DE102007027362B3

DE102007027362B3 - Verfahren und Verwendung einer Messanordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einer zur Glas- oder Floatglasherstellung verwendeten Glas- oder Metallschmelze

Info

Publication number: DE102007027362B3
Application number: DE102007027362A
Authority: DE
Inventors: Christian Kunert; Sven Dr. Eckert; Gunter Dr. Gerbeth; Thomas Gundrum
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: JP2008304461A; KR20080108915A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Verwendung einer entsprechend dem Verfahren ausgelegten Messanordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einer heißen Glasschmelze oder einer Metallschmelze im Rahmen des Floatglas-Prozesses bei Temperaturen oberhalb von 500°C mit einem Ultraschall-Strömungsmessgerät, das Ultraschall-Messsignale mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt. Erfindungsgemäß werden die Ultraschall-Messsignale des Ultraschall-Strömungsmessgeräts über einen Wellenleiter, der aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente besteht und mit der Schmelze in Kontakt gebracht wird, in die Schmelze eingekoppelt und wird die Strömungsgeschwindigkeit bzw. ein Volumen- und/oder Massedurchfluss der Schmelze nach dem Doppler-Prinzip bestimmt. Dabei werden die Ultraschall-Messsignale, die in der Schmelze reflektiert werden, über den Ultraschall-Wellenleiter aus der Schmelze ausgekoppelt und zurück zu dem Ultraschall-Strömungsmessgerät geleitet. Erfindungsgemäß lassen sich die Strömungsverhältnisse auch in hochkorrosiven Umgebungen berührungslos und kontinuierlich auch unterhalb der Schmelzenoberfläche bestimmen. Eine bevorzugte Anwendung betrifft die Bestimmung der Strömungsverhältnisse in einer Zinnschmelze einer Floatglasanlage.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und die Verwendung einer entsprechend dem Verfahren ausgelegten Vorrichtung bzw. Messanordnung zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einer heißen Glas- oder Metallschmelze, die im Rahmen eines Prozesses zur Floatglasherstellung verwendet wird, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 500° Celsius.
Hintergrund der Erfindung
Nach dem bekannten Floatglasverfahren werden derzeit 95% des gesamten Flachglases aller Anwendungsbereiche hergestellt, beispielsweise Fensterglas, Autoscheiben, Spiegel und dergleichen. Auch dünne Glasscheiben bzw. Glasfilme für TFT-Displays und dergleichen sind Floatglas.
Die 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine herkömmliche Floatglasanlage, bei der die erfindungsgemäße Messanordnung Anwendung finden soll. Die Floatglasanlage 1 enthält ein längliches Bad aus flüssigem Zinn 7, auf welches die hinsichtlich Zusammensetzung und Temperatur konditionierte niedrig viskose Glasschmelze 8 fortlaufend von einer Seite geleitet wird, wobei das etwa zwei Drittel leichtere Glas auf der Zinnschmelze 7 schwimmt und sich wie ein Ölfilm gleichmäßig ausbreitet. Das erstarrte Glasband 9 wird über eine Fördereinrichtung 10 abgehoben. Das Zinnbad 7 ist in einer von keramischen Bodensteinen 2 und keramischen Randsteinen 3 ausgebildeten Wanne aufgenommen. Auch nach oben ist diese Wanne durch eine Deckenkonstruktion 4 abgeschlossen. Die gesamte Anordnung ist von einer Umhüllung 6 umgeben, sodass in der Anlage 1 wegen möglicher Oxidation der Metallschmelze mit Luftsauerstoff eine Schutzatmosphäre (oftmals ein Stickstoff-Wasserstoffgemisch) aufrechterhalten werden kann.
Bei der Floatglasherstellung handelt es sich um einen endlos-kontinuierlichen Prozess. Durch Variation von pro Zeit durchgesetzter Glasmenge, Ziehgeschwindigkeit und weiterer nicht dargestellter Formgebungseinrichtungen kann die Dicke des Flachglases variiert werden. Das Floatglasverfahren ermöglicht die Herstellung von Glasstärken ab etwa 0,4 mm. Floatglasanlagen laufen deshalb permanent rund um die Uhr und produzieren über mehrere Jahre möglichst ohne Unterbrechung Flachglas. Größere Anlagen liefern etwa 3000 m² pro Stunde bzw. 33 Tonnen pro Stunde. Man schätzt, dass derzeit etwa 250 Floatglasanlagen weltweit im Einsatz sind.
