DE102006036002A1

DE102006036002A1 - Glasschmelzelektrode und Verfahren zum Schmelzen von Glas oder Glaskeramik

Info

Publication number: DE102006036002A1
Application number: DE102006036002A
Authority: DE
Inventors: Holger Hunnius; Frank Jürgen Druschke; Jörg Schollmayer; Robert RÜHL
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-09-19
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum Einbau in die Wandung einer Schmelzwanne für das Erschmelzen oder Beheizen von Glas oder einer Glaskeramik, mit einem dem Inneren der Schmelzwanne zugeordneten ersten Abschnitt sowie einem dem der Glasschmelze abgewandten Teil der Wandung zugeordneten zweiten Abschnitt. Es wird vorgeschlagen, für den ersten Abschnitt ein Heizelement und für den zweiten Abschnitt eine Kühlung vorzusehen. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erschmelzen oder Beheizen von Glas oder Glaskeramik in einer Schmelzwanne, bei dem einem Gemenge und/oder einer Schmelze über in der Wandung der Schmelzwanne eingelassene Elektroden Energie zugeführt wird. Es wird vorgeschlagen, die Elektroden in ihrem ersten, dem Inneren der Schmelzwanne zugeordneten Abschnitt zu beheizen und in ihrem zweiten Abschnitt, der dem der Glasschmelze abgewandten Teil der Wandung zugeordnet ist, zu kühlen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum Einbau in die Wandung einer Schmelzwanne für das Schmelzen von Glas oder Glaskeramik, nachfolgend auch Glasschmelzelektrode genannt, sowie ein Verfahren zum Schmelzen von Glas oder Glaskeramik in einer Schmelzwanne nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Zur Gewinnung größerer Mengen an Glas oder Glaskeramik, und insbesondere bei der maschinellen Herstellung, werden Wannenöfen verwendet. Sie bestehen in der Regel aus einem Unter- und einem Oberofen sowie Kammern, in denen Brennluft vorgewärmt wird. Der Unterofen ist das eigentliche Schmelzgefäß für das Gemenge und besitzt die Form einer Wanne mit einem Wannenboden und etwa 1 m hohen Wannenwänden. Der Unterofen wird von einem Oberofen überwölbt.
In der Schmelzwanne für Glas wird das Gemenge zum Glas aufgeschmolzen und das Glas erhitzt und geläutert. Die Energiezufuhr erfolgt hierbei überwiegend von oberhalb der Gemenge- bzw. Glasbadoberfläche unter Einsatz von Brennern, deren Flamme das Gemenge und das Glas erhitzen.
Je nach Anwendungsfall ist eine zusätzliche Energiezufuhr mittels Glasschmelzelektroden erforderlich, von denen mindestens zwei in die Wandung der Schmelzwanne eingelassen sind. Bei der Spannungsbeaufschlagung der Glasschmelzelektroden kommt es zu einem Stromfluss durch das Gemenge und/oder dem geschmolzenen Glas, und dadurch zu einer zusätzlichen Wärmeeinkopplung. Dies ist möglich, da Glas oder Glaskeramik bei hinreichend hohen Temperaturen elektrisch leitfähig sind.

In FR 1 212 169 wird bereits eine Elektrode beschrieben, die bevorzugt eine haarspangenförmige oder V-Form besitzt und die an solchen Stellen in der Glasschmelze eingesetzt wird, an denen das Glas bereits relativ kalt ist und die Gefahr besteht, dass die Glasschmelze auf der Elektrodenoberfläche zu einer isolierenden Schicht erstarrt und dadurch der Stromfluss unterbrochen wird. Durch eine Zusatzbeheizung der gesamten Elektrode oder Teilen davon kann dies vermieden werden und die Temperatur der Glasschmelze sowie die durch Konvektion in der Glasschmelze hervorgerufenen Glasströme beeinflusst werden.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Elektrode zum Einbau in die Wandung einer Schmelzwanne für das Schmelzen von Glas oder einer Glaskeramik bereitzustellen, mit der die Herstellung von Glas oder Glaskeramikprodukten mit einer höheren Ausbeute erfolgen kann, und die schneller in die Wandung einer Schmelzwanne ein- und ausgebaut werden kann, wobei unter Wandung jede Wand der Schmelzwanne zu verstehen ist, d. h. Bodenwand, Seitenwände, Stirnwände und Deckenwand.

Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche wiedergegeben.

Da die Glasschmelzelektroden in Öffnungen der Wandung der Schmelzwanne eingelassen sind, besteht das Erfordernis, einen Glasdurchtritt durch diese Öffnungen zu verhindern. Hierzu werden derartige Elektroden herkömmlicherweise auf der der Schmelze abgewandten Seite der Elektrode innerhalb der Wandung gekühlt.

Durch die Kühlung entsteht in diesem Bereich der Einlassöffnung ein Pfropf aus Glas, welcher die Schmelzwanne nach außen abdichtet.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das oben genannte technische Problem mit einer Elektrode zum Einbau in die Wandung einer Schmelzwanne für das Schmelzen von Glas oder einer Glaskeramik gelöst werden kann, die einen dem Inneren der Schmelzwanne zugeordneten ersten Abschnitt aufweist, sowie einen dem der Glasschmelze abgewandten Teil der Wandung zugeordneten zweiten Abschnitt, und bei der für den ersten Abschnitt ein Heizelement und für den zweiten Abschnitt eine Kühlung vorgesehen ist.

Der verfahrensseitige Teil der Lösung des oben genannten technischen Problems erfolgt durch ein Verfahren zum Schmelzen von Glas oder Glaskeramik in einer Schmelzwanne, bei dem einem Gemenge und/oder einer Schmelze über in der Wandung der Schmelzwanne eingelassene Elektroden Energie zugeführt wird, und wobei die Elektroden in ihrem ersten, dem Inneren der Schmelzwanne zugeordneten Abschnitt, beheizt und in einem zweiten Abschnitt, der dem der Glasschmelze abgewandten Teil der Wandung zugeordnet ist, gekühlt werden.

Die vorstehend angegebene Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass die Kühlung der Glasschmelzelektrode die Qualität der Schmelze mindert, und darüber die Ausbeute bei der Produktion von Glas- oder Glaskeramikprodukten herabgesetzt wird.

Bei der Erschmelzung von Glas oder Glaskeramik gibt es einen großen Temperaturunterschied zwischen der Innenseite der Wandung und der Außenseite der Wandung. Während beispielsweise an der Innenseite Temperaturen von 1400°C vorliegen, liegen an der Außenseite nur leicht erhöhte Raumtemperaturen von beispielsweise 30°C vor. Über die 50 bis 75 cm dicke Wandung der Schmelzwanne stellt sich somit ein hohes Temperaturgefälle ein.

Sind in Einlassöffnungen der Schmelzwannenwandungen Glasschmelzelektroden eingelassen, von denen Teilbereiche gekühlt werden, so stellt der gekühlte Bereich eine lokale Wärmesenke dar, die zur Folge haben kann, dass am glasseitigen Rand dieser Einlassöffnung das Glas gekühlt wird.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass die lokale Kühlung der Giasschmelzelektrode die Qualität der Schmelze herabsetzen kann, und zwar insbesondere dann, wenn die Schmelze temperaturempfindlich ist. So kann bei einer Glasschmelze die Kühlung zu einer unerwünschten Kristallisation und nachfolgend durch abgelöste Kristalle zu Glasfehlern und zum Entstehen weiterer Glasfehler, z.B. Schlieren, führen. Die qualitativ verschlechterte Glasschmelze führt in der Regel zu einer geringeren Ausbeute bei der Produktion der Glasprodukte, da die Toleranzen bezüglich Zahl und Größe der zulässigen Glasfehler nicht immer eingehalten werden können, das gilt auch besonders für kristallisierbare Gläser, die zu Glaskeramik weiterverarbeitet werden sollen. Andererseits ist die Kühlung zwingend erforderlich, um den vorstehend genannten Glasdurchtritt von innen nach außen zu verhindern.

