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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Elektroden bei der Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei der Herstellung von Gläsern und Glasprodukten, wie beispielsweise Glasrohren oder Glasstäben, wird die Ausgangssubstanz, nämlich das sogenannte Glasgemenge, zunächst eingeschmolzen und anschließend geläutert, um die physikalisch und chemisch in der Glasschmelze gebundenen Gase bzw. Gasblasen freizusetzen und zu entfernen. Anschließend wird die Glasschmelze in einem nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt zu einem Glas- oder Glasprodukt weiterverarbeitet. Dazu ist es häufig erforderlich, die geläuterte Glasschmelze weiter zu konditionieren und deren Temperatur geeignet zu beeinflussen, beispielsweise um eine für die Weiterverarbeitung erforderliche Viskosität zu erzielen. Hierzu ist eine gezielte Temperaturbeeinflussung der Glasschmelze erforderlich.
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An diesem Punkt setzt mm die vorliegende Erfindung an, denn diese betrifft die gezielte Temperaturbeeinflussung der Glasschmelze mittels Heizelektroden in einem rinnenartigen Abschnitt, der zur Weiterleitung der geläuterten Glasschmelze zu dem nachgeordneten bzw. stromabwärts befindlichen Verarbeitungsabschnitt dient. Solche rinnenartigen Abschnitte sind gemäß dem Stand der Technik üblicherweise aus einem Feuerfest-Material gebildet, dessen Innenwände, die mit der Glasschmelze in Kontakt stehen, üblicherweise nicht ausgekleidet sind und die mit einer oder mehreren Heizelektroden versehen sind, welche in die Glasschmelze eintauchen. Durch Anlegen eines Stroms, insbesondere eines Wechselstroms, kann so die Temperatur der Glasschmelze beeinflusst werden.
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Die hierzu erforderlichen Heizelektroden bestehen aus einem Metall, das in der Glasschmelze korrodieren und sich zersetzen kann. Dies führt zu Spuren und Einschlüssen in dem Glas bzw. Glasprodukt, was dessen Qualität mindert und unerwünscht ist. Insbesondere bei der Verwendung von Heizelektroden aus Molybdän (Mo) kann es bei der Oxidation in der Glasschmelze zum Auftreten von gelösten Molybdän-Oxiden in der Glasschmelze kommen, was bei der weiteren Verarbeitung des Glasprodukts, beispielsweise eines Glasrohrs, in reduzierenden Flammen, beispielsweise beim Abschmelzen in der Flamme eines Gasbrenners, als charakteristisch gelbbrauner Streifen die Qualität des Glasprodukts mindert. Eine solche durch Korrosion bedingte oxidative Zersetzung von Heizelektroden kann grundsätzlich auch bei anderen Heizelektroden-Materialien auftreten.
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In diesem Zusammenhang sind die folgenden Schutzmaßnahmen zur Minderung der Korrosion von Heizelektroden in Glasschmelzöfen und -anlagen bekannt. Das
US-Patent 4,638,491 A offenbart ein Verfahren zum Schutz der Heizelektroden eines Glasschmelzofens durch Anlegen einer Gleichspannung an die Heizelektroden über Gegenelektroden oder -anoden. Die Heizkathoden bestehen bevorzugt aus Molybdän (Mo) und an diese wird eine Wechselspannung angelegt, um die Glasspannung zu halten. In der Nähe der Wandung des Glasschmelzofens befinden sich eine Mehrzahl von als Anoden wirkenden Gegenelektroden, die bevorzugt aus Platin (Pt) ausgebildet sind. An diese Gegenelektroden bzw. Anoden wird eine niedrige Gleichspannung angelegt. Mit dieser Schutzmaßnahme konnte eine Minderung der Korrosionsrate der Mo-Heizkathoden bei akzeptablem Gewichtsverlust der Pt-Gegenelektrode beobachtet werden.
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Eine entsprechende Schutzmaßnahme an einem Glasschmelzofen ist in
KR 2003-0044607 A offenbart.