Durch die Oberflächenspannung des Zinns und des flüssigen Glases bilden sich beim Floatglasverfahren sehr glatte Oberflächen aus. Innerhalb der Zinnschmelze bilden sich jedoch aufgrund des Transports des Glasbands und der notwendigen Temperaturdifferenzen im Prozessraum Strömungen in der Zinnschmelze aus. Diese Strömungen sorgen für Energie- und Stofftransporte während der Formgebung des Glases und können einen Einfluss auf die Produkteigenschaften wie beispielsweise die Oberflächenqualität des Floatglases haben. Zur Prozessbeherrschung ist deshalb die Kenntnis dieser Strömungen und insbesondere das Erkennen von Strömungsänderungen von großer Bedeutung. Wegen des enormen Durchsatzes von Floatglasanlagen und des endlos-kontinuierlichen Betriebs sind kontinuierliche und berührungslos arbeitende Messverfahren bzw. Messanordnungen bevorzugt, insbesondere bei der Herstellung von Dünngläsern bzw. alkalifreien Dünngläsern für Displays.
Gemäß dem Stand der Technik beschränken sich Messungen der Strömungen in der Zinnschmelze bei Floatglasverfahren im Wesentlichen auf kurzzeitige Charakterisierungen, zu welchem Zweck Schwimmer auf die Oberfläche der Zinnschmelze aufgebracht werden und deren Bahn über die Zeit verfolgt wird. Aus der Beobachtung der Schwimmer können Rückschlüsse auf die Strömung gezogen werden. Diese Messungen erfordern jedoch einen Eingriff in die laufende Produktion und stellen somit eine unerwünschte Störung dar. Deshalb können solche Messungen nur selten durchgeführt werden. Durch die beschränkten Sichtverhältnisse in den Floatglasanlagen sind die Beobachtungen nur qualitativ interpretierbar und deshalb ungenau. Eine kontinuierliche Überwachung ist damit nicht möglich. Außerdem erfassen die Schwimmer nur die oberflächennahen Strömungen. Über Strömungen in der Tiefe der Zinnschmelze sind keine Aussagen möglich. Darüber hinaus werden die Schwimmer von der über der Zinnschmelze strömenden Atmosphäre beeinflusst.
Aus dem Stand der Technik sind auch Strömungs-Messgeräte zum Messen von Strömungen in opaken Medien bekannt. Diese arbeiten üblicherweise nach dem Ultraschall-Laufzeitverfahren. DE 198 12 458 C2 offenbart einen Sende- und/oder Empfangskopf eines Ultraschall-Strömungsmessgeräts zur Messung von Strömungen in heißen Flüssigkeiten oder Gasen. Der Sende- und/oder Empfangskopf umfasst ein Gehäuse, einen Ultraschalltransducer, der Ultraschallsignale in das strömende Medium aussendet und/oder aus dem strömenden Medium empfängt, sowie einen Ultraschallwellenleiter, über den die Ultraschallsignale in das strömende Medium eingekoppelt und/oder aus dem strömenden Medium ausgekoppelt werden. Der Ultraschallwellenleiter ist als länglicher Schalltrichter mit einem großen Wärmeleitwiderstand ausgebildet. Durch den hohen Wärmeleitwiderstand des Schalltrichters kann auch bei geringen Längen des Ultraschallwellenleiters eine Erwärmung des Ultraschalltransducers und weiterer Bauelemente des Sende- und/oder Empfangskopfes auf Temperaturen oberhalb von 150° Celsius verhindert werden, da bei diesen Temperaturen die verwendeten Bauelemente, insbesondere Piezokristalle störanfällig oder gänzlich funktionsuntauglich werden.