Der mit der Erfindung beschrittene Ansatz besteht darin, die Elektrode glasseitig zu beheizen, also in einem Abschnitt, welcher dem Inneren der Schmelzwanne zugewandt ist. Weiterhin wird die Elektrode im von der Glasseite abgewandten bzw. in dem Außenbereich der Schmelzwanne zugeordneten zweiten Abschnitt gekühlt. Durch die glasseitige Beheizung gibt es keine lokale Wärmesenke mehr, die die vorstehend genannten Glasfehler bewirken kann, so dass wunschgemäß die Ausbeute bei vorgegebener Spezifikation der zulässigen Glasfehler erhöht werden kann, durch die Kühlung wird ein Durchtreten von Glas durch die Wandung verhindert.

Ein weiterer bedeutender mit dem Heizelement verknüpfter Vorteil besteht darin, dass ein Elektrodenwechsel schneller vorgenommen werden kann.

Der vorstehend genannte Glaspfropf zur Verhinderung eines Verlustes an Glasschmelze verhindert einen raschen Ausbau der Glasschmelzelektrode nach Absenkung des Glasstandes unter das Elektrodenniveau über einen bodenseitigen Auslass. Dies ist deshalb der Fall, weil das Glas einerseits fest an der Elektrode, und andererseits fest an der Innenfläche der Einlassöffnung haftet. Im Regelfall erfolgt ein Ausbau dergestalt, dass nach dem völligen oder partiellen (bis unter das Elektrodenniveau) Entleeren der Schmelzwanne die Kühlung abgeschaltet und abgewartet wird, bis die in der Wandung gespeicherte Wärmemenge den Glaspfropf auflöst. Dieses Zuwarten, verbunden mit dem tatsächlichen Aus- und Einbau, dauert im Regelfall mehrere Stunden.

Durch das vorgesehene Heizelement ist es möglich, nach dem Ablass der Schmelze den Glaspfropf über das Einschalten des Heizelementes innerhalb weniger Minuten zu erweichen und den Ausbau der Elektrode sofort vorzunehmen. Auf diese Weise kann der Aus- und Einbau deutlich schneller erfolgen, was zu einer erheblichen Produktivitätssteigerung führt.

Die vorstehend genannte Möglichkeit des Aufheizens des Glaspfropfes mittels des Heizelementes besteht insbesondere auch dann, wenn die Schmelzwanne bereits stark abgekühlt ist, d. h. auch dann, wenn die in der Wandung gespeicherte Wärmemenge ansonsten nicht ausreichen würde, um den Pfropf aufzulösen.

Als Heizelement kann ein elektrisches Heizelement oder ein induktiv erwärmbares Heizelement gewählt werden. In einer einfachen Ausbildung ist das elektrische Heizelement ein ohmscher Widerstand. Statt eines Heizelements können auch mehrere Heizelemente Verwendung finden. Das kann vorteilhaft sein, weil dann bei dem Ausfall eines Heizelements nicht die gesamte Elektrodenheizung ausfällt.

Bei einer gefüllten Schmelzwanne kommen das Gemenge und/oder die Schmelze mit einem Teil des ersten Abschnittes der Elektrode in Berührung. Dieser von dem Gemenge und/oder der Schmelze „gesehene" bzw. beaufschlagbare Teil der Elektrode (der Kopf der Elektrode) wird dadurch hohen Temperaturen ausgesetzt und besteht aus einem thermisch stabilen und gegenüber der Glasschmelze widerstandsfähigen Metall. Als Metalle für die Elektrode finden z.B. Molybdän, Wolfram, Platin, Rhodium sowie Platinlegierungen Verwendung.

Bevorzugt wird, insbesondere bei hohen Qualitätsansprüchen an das Glas, als Elektrodenmaterial Platin bzw. seine Legierungen, z. B. Rhodium eingesetzt, da Platin und seine Legierungen gegenüber einem Glasangriff weitgehend chemisch inert sind.