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DE 198 02 071 A1 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zum direkten elektrischen Beheizen von Glasschmelzaggregaten, bei dem dem der Heizung der Schmelze dienenden Wechselstrom eine Gleichstromkomponente aufgeprägt wird. Der Heizstrom ist üblicherweise ein Wechselstrom mit einer niedrigen Frequenz, beispielsweise 50 Hz. Ein solcher Wechselstrom kann die Elektroden passivieren, so dass der Abtrag von Elektrodenmaterial in Glasschmelzen reduziert werden kann. Dies gelingt insbesondere auch bei Mo-Elektroden. Beobachtet wird eine kathodische Passivierung (an der negativ geschalteten Elektrodenreihe), die den Abtrag von Kationen des Elektrodenmaterials, beispielsweise Mo
3+, in die Glasschmelze verhindert. Ausserdem wird auch eine anodische Passivierung an der positiv geschalteten Elektrodenreihe beobachtet.
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DE 199 55 827 A1 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur Unterdrückung der Bildung von O
2-Gasblasen an der Kontaktfläche zwischen einer Glasschmelze und einem aus einem Edelmetall bestehenden Teil einer Glasschmelzvorrichtung, insbesondere der Edelmetallauskleidung einer Speiserinne. Der aus Edelmetall bestehende Teil wird elektrisch leitend mit einer oder mehreren Elektroden verbunden, die beabstandet von dem aus Edelmetall bestehenden Teil der Glasschmelze angeordnet ist bzw. sind, wobei zwischen der Elektrode und dem aus Edelmetall bestehenden Teil ein Potentialgefälle erzeugt wird. Die Elektroden bestehen aus einem Refraktärmetall, insbesondere Molybdän. Die aus einem solchen Refraktärmetall bestehende Elektrode löst sich allmählich in der Glasschmelze auf, indem sie positiv geladene Metall-Ionen in die Glasschmelze entlässt. Die zurückbleibenden Elektroden laden die Elektrode solange negativ auf, bis ein ausreichendes Potentialgefälle zur Edelmetall-Auskleidung in dem aus Edelmetall bestehenden Teil der Glasschmelzvorrichtung entstanden ist. Über eine Verbindungsleitung werden die Elektroden zur Edelmetall-Auskleidung befördert, wo sie den nach Abwanderung des Wasserstoffs durch die Edelmetallauskleidung zurückbleibenden Sauerstoff ionisieren und so die Entstehung von Gasblasen unterdrücken. Es handelt sich hier also um ein Verfahren zur Passivierung von mit der Glasschmelze in Kontakt stehenden Metalloberflächen.
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DE 10 2006 003 534 A1 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze in einer Schmelz- und/oder Läutereinheit, bei welchem Verfahren zur Beheizung der Glasschmelze mittels Widerstandsbeheizung wenigstens zwei Heizelektroden im Kontakt zur Glasschmelze angeordnet werden und zumindest eine Gegenelektrode bereitgestellt wird, wobei zumindest eine Heizelektrode gegenüber der Gegenelektrode auf ein Potential eingestellt wird, bei welchem Oberflächenreaktionen des Heizelektrodenmaterials mit Reaktionspartnern aus der Glasschmelze verhindert werden. Durch das Bereitstellen der Gegenelektrode und das Anlegen eines Potentials zwischen zumindest einer Heizelektrode und der Gegenelektrode werden die Elektroden ausreichend vor Korrosion geschützt. Unter Heizstrombelastung erfolgt im Wesentlichen kein Abtrag von Teilchen des Elektrodenmaterials, was in einer signifikanten Reduktion der Blasenbildung in der Glasschmelze resultiert.
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WO 2007/085398 A2 der Anmelderin offenbart ein weiteres Verfahren zur Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze mit einem entsprechenden Aufbau, bei dem während eines Startvorgangs, das heißt beim Anfahren der Glasschmelzanlage, zusätzliche Tauchelektroden und/oder Opferelektroden in das Schmelzgut eingetaucht werden und über diese ein Strom durch das Schmelzgut geführt wird. Dies bietet die Möglichkeit, dass auf eine drastische Erhöhung der Spannung zum Anfahren des Glasschmelzaggregats verzichtet werden kann. Zur Ankopplung der Opferelektroden und/oder Tauchelektroden kann je nach der Leitfähigkeit der Glasschmelze und Geometrie des Gefäßes und der Elektrodengeometrie mit einer Spannung von etwa 1000 V gefahren werden.