Beim Laufzeitdifferenzverfahren wird die unterschiedliche Laufzeit von Ultraschall-Messsignalen in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums ausgewertet. Dies erfordert jedoch die Anordnung von zwei Ultraschallwandlern auf gegenüberliegenden Seiten des strömenden Mediums, wie beispielsweise in der DE 10 2004 044 607 A1 offenbart. Eine solche Messanordnung ist deshalb für Anwendungen in heißen Zonen mit relativ großen Volumen und Abmessungen (typischerweise mehrere Meter Abstand zwischen gegenüberliegenden Seiten), wie diese häufig bei der Glasherstellung, insbesondere Floatglasherstellung, vorliegen, ungeeignet. Ferner erfordern nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeitende Messanordnungen ein im Wesentlichen senkrechtes Eintauchen des Ultraschallwellenleiters in die heiße Glas- oder Zinnschmelze, was nachteilig ist.
DD 89 030 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeiten zähflüssiger Medien, die jedoch auf einem völlig anderen Messprinzip beruht. Denn eine im wesentlichen punktförmige Wärmequelle soll in dem Medium Temperaturspitzen erzeugen, die dann in einem kugelförmigen umgebenden Sensor detektiert werden, um so Aufschluss über das Strömungsmedium, insbesondere über den Strömungsgeschwindigkeitsvektor, zu erlangen.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 198 08 701 A1 offenbart eine Durchflussmessvorrichtung, die ein Messverfahren nach dem Laufzeitdifferenzverfahren verwendet, das von dem Messverfahren nach der vorliegenden Anmeldung deutlich abweicht. Für das Messverfahren müssen zwei Ultraschallwandler verwendet werden, was aufwändig ist. Das Messverfahren kann auch nur bei Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt eingesetzt werden, nämlich hochdämpfenden, hochviskosen, kompressiblen Flüssigkeiten sowie Suspensionen oder Dispersionen mit einem hohen Partikelgehalt, beispielsweise bei der Durchflussmessung von Lacken der Beschichtungsmitteln.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 102 29 220 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung rheologischer Parameter eines Fluids, das nach dem Doppler-Prinzip funktioniert. Der Einsatz bei hohen Temperaturen wird nicht offenbart.
Die US-Patentanmeldung US 2005/0016298 A1 offenbart die Verwendung von Piezo-Transducern zur Durchflussmessung in heißen Flüssigkeiten oberhalb von 200 Grad Celsius. Diese Druckschrift offenbart allerdings nicht ein Messverfahren nach dem Doppler-Messprinzip. Mit dem Ziel, die Temperaturen an einem Piezo-Transducer gering zu halten, werden allerdings Maßnahmen zur Wärmeabführung in einem Ultraschall-Wellenleiter offenbart, nämlich die Verwendung von Kühlrippen und eines Luftspaltes. Für den Kern des Wellenleiters sollen hierzu jedoch Materialien mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden, insbesondere Materialien mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 15 W/mK, bevorzugter von weniger als 1 W/mK.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 195 30 807 A1 offenbart ein weiteres Volumen-Durchflussmessgerät, das nach einem Laufzeitverfahren arbeitet.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 61-093 914 A offenbart einen weiteren Ultraschall-Wellenleiter zum Einsatz bei sehr hohen Temperaturen. Als Materialien für den Ultraschall-Wellenleiter werden Aluminium, Mg und Ti offenbart, die nicht in flüssigem Zinn oder flüssigem Glas eingesetzt werden können.
Die Deutsche Patentanmeldung DE 102 05 545 B4 offenbart ein Durchflussmessgerät mit einem Messrohr, einem Ultraschallwandler, einem Ultraschallwellenleiter und einer Dichtung zum Abdichten des Inneren des Messrohrs von der Umgebung. Dabei soll der Ultraschallwellenleiter eine möglichst gute Wärmeisolierung gewährleisten, was die Verwendung von Materialien mit möglichst guter Wärmeisolierung bedingt, insbesondere von Edelstählen mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als etwa 20 W/mK.