Um möglichst wenig des teuren Platins einzusetzen, besteht in der Regel nicht die gesamte Elektrode aus Platin, sondern nur derjenige Teil, welcher mit der Glasschmelze in Kontakt steht. Die weiteren Teile können dann aus einem unedlen Metall wie beispielsweise Stahl oder einer Nickellegierung gefertigt sein und sind mit dem aus Platin bestehenden Abschnitt einstückig verbunden.

Bevorzugt besteht der Teil der Platin(-Legierungs)-Elektrode, der mit der Glasschmelze in Kontakt steht, auch nicht aus massivem Platin sondern aus einem Blech von circa 0,2 bis 5 mm Stärke, das mittels eines Stützkörpers gehaltert wird. Der Stützkörper sorgt für die erforderliche Stabilität und besteht aus einem gegenüber Platin preiswerteren feuerfesten Material wie beispielsweise einer Keramik. Das Platinblech stellt dann die Heizstromdurchtrittsfläche für die Beheizung des Gemenges und/oder der Schmelze mit der Elektrode dar, d. h. durch diesen Platinblechmantel tritt der Heizstrom in die Schmelze ein.

Zur Realisierung des Heizelements besteht nun die Möglichkeit, dass zumindest ein Teil des Platinblechmantels (der metallischen Abdeckung des Stützkörpers) das Heizelement ist. Über entsprechende elektrische Zuleitungen und Anschlüsse lässt sich dann ein Heizstromkreis bilden, der für die gewünschte Erwärmung des glasseitigen ersten Abschnitts der Elektrode sorgt. Da dieser erste Abschnitt über die metallische Abdeckung in thermischem Kontakt mit der Schmelze steht, wird letztere ebenfalls erhitzt. Auf diese Weise wird die lokale Temperaturerniedrigung durch die meist wassergekühlte Glasschmelzelektrode kompensiert oder überkompensiert.

Alternativ oder zusätzlich zu dieser Möglichkeit, mindestens einen Teil der metallischen Abdeckung als Heizelement zu nutzen, kann als ohmscher Widerstand ein solcher gewählt werden, der mit der besagten metallischen Abdeckung in thermischem Kontakt steht. Dadurch kann der Heizstromkreis von dem Elektrodenstromkreis entkoppelt werden.

Es besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten, das Heizelement in der Form eines ohmschen Widerstandes auszubilden. So besteht die Möglichkeit, als ohmsches Widerstandselement eine Heizwendel oder eine Heizpatrone zu wählen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement modular ausgebildet, so dass zumindest Teile des Heizelements auswechselbar sind. Dies ermöglicht eine leichtere Wartung und einen schnelleren Austausch im Falle einer Reparatur.

Die auswechselbare Ausführung hat weiterhin Vorteile, wenn das Heizelement ausschließlich dafür benötigt wird, um einen schnelleren Ausbau der Elektrode zu ermöglichen, wie es insbesondere dann der Fall sein kann, wenn die Schmelze wenig temperaturempfindlich ist. In diesem Fall kann nach Bedarf das Heizelement eingebaut werden, durch Beheizung des ersten Abschnitts der Elektrode der Glaspfropf aufgelöst werden, und anschließend das Heizelement ausgebaut werden. Die Elektrode wird dann ausgebaut und das auswechselbare Modul zum Auflösen des Glaspfropfs an einer weiteren Elektrode herangezogen.

Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Abschnitt der erfindungsgemäßen Elektrode einen Elektrodenhalter aufweist. Der Elektrodenhalter dient der mechanischen Halterung der Elektrode und ist mit den Anschlüssen für die Stromversorgung versehen. Er verfügt über eine Kühleinheit und insbesondere über eine Wasserkühlung, um zu gewährleisten, dass die in die Wandung der Schmelzwanne eingelassene Elektrode einen Glaspfropf bilden kann.