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GB 1137096 A offenbart eine Glasschmelzvorrichtung mit Opferelektroden in geeigneter Beschaltung. Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Schmelzwanne mit einer gut leitenden Oberfläche aus Zinnoxid überzogen oder besteht daraus und werden die Heizelektroden so beschaltet und betrieben, dass eher diese korrodieren als die Innenwände der Schmelzwanne. Offenbart wird auch eine zweite Ausführungsform, bei der die Innenwände der Schmelzwanne eine nennenswerte elektrische Leitfähigkeit aufweisen und die Heizelektroden so beschaltet und betrieben werden, dass eher diese korrodieren als die Innenwände der Schmelzwanne. Um die ausreichende elektrische Leitfähigkeit bereitzustellen, sind die Innenwände der Schmelzwanne ebenfalls mit Zinnoxid oder ähnlichem Material überzogen.
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Die Anordnung einer Opferelektrode oder eines Opferelements in einem Abfluss, über den ein Teil der Glasschmelze, der nicht weiter verarbeitet wird, abgelassen wird, ist nicht offenbart.
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US 4796276 A offenbart eine Glasschmelzwanne, bei der eine Korrosion der Innenwände dadurch verhindert wird, dass beabstandet zu den Innenwänden eine Innenauskleidung angeordnet ist, die auf ein negatives Potential geschaltet wird und aus einem edleren Metall bestehen soll als eine nicht näher dargestellte Opferelektrode, die auf einem positivem Potential geschaltet sein soll. Die Anordnung einer Opferelektrode oder eines Opferelements in einem Abfluss, über den ein Teil der Glasschmelze, der nicht weiter verarbeitet wird, abgelassen wird, ist ebenfalls nicht offenbart.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einer Vorrichtung zur Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze mittels einfacher Maßnahmen eine Korrosion von Heizelektroden, insbesondere von Mo-Heizelektroden, signifikant zu mindern oder gar zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, durch ein entsprechendes Verfahren nach Anspruch 12 sowie durch die Verwendung einer solchen Vorrichtung bzw. eines solchen Verfahrens nach Anspruch 22. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.
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Somit geht die vorliegende Erfindung aus von einer Vorrichtung zur Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze, die einen rinnenartigen Abschnitt aufweist, der kontinuierlich oder diskontinuierlich mit einer Glasschmelze gespeist ist und mit einem nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt zur Weiterverarbeitung der Glasschmelze in Verbindung steht und einer gezielten Temperaturbeeinflussung und/oder Konditionierung der Glasschmelze dient. Hierzu sind in dem rinnenartigen Abschnitt Heizelektroden angeordnet, die in die Glasschmelze eintauchen und an welche eine Wechselspannung angelegt wird, um die Glasschmelze zu heizen. Während der rinnenartige Abschnitt bevorzugt nicht mit einem Metall, insbesondere Edelmetall, ausgekleidet ist, sondern aus einem Feuerfest-Material ausgebildet ist, ist in dem nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt eine Innenauskleidung aus einem Metall vorgesehen, insbesondere aus einem Edelmetall, womit der Verarbeitungsabschnitt zumindest abschnittsweise, bevorzugt in sämtlichen Abschnitten, die mit der weiter zu verarbeitenden Glasschmelze in Kontakt stehen, ausgekleidet ist.