Weitere im Zusammenhang stehende Messvorrichtungen und Messverfahren sind in dem Deutschen Patent DE 101 53 297 C2 , dem US-Patent 5,694,480 und dem Deutschen Patent DE 198 13 975 C2 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Verwendung einer entsprechend dem Messverfahren ausgelegten Messanordnung bereitzustellen, womit Strömungen in einer im Rahmen eines Prozesses zur Herstellung von Glas oder Floatglas verwendeten heißen Metall- oder Glasschmelze, insbesondere in einer Schmelze mit Temperaturen oberhalb von 500° Celsius, zuverlässig und kontinuierlich auch unterhalb der Schmelzenoberfläche gemessen werden können. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen ferner die Verwendung eines solchen Verfahrens bei der Glasherstellung, insbesondere Floatglasherstellung.
Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung nach Anspruch 11 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einem Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einem heißen Medium mit einem Ultraschall-Strömungsmessgerät, das Ultraschall-Messsignale mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem heißen Medium um eine heiße Glas- oder Metallschmelze, die im Rahmen eines Glasherstellungsverfahrens, insbesondere bei der Floatglasherstellung, verwendet wird, und heißer als etwas 500° Celsius ist, beispielsweise bei der Floatglasherstellung eine Temperatur bis zu 1300°Celsius erreichen kann. Erfindungsgemäß werden die Ultraschall-Messsignale des Ultraschall-Durchflussmessgeräts über einen Wellenleiter in die Schmelze eingekoppelt, der aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder aus einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente besteht. Erfindungsgemäß arbeitet das Ultraschall-Durchflussmessgerät nach dem Doppler-Prinzip, bei dem Ultraschall-Messsignale mit einer vorgegebenen Frequenz in das strömende Medium eingekoppelt werden. Die von in dem Medium enthaltenen kleinsten Partikeln reflektierten Ultraschall-Messsignale werden ausgewertet. Anhand einer zwischen dem eingekoppelten und dem reflektierten Ultraschall-Messsignal auftretenden Frequenzverschiebung lässt sich erfindungsgemäß die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums bzw. der Volumen- und/oder Massedurchfluss bestimmen. Somit dient der Ultraschall-Wellenleiter erfindungsgemäß nicht nur zum Einkoppeln der Ultraschall-Messsignale sondern auch zum Auskoppeln von Ultraschall-Messsignalen, die in der Schmelze reflektiert wurden, aus der Schmelze und zum Weiterleiten der Ultraschall-Messsignale zu dem Ultraschall-Strömungsmessgerät.
Durch Verwendung des Doppler-Messprinzips ist grundsätzlich das Eintauchen eines einzelnen Wellenleiters in die heiße Schmelze ausreichend, was zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit führt. Das Messverfahren kann dabei kontinuierlich betrieben werden. Der Wellenleiter braucht dabei nicht senkrecht in die heiße Schmelze eintauchen, sondern kann unter einem spitzen Winkel eintauchen, was erhebliche Vorteile für die Einbringung der Vorrichtung in die zu messende Schmelze bedingt. Durch diese Geometrie können gleichzeitig auch Strömungen unterhalb der Schmelzenoberfläche kontinuierlich gemessen werden. Durch die erfindungsgemäße Wahl des Materials des Wellenleiters kann das Verfahren bzw. die Messanordnung auch in hochkorrosiven Metall- oder Glasschmelzen, insbesondere Zinnschmelzen deutlich oberhalb ihres Schmelzpunktes, also oberhalb von 500° Celsius angewendet werden. Auch unter korrosiven Bedingungen lösen sich die in Kontakt mit der bzw. in unmittelbarer Umgebung zu der Schmelze angeordneten Teile des Wellenleiters nicht nach kurzer Zeit auf und verlieren auch nicht ihre akustischen Eigenschaften. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Messverfahren insbesondere für den Einsatz in der Glasherstellung, wo neben den vorherrschenden hohen Temperaturen stets auch nur in begrenztem Maß Zugang zu den Schmelzen möglich ist.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter maximal 100 cm, bevorzugter maximal 30 cm lang. Untersuchungen der Erfinder haben überraschenderweise ergeben, dass bei einem nach dem Doppler-Prinzip arbeitenden Messverfahren, bei dem der Wellenleiter nicht senkrecht in die heiße Schmelze einzutauchen braucht, Wärme auch über vergleichsweise kurze Distanzen abgebaut werden kann, sodass die Elemente des Strömungs-Messgeräts insbesondere der Ultraschalltransducer, nicht übermäßig stark thermisch belastet werden. Die begrenzte Länge des Wellenleiters verhindert zudem eine übermäßig starke Dämpfung des Ultraschallsignals, sodass dadurch Messungen mit höherer Empfindlichkeit möglich werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform taucht der Wellenleiter mit seinem vorderen Ende unter einem spitzen Winkel in die Schmelze. Somit können insbesondere auch Strömungen unterhalb der Oberfläche der Schmelze gut erfasst werden. Durch Variieren des Winkels kann auch das Blickfeld des Sensors variiert werden. Somit können beispielsweise in einer Floatglasanlage unterschiedliche Bereiche des Zinnbades erfasst bzw. durch kontinuierliche oder schrittweise Änderung des Eintauchwinkels abgescannt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das gesamte Strömungs-Messgerät, jedenfalls soweit es in die Glasherstellungsanlage, insbesondere Floatglasanlage, hineinragt, von einem Kühlmantel umhüllt, um Elemente des Strömungs-Messgeräts, wie beispielsweise Ultraschall-Transducer, Übergangsbereich zum Ultraschall-Wellenleiter und dergleichen, zu kühlen. Dabei durchragt der Wellenleiter ein vorderes Ende des Kühlmantels und steht von diesem vor. Die Gesamtlänge des Wellenleiters beträgt dabei weniger als etwa 100 cm, bevorzugt weniger als etwa 30 cm. Dabei besteht zwischen dem hinteren transducernahen Ende des Wellenleiters und dem Durchgangsbereich durch den Kühlmantel noch ein ausreichender Abstand, der beinahe 50 cm, bevorzugter beinahe 20 cm, beträgt, sodass auch der Wärmeleitwiderstand des innerhalb des Kühlmantels verlaufenden Teils des Wellenleiters dazu beiträgt, eine übermäßige Erwärmung des Strömungs-Messgeräts, insbesondere des Transducers zu verhindern. Bei diesen Längen des Wellenleiters ist die akustische Dämpfung der Ultraschallwellen noch akzeptabel. Zusätzlich kann das Strömungs-Messgerät, insbesondere der Übergangsbereich zwischen Kühlmantel und Wellenleiter, zusätzlich von einem Strahlungsschirm abgeschirmt sein, um die bei den hohen Temperaturen der Schmelze erhebliche Wärmestrahlung zu reflektieren. Das Reflektionsvermögen eines solchen Strahlungsschirms ist auf das Frequenzspektrum der Wärmestrahlung der Schmelze bei der Betriebstemperatur abgestimmt, was in einfacher Weise durch geeignete Beschichtung, insbesondere Metallisierungen und/oder dielektrische Vielfachschichtsysteme, erzielt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hält der Kühlmantel die Elemente des Strömungs-Messgeräts auf Temperaturen unterhalb von 150° Celsius, bevorzugter unterhalb von 100° Celsius. Somit kann eine Beeinträchtigung oder gar ein Ausfall des Ultraschalltransducers und weiterer Elemente zuverlässig verhindert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlmantel von einem Kühlmedium durchströmt. Als Kühlmedium können beliebige Fluide eingesetzt werden, insbesondere Wasser. Dabei ist darauf zu achten, dass durch die Kühlung selbst nicht so starke Veränderungen der Bedingungen in der Glasherstellungsanlage verursacht werden, dass die tatsächlich dort stattfindenden Strömungen unzulässig beeinflusst werden. Dabei kann der Kühlmantel insbesondere doppelwandig ausgebildet sein.