Als Kühlung kommt eine für Glasschmelzelektroden im Prinzip bekannte Fluidkühlung infrage, bei der im allgemeinen der Elektrodenhalter doppelwandig ausgeführt ist und das Kühlmittel über das innere Rohr zu- und über das äußere Rohr abgeführt wird. Als Kühlmittelfluid wird im allgemeinen Wasser oder ein Gas, im allgemeinen Luft, verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist auch der zweite Abschnitt der Elektrode ein Heizelement auf. Dieses Heizelement ist dann ortsnah am Glaspfropf zur Verhinderung des Glasaustrittes angeordnet und ermöglicht so ein besonders rasches Aufweichen des Glaspfropfes für den Ausbau der Elektrode zu Wartungszwecken.

Die mit einem Heizelement ausgestattete Glasschmelzelektrode bedingt einen Stromkreis für die Elektrode und einen Stromkreis für das Heizelement. Bevorzugterweise sind die beiden Stromkreise galvanisch getrennt. Die galvanische Trennung ermöglicht in Kombination mit einer auswechselbaren Ausführung des Heizelements den Ausbau der gesamten Heizung bestehend aus Heizelement, elektrischen Anschlusselementen und Zuleitungen. Auf diese Weise kann die Heizung je nach Bedarf auch nachträglich eingebaut werden oder erst kurz vor dem Wechsel der Elektrode. Auch ist es möglich, auf diese Weise eine einzige Heizung für Wartungszwecke bereitzustellen, die nacheinander in die verschiedenen Elektroden der Schmelzwanne eingebracht wird, um diese auszubauen. Auf diese Weise wird nur eine Heizung für diese Zwecke benötigt, wodurch nur geringe Kosten für die Vorhaltung dieser Heizung entstehen.