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Erfindungsgemäß ist in dem Bereich eines Ablaufs des rinnenartigen Abschnitts oder des Verarbeitungsabschnitts eine Opferelektrode oder ein Opferelement vorgesehen, welche(s) aus einem unedleren Metall als das Metall der Innenauskleidung besteht. In der Reaktionslösung, das heißt der Glasschmelze, wird somit erfindungsgemäß das unedlere Metall der Opferelektrode bzw. des Opferelements oxidiert und in der Glasschmelze gelöst. Dieser Teil der Glasschmelze gelangt erfindungsgemäß jedoch nicht in den nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt. Vielmehr wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass dieser Teil der Glasschmelze über den zugeordneten Ablauf unmittelbar aus der Vorrichtung, insbesondere aus dem rinnenartigen Abschnitt, entfernt wird, ohne dass hiermit der nachgeordnete Verarbeitungsabschnitt gespeist wird. Die oxidative Zersetzung der Opferelektrode bzw. des Opferelements führt zu einem elektrochemischen Schutz der übrigen Heizelektroden, ohne dass es dadurch zu einer Minderung der Glasqualität durch die oxidative Zersetzung der Opferelektrode bzw. des Opferelements käme. Somit kann erfindungsgemäß Glas bzw. Glasprodukte mit noch höherer Qualität bereitgestellt werden.
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Hierzu wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn über den zugeordneten Ablauf nur ein vergleichsweise geringer Teil der Glasschmelze abgelassen wird. Versuchsreihen der Erfinder haben hierzu ergeben, dass überraschenderweise nur ein vergleichsweise geringer Teil der weiter zu verarbeitenden Glasschmelze abgelassen zu werden braucht. Dieser Ablauf braucht auch nicht kontinuierlich geöffnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform genügt es, wenn dieser Ablauf jedenfalls dann, wenn an den Heizelektroden eine Heizspannung zum Widerstandsheizen der Glasschmelze anliegt, geöffnet ist, um den vorgenannten Teil der Glasschmelze dann kontinuierlich abzulassen. Auch der rinnenartige Abschnitt braucht erfindungsgemäß grundsätzlich nicht kontinuierlich mit einer Glasschmelze gespeist werden, er kann vielmehr auch diskontinuierlich, beispielsweise batch-weise gespeist werden.
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Während an die Heizelektroden somit erfindungsgemäß vergleichsweise hohe Spannungen bzw. Ströme, nämlich Wechselspannungen bzw. Wechselströme angelegt werden, genügt es erfindungsgemäß, wenn an die Opferelektrode bzw. das Opferelement eine vergleichsweise geringe Gleichspannung angelegt wird. Hierzu sind geeignete Schaltungen aus dem Stand der Technik bekannt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Ablauf an einem unteren Ende des rinnenartigen Abschnittes vorgesehen, so dass der über den zugeordneten Ablauf abzulassende Teil der Glasschmelze der Schwerkraft folgend und ohne weiteren Antrieb abgelassen werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann dieser Ablauf auch in einem Strömungstotraum des rinnenartigen Abschnittes vorgesehen sein, also einem Bereich, in welchem nahezu keine Glasströmung zur Speisung des nachgeordneten Verarbeitungsabschnittes vorherrscht, sondern eine Strömung nur durch ein auch nur vorübergehendes Öffnen des Ablaufs in diesem Bereich ausgebildet wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können entsprechende Maßnahmen auch im Bereich des Verarbeitungsabschnittes vorgesehen sein, beispielsweise in Gestalt eines Überlaufs an einem oberen Ende des Verarbeitungsabschnittes, der entsprechend als Ablauf im vorgenannten Sinne wirkt und mit einer Opferelektrode oder einem Opferelement in entsprechender Weise bestückt ist. Ein solcher Überlauf dient bevorzugt einem nur vorübergehenden Ablassen von Glasschmelze dann, wenn allzu viel Glasschmelze in dem nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt vorherrscht, dieser also zu stark mit Glasschmelze gespeist wird. Ein solcher Überlauf kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Verarbeitungsabschnitt als Rohrziehkopf zum Ziehen von Glasrohren ausgebildet ist