Insgesamt wird dabei ein der zylindrisch ausgebildeter Kühlmantel verwendet, der das Strömungs-Messgerät und ein hinteres Ende des Ultraschall-Wellenleiters in seinem Innenraum aufnimmt. Dabei wird das vordere Ende des Kühlmantels von dem Ultraschall-Wellenleiter durchragt. In diesem Bereich kann das vordere Ende des Kühlmantels verjüngend ausgebildet sein, insbesondere konisch verjüngend oder halbkugelförmig.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird dabei ein Kühlmantel verwendet der aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente ausgebildet ist. Jedenfalls wird dabei dafür gesorgt, dass zumindest die der Glasherstellungsanlage ausgesetzte Außenhaut des Kühlmantels aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente ausgebildet ist. Somit kann das erfindungsgemäße Messverfahren insbesondere auch in hochkorrosiven Umgebungen und Schmelzen eingesetzt werden, ohne dass sich der Wellenleiter in allzu kurzer Zeit zersetzt.
Bevorzugte Anwendungen der Erfindung betreffen die Messung von Strömungen in einer Zinnschmelze einer Floatglasanlage. Dabei kann der Kühlmantel durch ein seitliches Verschlusselement der Floatglasanlage geführt sein. Somit werden die Temperaturverhältnisse in der Floatglasanlage nicht wesentlich. durch den Messvorgang beeinflusst.
Eine ganz besonders bevorzugte Anwendung stellt dabei die Messung der Strömung in einer Zinnschmelze in einer Floatglasanlage zur Herstellung von alkalifreien Dünngläsern für Displays dar.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Messverfahren jedoch auf beliebige andere Prozesse im Rahmen der Glasherstellung angewendet werden, insbesondere zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von oder in einer Glasschmelze, die beispielsweise in einer Wanne, Schmelzrinne, einem Schmelztiegel, einer Ziehdüse oder dergleichen strömt bzw. aufgenommen ist.
Figurenübersicht
Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden wobei sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:
1 in einem schematischen Längsschnitt eine Floatglasanlage gemäß dem Stand der Technik;
2 in einem schematischen Querschnitt eine Floatglasanlage, in welcher ein Messverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist; und
3 in einem schematischen Querschnitt weitere Einzelheiten der Floatglasanlage gemäß der 2.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleichwirkende Elemente oder Elementgruppen.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Gemäß der 2 ist in einer Floatglasanlage 1 eine Zinnschmelze 7 in einem von keramischen Bodensteinen 2 und keramischen Randsteinen 3 ausgebildeten Trog aufgenommen. Auf der Zinnschmelze 7 schwimmt das Glasband 9. Zu beiden Seiten des Glasbands 9 ist dieses beabstandet zu den Randsteinen 3. Wie im Zusammenhang mit der 1 ausgeführt, sind die Floatglasanlage 1 und der Trog mit der Zinnschmelze 7 im wesentlichen abgeschlossen, sodass Wärme oder Medien nur durch vergleichsweise kleine Ein- und Ausführschlitze und gegebenenfalls Beobachtungsöffnungen mit der Umgebung ausgetauscht werden, welche auch die Temperaturverhältnisse in der Anlage und somit auch die Strömungsverhältnisse in der Zinnschmelze 7 beeinflussen. Gemäß der 2 sind am Rand der Anlage eine oder mehrere Zugriffsöffnungen vorgesehen, die von Verschlusselementen 5 verschlossen sind. Gemäß der 2 durchragt das insgesamt mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnete Strömungs-Messgerät eine kleine Durchführungsöffnung oder einen Randspalt eines Verschlusselementes 5.
Die 3 zeigt ein bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendetes Strömungs-Messgerät 11 in einem vergrößerten Teilschnitt. Dieses umfasst den eigentlichen Sende- und/oder Empfangskopf (Ultraschall-Transducer) 13, der Ultraschall-Messsignale aussendet und/oder empfängt. Die Ultraschall-Messsignale durchlaufen den mit dem Ultraschall-Transducer 13 gekoppelten Ultraschall-Wellenleiter 12. Diese Anordnung befindet sich im Innenraum des hohlzylindrischen Kühlmantels 14, in dessen Inneren auch die Kabelzuleitungen 16 geführt sind. Der Kühlmantel 14 wird von einem Kühlfluid durchströmt, das dafür sorgt, dass die Elemente des Strömungs-Messgeräts auf Temperaturen unterhalb von 150°Celsius, bevorzugter unterhalb von 100°Celsius, gehalten werden. Der Kühlmantel 14 kann von einem Kühlfluid durchströmt werden, beispielsweise Kühlwasser. Das vordere Ende des Kühlmantels 14 ist konisch verjüngt, wobei der Wellenleiter 12 die Spitze des verjüngten Bereichs 15 durchragt und von diesem vorsteht. Der Wellenleiter 12 steht mit einem gewissen Teil seiner gesamten Länge von dem Abschnitt 15 vor. Diese vorstehende Länge kann etwas weniger als 30 cm, bevorzugter etwas weniger als 10 cm betragen.