Nachfolgend soll die Erfindung von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Glasschmelzwanne in schematischer Darstellung mit zwei in deren Wandung eingelassenen erfindungsgemäßen Elektroden;
2 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Ansicht der Elektrode gemäß 2;
4 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer zweiten Ausführungsform;
5 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer dritten Ausführungsform;
6 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer vierten Ausführungsform;
7 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer fünften Ausführungsform;
8 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer sechsten Ausführungsform und
9 eine erfindungsgemäße Elektrode in einer siebenten Ausführungsform
1 zeigt eine Schmelzwanne 3 mit zwei eingelassenen Elektroden 1, 1'. Die Elektroden 1, 1' sind in die Wandung 2 einer Schmelzwanne 3 eingelassen und dienen der Erwärmung der Schmelze 4. Bei Beaufschlagung der Elektroden 1 und 1' mit einer Spannung kommt es zu einem Stromfluss mit der Stromstärke 1 und darüber zur Erwärmung der Schmelze 4. In einer ersten Näherung fließt der Strom längs der horizontal verlaufenden gestrichelten Linie in 1.
2 zeigt einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode 1 in einer Seitenansicht mit Schnitt durch die Symmetrieachse S der zylindersymmetrisch ausgebildeten Elektrode. Die Elektrode 1 ist etwa 75 cm lang und besitzt einen maximalen Außendurchmesser von circa 45 cm.
Die vertikal verlaufende gestrichelte Linie unterteilt die Glasschmelzelektrode in zwei Abschnitte 5 und 6, nämlich den linken bzw. ersten Abschnitt 5 und den rechten bzw. zweiten Abschnitt 6. Wie 1 zeigt, ist in eingebautem Zustand der Elektrode 1 der erste Abschnitt 5 der Schmelze 4 zugewandt und dieser funktionell zugeordnet. Die funktionelle Zuordnung ergibt sich daraus, dass im Beheizungsfall der elektrische Strom aus dem ersten Abschnitt 5 in die Schmelze 4 tritt.
Der erste Abschnitt 5 verfügt ferner am linken Ende der horizontal verlaufenden strichpunktierten Symmetrieachse S über eine metallische Abdeckung 8. Die Abdeckung 8 ist mit einem Heizelement 7 elektrisch verbunden. Die Abdeckung 8 wird durch einen Stützkörper 9 aus einem feuerfesten Material, nämlich einer Keramik, gehaltert. Die Abdeckung 8 besteht in seinem mit der Glasschmelze in Berührung kommenden Teil aus einem Platinblech der Stärke 0,2 bis 5 mm. Das Heizelement 7 ist in Form einer zylindrischen Heizfläche als ohmscher Widerstand ausgebildet.
Der Stützkörper 9 ist mit einem Elektrodenhalter 10 verbunden, der aus einem äußeren Rohr 11 und einem inneren Rohr 12 besteht, die über Isolatoren 13, 13' voneinander getrennt sind. Nicht gezeigte elektrische Zuleitungen versorgen die Heizfläche 7 einerseits und die Abdeckung 8 andererseits mit einem elektrischen Strom für die Beheizung des ersten Abschnitts 5 bzw. der Schmelze 4.
Über das äußere Rohr 11 fließt der Elektrodenstrom zur Erhitzung des Gemenges bzw. der Schmelze 4 als Ganzes. Es werden bis zu 10 kW in die Schmelze 4 eingekoppelt. Die an das innere Rohr 12 zu Heizzwecken angelegte Spannung beträgt etwa 1,2 V bei Strömen zwischen 1000–2000 A.
Der rechte Abschnitt 6 ist gekühlt, wobei das Kühlmittel über das innere Rohr 12 zugeführt wird, durch Öffnungen 25, die in der Nähe des ersten Abschnitts 5 angeordnet sind, in das äußere Rohr 11 gelangt und von dort wieder abgeführt wird. Die Zu- und Abfuhrleitungen zum inneren bzw. vom äußeren Rohr sind nicht dargestellt.
Erforderlichenfalls sind das innere und/oder das äußere Rohr mit einer elektrischen Isolierung zu versehen, damit es nicht durch das Kühlfluid zu einem unerwünschten Stromfluss zwischen innerem und äußerem Rohr kommen kann. Bei der Verwendung von Gasen als Kühlfluid kann eine spezielle Isolierung in jedem Fall entfallen, da Gase bekanntlich Nichtleiter sind.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Elektrode 1 gemäß 2, welche im ersten Abschnitt 5 eine kappenförmig ausgebildete metallische Abdeckung 8 aufweist. Diese Abdeckung 8 umfasst einen mit der Glasschmelze beaufschlagbaren Bereich 8' aus Platin und die metallische Heizfläche 7. Die Heizfläche 7 ist insofern ein Teil der metallischen Abdeckung 8. Die Bereiche 8' und 7 sind einstückig ausgebildet. Die Kühlung ist entsprechend 2 ausgeführt und der besseren Übersichtlichkeit nicht gesondert dargestellt.