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der minimale Abstand zwischen der Opferelektrode bzw. dem Opferelement und einem zugeordneten vorderen Ende der Innenauskleide kleiner als der minimale Abstand zwischen den Heizelektroden und dem zugeordneten vorderen Ende der Innenauskleidung. Mit zugeordnetem „vorderen” Ende ist in diesem Zusammenhang das dem Opferelement bzw. der Opferelektrode zugewandte Ende der Innenauskleidung gemeint. Bekanntermaßen wirkt die Glasschmelze aufgrund des für jede Temperatur spezifischen Ohmschen Widerstands als Ersatzwiderstand und somit als Stromleitungspfad. Wenn nun der minimale Abstand zwischen der Opferelektrode bzw. dem Opferelement und der Innenauskleidung kleiner ist als der Abstand zu den Heizelektroden, wird erfindungsgemäß nur das Opferelement bzw. die Opferelektrode, nicht jedoch die am nächsten zur Innenauskleidung befindliche Heizelektrode oxidativ zersetzt. Denn zersetzt wird in der als Reaktionslösung wirkenden Glasschmelze das unedlere Metall, das mit dem geringsten elektrischen Widerstand „erreichbar” ist. Entsprechend kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektrische Widerstand über die Glasschmelze zwischen der Opferelektrode oder dem Opferelement und dem zugeordneten „vorderen” Ende der Innenauskleidung kleiner sein als der entsprechende elektrische Widerstand über die Glasschmelze zwischen den Heizelektroden und dem zugeordneten „vorderen” Ende der Innenauskleidung.
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Grundsätzlich können die Heizelektroden und die Opferelektrode oder das Opferelement auch aus demselben Metall bestehen, wobei dieses Metall unedler sein muss als das Metall der Innenauskleidung und wobei dann dafür gesorgt werden muss, dass die Opferelektrode oder das Opferelement gegenüber den Heizelektroden auf einem positiven Gleichspannungspotential gehalten ist. Insbesondere bei der Herstellung von Borosilikatglas werden in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß Heizelektroden aus Molybdän (Mo) bevorzugt. Zweckmäßig ist der Verarbeitungsabschnitt innen mit Platin (Pt) ausgekleidet. In diesem Zusammenhang haben sich Opferelektroden bzw. Opferelemente aus Molybdän bewährt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch die Heizelektroden und die Opferelektrode oder Opferelement aus unterschiedlichen Metallen ausgebildet, wobei das Metall der Opferelektrode oder des Opferelements unedler sein sollte sowohl als das Metall der Heizelektroden als auch das Metall der Innenauskleidung. In einem solchen Fall muss eine Gleichspannung zwischen den Heizelektroden und der Opferelektrode oder dem Opferelement angelegt werden. Geeignete Materialpaarungen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet beim Blick in die elektrochemische Spannungsreihe ohne weiteres ersichtlich sein. Insbesondere bei der Herstellung von Borosilikatglas werden in diesem Zusammenhang erfindungsgemäß Heizelektroden aus Molybdän (Mo) bevorzugt. Zweckmäßig ist der Verarbeitungsabschnitt innen mit Platin (Pt) ausgekleidet In diesem Zusammenhang müssen Opferelektroden bzw. Opferelemente aus einem Metall bestehen, das unedler ist als Molybdän. Bei dieser Ausführungsform wird es bevorzugt, an die Opferelektrode oder das Opferelement eine gegenüber der Innenauskleidung auf einem vorbestimmten Potential liegende Gleichspannung anzulegen.
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Zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine zentrale Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche Rinnenauslässe, den Ablauf, den Ablauf, die Heizelektroden, die Opferelektrode bzw. das Opferelement und gegebenenfalls auch die weiter zur Heizung der Glasschmelze in dem Verarbeitungsabschnitt dienende Innenauskleidung geeignet ansteuert und mit Strom versorgt oder entsprechend hierzu ausgelegte Stromversorgungen geeignet schaltet
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ein entsprechend ausgelegtes Verfahren zur Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze in einem rinnenartigen Abschnitt, wie vorstehend beschrieben.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung bzw. eines entsprechenden Verfahrens zur Temperaturbeeinflussung einer Glasschmelze in einer Glasherstellungslage, insbesondere einer Glasrohrziehanlage.