Alle mit der Schmelze in Kontakt stehenden Bauteile, insbesondere der Wellenleiter 12 sind aus einem der Metalle Wolfram, Molybdän, Niob oder Tantal oder aus Legierungen oder einer Kombination von zumindest zwei der vorgenannten Elemente gefertigt. Auch der Kühlmantel 14 kann aus diesen Materialien gefertigt sein.
Gemäß der 2 taucht die vordere Spitze des Wellenleiters 12 unter einem spitzen Winkel in die Zinnschmelze 7 ein. Dabei ist der Kühlmantel 14 weiterhin beabstandet zur Zinnschmelze 7. Der Eintauchwinkel des Wellenleiters 12 bestimmt im Wesentlichen das Blickfeld des Strömungs-Messgeräts 11. Gemäß der 2 ist dieses auf den Bereich unterhalb des Glasbands 9 gerichtet. Durch Variieren des Eintauchwinkels kann selbstverständlich auch das Blickfeld verändert werden, sodass beispielsweise die Strömungen in Bereichen der Zinnschmelze zwischen den Seitensteinen und dem Rand des Glasbandes vermessen werden können.
Ein bei dem erfindungemäßen Messverfahren verwendetes Strömungs-Messgerät umfasst eine Steuer- und Auswerteeinheit, sodass anhand einer zwischen dem eingekoppelten und reflektierten Ultraschall-Messsignal auftretenden Frequenzverschiebung die Strömungsgeschwindigkeit der Zinnschmelze 7 bzw. der Volumen- und/oder Massedurchfluss bestimmt werden kann. Das verwendete Doppler-Prinzip kann nur eingesetzt werden, wenn in der Schmelze Inhomogenitäten vorliegen, an denen die Ultraschall-Messsignale reflektiert werden, insbesondere Verunreinigungen, Dichteunterschiede oder dergleichen. Die Verwendung des Doppler-Messprinzips ermöglicht jedoch, dass der Wellenleiter 12 nur über eine geringe Länge unter einem spitzen Winkel in die Schmelze einzutauchen braucht und dass auch nur ein Wellenleiter und ein Strömungs-Messgerät je Messpunkt in der Floatglasanlage erforderlich ist. Wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird, können Messungen an beliebigen Punkten entlang der Floatglasanlage vorgenommen werden, sodass sich insgesamt ein zwei- oder dreidimensionales Bild der Strömungsverhältnisse in der Zinnschmelze bestimmen lässt.