Die metallische Abdeckung 8 ist mit dem Außenrohr 11 elektrisch verbunden. Der Stromkreis zur Beheizung der Glasschmelze und der Stromkreis zur Beheizung des ersten Abschnitts der Elektrode haben einen gemeinsamen elektrischen Anschluss 15. Der elektrische Strom für die Zusatzheizung, also für die Beheizung des ersten Abschnitts 5, verläuft vom Anschluss 15 über das äußere Rohr 11, die Heizfläche 7, die zylindrische elektrische Zuleitung 17 und das innere Rohr 12 zum zweiten elektrischen Anschluss 16. Bei dieser Aufführungsform stellt die Heizfläche 7 einen ohmschen Widerstand dar, der mit der metallischen Abdeckung 8 in thermischem und elektrischem Kontakt steht.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glasschmelzelektrode 1, bei der im Unterschied zur Elektrode 1 gemäß 3 als elektrisches Heizelement eine Heizwendel 18 vorgesehen ist. Für die Heizwendel kann Rund- oder Flachmaterial vorgesehen sein. Der zugehörige Strom fließt von dem gemeinsamen elektrischen Anschluss 15 über das Außenrohr 11 zur Kontaktierung 19, von dort über die Heizwendel 18 und der Zuleitung 17 zum elektrischen Anschluss 16. Auch hier ist die Kühlung der Übersichtlichkeit halber nur schematisch dargestellt, sie erfolgt über ein an der Spitze offenes, in das Außenrohr 11 geschobenes Zuführungsrohr 12.
5 zeigt eine Elektrode 1, welche im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 4 galvanisch getrennte Stromkreise für die Beheizung der Schmelze und für die Beheizung des ersten Elektrodenabschnitts 5 aufweist. Hierzu wird die Heizwendel 18 über zwei elektrische Zuleitungen 17, 17' mit den elektrischen Anschlüssen 16, 16' kontaktiert. Dieser Stromkreis zur Beheizung des ersten Elektrodenabschnitts ist vom Stromkreis zur Beheizung der Schmelze elektrisch getrennt. Der Strom zur Beheizung der Schmelze verläuft von dem Anschluss 15 über das einzige Rohr 11 zur Abdeckung 8, und von dort durch die Schmelze zu einer (nicht gezeigten) zweiten Glasschmelzelektrode 1'. Die Kühlung erfolgt analog zu 4 und ist nicht gesondert dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß 6 erfolgt die Beheizung des ersten Elektrodenabschnitts 5 über die gesamte metallische Abdeckung 8, die insofern ein ohmsches Heizelement bildet. Hierzu wird dem äußersten linken Ende der Abdeckung 8 vom Anschluss 16 über das Innenrohr 12 und die zylindrische Zuleitung 17 Strom zugeführt, der über die Abdeckung 8 und das Außenrohr 11 zum Anschluss 15 fließt. Zufuhr und Abfuhr des Kühlmittels erfolgen analog der 2 durch Innen- und Außenrohr.
Bei der Elektrode 1 gemäß 7 ist das Heizelement auswechselbar ausgebildet. Hierzu verfügt der erste Elektrodenabschnitt 5 über eine zentrale Ausnehmung 20, in die ein Heizmodul 21 eingeschoben werden kann. Das Heizmodul 21 umfasst hierbei einen Zylinder 22, der von einer Heizwendel 18 umgeben ist. Als Alternative zur Heizwendel sind auch eine oder mehrere Heizpatronen einsetzbar. Die Heizwendel 18 ist über die Zuleitungen 17, 17' mit den Anschlüssen 16, 16' elektrisch verbunden. Die Zuleitungen 17, 17' sind auswechselbar ausgeführt, so dass sowohl der Stromkreis für das Heizmodul 21 als auch das Heizelement selbst auswechselbar ausgebildet sind. Hiervon galvanisch getrennt ist der Stromkreis ausgehend von Anschluss 15 für die Beheizung der Schmelze. Die Ausnehmung 20 ist gegenüber dem Innenrohr 12 abgedichtet, die Kühlung erfolgt analog 2.
Die Elektrode 1 gemäß 8 ist ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß 7 modular ausgebildet. Anstelle einer Heizwendel ist hier jedoch vorgesehen, die Abdeckung 8 über das innere Rohr 12 und über den Stecker 22 mit Strom zu versorgen, sodass die Beheizung des ersten Elektrodenabschnitts 5 über eine ohmsche Erwärmung der Abdeckung 8 erfolgt. Stecker 22 und inneres Rohr 12 können bei Bedarf aus der Elektrode 1 herausgenommen werden. Die Ausnehmung 20 ist gegenüber dem Innenrohr 12 abgedichtet, die Kühlung ist analog wie in 2 aufgebaut.
9 zeigt eine modular ausgebildete Elektrode 1, deren Heizelement, einen induktiv erwärmbaren Metallblock 23 im ansonsten induktiv nicht erwärmbaren Stützkörper 9 aus Keramik aufweist. Im Anwendungsfall wird in die zentrale Ausnehmung 20 des Stützkörpers 9 ein zylindrisches Modul 24 eingebracht, welches eine zeichnerisch nicht dargestellte, bevorzugt wasserdicht gekapselte Spule zur Generierung eines magnetischen Feldes besitzt. Die Spule wird über die Anschlüsse 15 und 16 und über die Zuleitungen 17, 17' mit Strom versorgt. Bei erfolgendem Stromfluss wird ein magnetisches Feld erzeugt, das an den Metallblock ankoppelt und diesen erwärmt. Das Modul 24 ist auswechselbar ausgebildet, und kann bei Bedarf entlang der Symmetrieachse S nach rechts geschoben und darüber aus der Öffnung in der Wandung der Schmelzwanne geholt werden. Die Kühlung des zweiten, der Glasschmelze abgewandten Abschnitts der Elektrode erfolgt analog 2 über Innen- und Außenrohr 12 bzw. 11.
Wird die Elektrode ohne das Modul 24 betrieben, so wird das Modul durch ein einfaches Innenrohr ersetzt, das an seiner der Wanne zugewandten Seite offen ist oder mit Öffnungen versehen ist. Das Kühlfluid wird durch das Innenrohr zugeführt und verlässt den Elektrodenkörper über das Außenrohr. Im Bedarfsfall kann das Innenrohr, auch während des Betriebs der Glaswanne, durch das Modul 24 ersetzt werden.