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Figurenübersicht
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Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Vorteile, Merkmale und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:
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1 in einem schematischen Querschnitt eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 in einem schematischen Querschnitt eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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3 in einem schematischen Querschnitt eine Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer nicht dargestellten Anlage zur Herstellung von Rohrglas. Gemäß der 1 weist diese Anlage einen rinnenartigen Abschnitt 1, der als Speiser und/oder Verteilersystem wirkt, und einen nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt 2 auf, der als Rohrziehkopf ausgebildet ist und über den Verengungsabschnitt 7 von dem rinnenartigen Abschnitt 1 mit Glasschmelze versorgt wird. Beide Abschnitte 1, 2 sind aus einem Feuerfest-Material in der bekannten Weise ausgebildet. Während der rinnenartige Abschnitt 1 innen nicht mit einem Metallblech ausgekleidet ist, ist der Rohrziehkopf 2 und zumindest ein Teil der Innenoberfläche des Verengungsabschnittes 7 mit einem Metallblech aus Platin (Pt) 12 in der bekannten Weise ausgekleidet. Am oberen Ende 9 des Rohrziehkopfs 2 ist ein Überlauf 13 mit einem Auslass 14 vorgesehen, so dass überschüssige Glasschmelze, beispielsweise dann, wenn Glasschmelze mit zu hohem Druck durch den rinnenartigen Abschnitt fließt, abgelassen wird. Auf diese Weise können in dem Rohrziehkopf 2 gleichbleibende Produktionsverhältnisse gewährleistet werden.
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Der rinnenartige Abschnitt 1 wird von einem Boden 3 und einer oberen Abdeckung 4 ausgebildet, die am stromabwärtigen Ende in den Verengungsabschnitt 7 mit einem rechteckförmigen, quadratischen, kreisrunden, elliptischen oder beliebigen anderen Querschnitt übergeht. Solche rinnenartigen Abschnitte können vergleichsweise lang ausgebildet sein und auch als Pufferspeicher zur Aufbewahrung der Glasschmelze dienen, so dass der Rohrziehkopf 2 kontinuierlich und gleichbleibend mit Glasschmelze gespeist werden kann. Über die Länge des rinnenartigen Abschnittes 1 kommt es zu einem Temperaturverlust, um diesem entgegenzuwirken, sind in dem rinnenartigen Abschnitt 1 eine Mehrzahl von Heizelektroden 20 vorgesehen, die sich bei dem Ausführungsbeispiel durch die obere Abdeckung 4 hindurch erstrecken und in die Glasschmelze eintauchen. Bevorzugt werden hierzu regelmäßige Anordnungen von Heizelektroden 20, beispielsweise in Matrixform. Die Heizelektroden 20 heizen die Glasschmelze gezielt auf, so dass die Glasschmelze geeignet konditioniert werden kann und mit gleichbleibender Qualität, insbesondere Viskosität an den Rohrziehkopf 2 übergeben werden kann.
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Der Rohrziehkopf 2 ist insgesamt zylindrisch ausgebildet und weist einen nach oben offenen oberen Abschnitt 9 und einen sich am unteren Ende verjüngenden unteren Abschnitt 10 auf, über den die Glasschmelze in der bekannten Weise abgezogen wird, um ein Glasrohr (oder alternativ einen Glasstab) auszubilden. Mit solchen Rohrziehköpfen können hohe Durchsatzmengen realisiert werden. Um einen Abrieb von Feuerfest-Material von den Innenwänden des Rohrziehkopfs 2 zu verhindern, aber auch zu dem Zweck einer weiteren Widerstandsbeheizung der in dem Rohrziehkopf 2 befindlichen Glasschmelze, ist die Innenwand des Rohrziehkopfs 2 mit einem Metallblech ausgekleidet, bevorzugt mit Pt-Blechen, die auch zusammengeschweißt sein können.
