessen
und in einen Stromwert umgerechnet. Ein Strommessinstrument 14 zeigt
dabei den zu kontrollierenden Gleichstrom an.
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Eine
weitere Ausführung
der Erfindung berücksichtigt
wechselnde elektrolytische Eigenschaften der Oberofenatmosphäre bei Wechsel
der Befeuerung (Heizstoffmengen, Sauerstoffmengen) und allgemein
bei Wechsel der Temperaturverteilung im Oberofen und in der Schmelzwanne
(Elektro-Zusatzbeheizung, Durchsatz) oder der chemischen Zusammensetzung
der Schmelze.
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Alle
solche Änderungen
haben nämlich
prinzipiellen Einfluß sowohl
auf die Quelspannung wie auch auf den Innenwiderstand der „Batterie" und es wäre dann
sinnvoll, die über
die Hilfselektroden fließenden
Schutzströme
automatisch so zu regeln, dass der schädliche Strom im Interface minimal bleibt.
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5 zeigt
den Aufbau einer solchen automatisierten Stromregelung beim Einsatz
nur einer Hilfselektrode 2. Die Strommessung geschieht
wie oben beschrieben bzw. in 2 gezeigt.
Der Messwert des Digitalvoltmeters 20 wird über eine
Leitung 19 als Ist-Wert in einen Stromregler 18 eingespeist, der
den von Schmelze 6 über
Elektrode 2, Drossel 13 und Messgerät 14 zur
Erde 3 fließenden
Strom so regelt, dass der Stromfluss zwischen Eingangsflansch 22 des
ersten Rührtiegels
und dem Ausgangsflansch 23 des zweiten Rinnensegments 23 minimal
wird.
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Alternativ
zu der direkten Strommessung nach den 2 und 5 kann
die Strommessung auch auf indirektem Wege über eine Spannungsmessung zwischen
zwei geeigneten Referenzelektroden (z. B. ZrO2-,
Mo- oder W-Elektroden) mit jeweils genau bekannten Temperaturen
erfolgen. Diese sollten gleichfalls parallel zum gesuchten Stromfluss
positioniert sein, analog den Positionen in den 2 und 5.
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Die 3 zeigt
den Aufbau einer solchen indirekten Messung. Als Elektroden werden
ZrO2-Referenzelektroden 30, 31 verwendet.
Mit Hilfe eines Digitalvoltmeters 32, das über Leitungen 34 bzw. 35 an die
jeweilige Referenzelektrode 30 bzw. 31 angeschlossen
ist, wird die Spannung zwischen den Elektroden 31 und 32 gemessen.
Aus Länge,
Querschnitt, spezifischem Widerstand und Temperatur der Schmelze
wird deren Widerstand errechnet. Aus Widerstand und Spannung kann
der Strom problemlos errechnet werden.
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Hilfselektroden 2,
Regelwiderstände 12, Drosseln 13 und
Strommessinstrument 14 bilden erfindungsmäßig eine
Einheit. Die Regulation des effektiven Widerstandes zwischen Tweel
und Floatbaderde durch lokale Anpassung der Floatbadatmosphäre wirkt
davon unabhängig
im Sinne einer zusätzlichen
Strombegrenzung. Als flankierende Maßnahmen ist eine Enterdung
aller übrigen
Metallteile mit direktem Kontakt zur Schmelze unabdingbar und möglichst
vieler Metallteile mit direktem Kontakt zu den heißen Oberofengasen
hilfreich.
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Die
Erfindung schafft dabei eine gezielte Erdung der Schmelzwanne zur
Unterdrückung/Minimierung
des Stromflusses zwischen Glaswanne und Floatwanne zwecks Steuerung
der Grenzflächenreaktionen
(Minimierung der Blasenbildung und der Korrosion) im Produktionsprozess,
wobei die Minimierung der Korrosion insbesondere eine Standzeitverlängerung
von Pt-Aggregaten bewirkt.
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Die
gezielte Erdung der Glaswanne bewirkt, elektrisch betrachtet, letztlich,
dass die Floatanlage als elektrochemische Konzentrationszelle mit
Stromteilung wirkt.
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- 1
- Glaswanne
- 1a
- Oberofen-Atmosphäre
- 2
- Elektrode
- 3
- Erde
- 4
- Innenwiderstand
- 5
- Rührtiegel
- 6
- Glasschmelze
- 7
- Edelmetallsegment
- 7a
- Regelschieber
- 8
- Lippenstein
- 9
- Zinnbad
- 10
- Floatwanne
- 11
- Stahlbassin
- 12
- Ohmscher
Widerstand
- 13
- Drossel
- 14
- Strommessinstrument
- 15
- Keramikmaterial
- 16
- Gleichrichter
- 17
- Stahlträger
- 18
- Stromregler
- 19
- Leitung
- 20
- Strom-Spannungswandler
- 21
- Digital-Voltmeter
- 22
- Eingangsflansch
- 23
- Ausgangsflansch
- 30,
31
- Referenzelektroden
- 32
- Digital-Voltmeter
- 34,
35
- Leitungen