1, 1': Elektrode
2: Wandung der Schmelzwanne
3: Schmelzwanne
4: Schmelze
5: erster Abschnitt
6: zweiter Abschnitt
7: Heizelement
8, 8', 8'': metallische Abdeckung
9: Stützkörper
10: Elektrodenhalter
11: äußeres Rohr aus Metall
12: inneres Rohr aus Metall
13, 13': elektrischer Isolator
15: gemeinsamer elektrischer Anschluss Glasbeheizung/Zusatzheizung
16, 16': weiterer elektrischer Anschluss des Stromkreises für die Beheizung des ersten Abschnitts
17, 17': elektrische Zuleitung
18: Heizwendel
19: Kontaktierung
20: Ausnehmung im ersten Elektrodenabschnitt
21: auswechselbares Heizmodul
22: Zylinder
23: induktiv erwärmbarer Metallblock
24: zylindrisches Modul
25: Öffnungen für das Kühlmittel
I: Strom
S: Symmetrieachse

Claims

Elektrode (1) zum Einbau in die Wandung (2) einer Schmelzwanne (3) für das Erschmelzen von Glas oder einer Glaskeramik, mit einem dem Inneren der Schmelzwanne (3) zugeordneten ersten Abschnitt (5), sowie einem dem der Glasschmelze (4) abgewandten Teil der Wandung zugeordneten zweiten Abschnitt (6), wobei für den ersten Abschnitt wenigstens ein Heizelement (7, 18, 23) und für den zweiten Abschnitt eine Kühlung vorgesehen ist.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Heizelement (7, 18) oder ein induktiv erwärmbares Heizelement (23) vorgesehen ist.
Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizelement ein ohmscher Widerstand (7, 18) vorgesehen ist.
Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (5) zumindest in seinem mit der Schmelze (4) beaufschlagbaren Bereich über eine metallische Abdeckung (8) verfügt.
Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (7) der metallischen Abdeckung (8) das Heizelement ist.
Elektrode nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohmscher Widerstand (7) vorgesehen ist, der im thermischen Kontakt mit der metallischen Abdeckung (8) steht.
Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als ohmscher Widerstand eine Heizwendel (18) oder eine Heizpatrone vorgesehen ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (7, 18, 23) modular und/oder auswechselbar ausgebildet ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (6) einen Elektrodenhalter (10) aufweist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromkreis für die Elektrode (11') und ein Stromkreis für das Heizelement (7, 18, 23) vorgesehen ist, und die beiden Stromkreise galvanisch getrennt sind.
Elektrode nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlung eine Fluidkühlung vorgesehen ist.
Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkühlung eine Wasserkühlung ist.
Verfahren zum Erschmelzen von Glas oder Glaskeramik in einer Schmelzwanne, bei dem einem Gemenge und/oder einer Schmelze über in der Wandung der Schmelzwanne eingelassene Elektroden Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden in einem ersten, dem Inneren der Schmelzwanne zugeordneten Abschnitt beheizt und in einem zweiten Abschnitt, der dem der Glasschmelze abgewandten Teil der Wandung zugeordnet ist, gekühlt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung des ersten Abschnitts der Elektroden elektrisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des zweiten Abschnitts der Elektroden mittels eines Fluids erfolgt.