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Zur Widerstandsheizung der Glasschmelze in dem rinnenartigen Abschnitt 1 wird an die Heizelektroden 20 aus Molybdän ein hoher Wechselstrom angelegt. Die Verwendung von Mo-Heizelektroden wird insbesondere bei der Verarbeitung von Borosilikatglas bevorzugt Da Molybdän unedler ist als Platin, käme es bei einer solchen Anordnung ohne weitere Schutzmaßnahmen zu einer Korrosion der Mo-Heizelektroden, was neben zusätzlichen Problemen bei der geeigneten Temperaturbeeinflussung der Glasschmelze auch zur Auflösung von Molybdän-Oxiden in der Glasschmelze führt, die in den Rohrziehkopf mitgenommen werden und bei der weiteren Verarbeitung der Glasrohre in reduzierenden Flammen als störende gelbbraune Streifen in Erscheinung treten.
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Um eine solche Korrosion der Heizelektroden zu verhindern, ist erfindungsgemäß am unteren Ende des rinnenartigen Abschnitts 1 ein Auslass 6 vorgesehen, der bevorzugt permanent geöffnet ist, um einen kleinen Teil der Glasschmelze abzulassen, der gemäß einer alternativen Ausführungsform jedoch auch vorübergehend geschlossen werden kann, der jedenfalls aber dann geöffnet ist, wenn an die Heizelektroden 20 ein Wechselstrom zum Widerstandsheizen der Glasschmelze angelegt wird. Im Bereich des Auslasses 6, genauer gesagt bei dem Ausführungsbeispiel unmittelbar unterhalb des Auslasses 6, taucht über die Seitenwand des Abschnittes 5 eine weitere Opferelektrode 23 aus einem unedleren Metall als Platin in die Glasschmelze ein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel muss die Opferelektrode 23 aus einem unedleren Metall als die Heizelektroden 20 bestehen, also aus einem Metall, dass unedler ist als Molybdän. Wie der 1 ohne weiteres entnommen werden kann, ist der geometrische Abstand zwischen der Heizelektrode 23 und dem dieser zugewandten vorderen Ende der Innenauskleidung 12 kleiner als der Abstand zwischen jeder der Heizelektroden 20 und diesem vorderen Ende der Innenauskleidung 12. Genauer gesagt, ist die Länge eines stromleitenden Pfads durch die Glasschmelze zwischen der Opferelektrode 23 und dem vorderen Ende der Innenauskleidung 12 kürzer als der entsprechende stromleitende Pfad zwischen jeder der Heizelektroden 20 und dem vorderen Ende der Innenauskleidung 12. In der 1 symbolisieren die Bezugszeichen 22 bzw. 25 den jeweiligen Ersatzwiderstand über die Glasschmelze zwischen der Opferelektrode bzw. einer jeweiligen Heizelektrode 20 und dem zugewandten vorderen Ende der Innenauskleidung 12. Anders ausgedrückt ist der Ersatzwiderstand 25 kleiner als jeder Ersatzwiderstand 22. Somit kommt es erfindungsgemäß zwar zu einer oxidativen Zersetzung der Opferelektrode 23. Diese mindert jedoch nicht die Qualität der Glasschmelze, da die entsprechenden Zersetzungsprodukte nicht in den nachgeordneten Verarbeitungsabschnitt 2 gelangen sondern vielmehr erfindungsgemäß über den Auslass 6 abgelassen werden, ohne weiterverarbeitet zu werden.
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Gemäß der
1 wird mittels des Heiztrafos
21 an die Heizelektroden
20 ein hoher Wechselstrom zum Widerstandsheizen der Glasschmelze angelegt. Weiter wird mittels des Trafos
24 eine bevorzugt geringe Gleichstromleistung an die Opferelektrode
23 angelegt, die beispielsweise im Bereich von 1 W bis 4 W liegen kann. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine Gleichspannungswelle. Geeignete Schaltungen sind dem Fachmann hierzu aus dem Stand der Technik bekannt Zu diesem Zwecke sei beispielhaft auf die vorgenannte
US 4,638,491 A ,
DE 198 02 071 A1 und
DE 199 55 827 A1 verwiesen, deren gesamter Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich mit beinhaltet sei.