1: Floatglasanlage
2: keramischer Bodenstein
3: keramischer Randstein
4: keramischer Deckelstein
5: Verschlusselement
6: Umhüllung
7: Zinnschmelze
8: Glasschmelze
9: Floatglas
10: Fördereinrichtung
11: Sende- und Empfangskopf
12: Ultraschall-Wellenleiter
13: Ultraschallsender/-empfänger
14: Kühlmantel
15: vorderes Ende des Kühlmantels
16: Kabel/Signalleitung

Claims

Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einer heißen Glasschmelze oder Metallschmelze im Rahmen der Herstellung von Glas oder Floatglas bei Temperaturen oberhalb von 500°C mit einem Ultraschall-Strömungsmessgerät (11), das Ultraschall-Messsignale mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt, bei welchem Verfahren die Ultraschall-Messsignale des Ultraschall-Strömungsmessgeräts (11) über einen Wellenleiter (12), der aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente besteht und mit der Schmelze in Kontakt gebracht wird, in die Schmelze (7) eingekoppelt wird; Ultraschall-Messsignale, die in der Schmelze reflektiert werden, über den Ultraschall-Wellenleiter (12) aus der Schmelze (7) ausgekoppelt und zurück zu dem Ultraschall-Strömungsmessgerät (11) geleitet werden; und nach dem Doppler-Prinzip die Strömungsgeschwindigkeit bzw. ein Volumen- und/oder Massedurchfluss der Schmelze (7) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Wellenleiter (12) maximal 100 cm, bevorzugt maximal 30 cm lang ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wellenleiter (12) mit seinem vorderen Ende unter einem spitzen Winkel in die Schmelze (7) eintaucht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Strömungs-Messgerät (11) von einem Kühlmantel (14) umhüllt ist, um Elemente (12, 13, 16) des Strömungs-Messgeräts zu kühlen, wobei der Wellenleiter (12) durch ein vorderes Ende (15) des Kühlmantels (14) ragt und von diesem vorsteht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Kühlmantel (14) die Elemente des Strömungs-Messgeräts auf Temperaturen unterhalb von 150°Celsius, bevorzugter unterhalb von 100°Celsius hält.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Kühlmantel (14) von einem Kühlmedium durchströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Kühlmantel (14) aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelze eine Zinnschmelze (7) ist, die in einer Floatglasanlage (1) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kühlmantel durch ein seitliches Verschlusselement (5) der Floatglasanlage (1) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schmelze eine Glasschmelze ist.
Verwendung einer Messanordnung, mit den folgenden Merkmalen: einem Ultraschall-Strömungsmessgerät (11), das Ultraschall-Messsignale mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt; und einer Steuer- und Auswerteeinheit; wobei das Strömungs-Messgerät einen Wellenleiter (12) umfasst, der mit der Schmelze in Kontakt steht, um die Ultraschall-Messsignale in die Schmelze (7) einzukoppeln und Ultraschall-Messsignale, die in der Schmelze reflektiert werden, aus der Schmelze (7) auszukoppeln und zurück zu dem Ultraschall-Strömungsmessgerät (11) zu leiten, wobei der Wellenleiter (12) aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente besteht und die Steuer- und Auswerteeinheit ausgelegt ist, um die Strömungsgeschwindigkeit bzw. einen Volumen- und/oder Massedurchfluss der Schmelze (7) nach dem Doppler-Prinzip zu bestimmen; zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in einer bei der Herstellung von Glas oder Floatglas verwendeten heißen Glasschmelze oder Metallschmelze bei Temperaturen oberhalb von 500°Celsius oder zum Bestimmen des Volumen- und/oder Massedurchflusses einer Glasschmelze.
Verwendung nach Anspruch 11, wobei der Wellenleiter (12) maximal 100 cm, bevorzugter maximal 30 cm lang ist.
Verwendung nach Anspruch 11 oder 12, bei der der Wellenleiter (12) mit seinem vorderen Ende unter einem spitzen Winkel in die Schmelze (7) eintaucht.
Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Strömungs-Messgerät (11) von einem Kühlmantel (14) umhüllt ist, um Elemente (12, 13, 16) des Strömungs-Messgeräts zu kühlen, wobei der Wellenleiter (12) durch ein vorderes Ende (15) des Kühlmantels (14) ragt und von diesem vorsteht.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei der Kühlmantel (14) die Elemente des Strömungs-Messgeräts auf Temperaturen unterhalb von 150°C, bevorzugter unterhalb von 100°Celsius, hält.
Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Kühlmantel (14) von einem Kühlmedium durchströmt wird.
Verwendung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Kühlmantel (14) aus Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal oder einer Legierung oder Kombination aus zumindest zwei der vorgenannten Elemente besteht.
Verwendung nach einem der Ansprüche 11 bis 17 in einer Floatglasanlage (1), um die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Volumen- und/oder Massedurchfluss der Schmelze (7), insbesondere einer verwendeten Zinnschmelze, nach dem Doppler-Prinzip zu bestimmen.
Verwendung nach Anspruch 18, wobei der Kühlmantel durch ein seitliches Verschlusselement (5) der Floatglasanlage (1) geführt wird.