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Auf diese Weise kann der nachgeordnete Rohrziehkopf 2 gleichbleibend und mit einer Glasschmelze hoher Qualität gespeist werden. Wie in der 1 ersichtlich, ist in entsprechender Weise im Bereich des Überlaufs 13, 14 eine weitere Opferelektrode 26 angeordnet, die sich im Falle eines Überlaufs von Glasschmelze durch diesen Bereich ebenfalls in entsprechender Weise zersetzt, um einer oxidativen Zersetzung der Heizelektroden 20 entgegenzuwirken. Diese Opferelektrode 26 wird über den Trafo 27 bevorzugt mit einer niedrigen Gleichspannung versorgt. Das Bezugszeichen 28 kennzeichnet den entsprechenden Ersatzwiderstand zwischen der Opferelektrode 26 und dem dieser zugewandten vorderen Ende der Innenauskleidung 12 über die Glasschmelze, welcher erfindungsgemäß kleiner ist als jeder Ersatzwiderstand 22 zwischen einer beliebigen der Heizelektroden 20 und dem dieser zugewandten vorderen Ende der Innenauskleidung 12.
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Gemäß der 1 kann der Bereich 5 am unteren Ende des rinnenartigen Abschnitts als Strömungstotraum ausgebildet sein, durch den bei geschlossenem Ablauf 6 im Wesentlichen keine Glasschmelze strömt, die in den nachgeordneten Rohrziehkopf 2 gelangt. Die Glasschmelze wird vielmehr lediglich aufgrund der Schwerkraft durch den in diesem Bereich befindlichen Auslass 6 gedrückt Damit die Strömungsrate durch den Ablauf 6 kleiner, bevorzugt erheblich kleiner ist, als durch den Verengungsabschnitt 7 zum Rohrziehkopf 2, wird der Querschnitt des Ablaufs 6 entsprechend eingestellt und/oder kann dieser vorübergehend verschließbar ausgebildet sein.
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Die vorliegende Erfindung basiert somit maßgeblich auf der Erkenntnis, eine geeignete Materialpaarung von Heizelektrode(n), Opferelektrode und Innenauskleidung zu wählen, wozu ein einfacher Blick in die elektrochemische Spannungsreihe genügt, bei der es sich bekanntermaßen um eine Auflistung von Redox-Paaren nach ihrem Standardelektrodenpotential handelt (Redox-Potential unter Standardbedingungen). In dieser Reihe, auch Redox-Reihe genannt, werden nebeneinander die oxidierte und reduzierte Form sowie die Anzahl der übertragenen Elektronen und das Standardpotential eines Redox-Paares aufgeführt. Die einzelnen Redoxpaare werden entweder nach aufsteigendem oder absteigendem Standardelektrodenpotential geordnet. Jede Redox-Reaktion kann man so durch zwei Paare beschreiben und aus der elektrochemischen Spannungsreihe die Richtung von Reaktionen voraussagen. Wichtig ist, dass erfindungsgemäß jedenfalls für die Opferelektrode bzw. das Opferelement 23, 26 ein unedleres Metall gewählt wird als das Metall der Innenauskleidung 12. Hierzu kommen grundsätzlich beliebige geeignete Materialpaarungen in Betracht. Erfindungsgemäß bevorzugt wird jedoch, wenn die Heizelektroden 20 aus Molybdän bestehen und die Innenauskleidung 12 aus Platin. Dabei können die Opferelektrode 23 und/oder das Opferelement 26 nur dann auch aus Molybdän bestehen, wenn diese auf einem geeigneten Potential relativ zu den Heizelektroden 20 und der Innenauskleidung 12 gehalten werden. Ansonsten muss die Opferelektrode 23 und/oder das Opferelement 26 zwingend aus einem unedleren Metall sowohl als die Heizelektroden 20 als auch die Innenauskleidung 12 bestehen.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem abweichend zur 1 zur Versorgung der Opferelektrode 23 eine Gleichspannungsquelle 30 potentialfrei geschaltet ist. Gemäß der 2 ist der Pluspol mit der Opferelektrode 23 verbunden, während der Minuspol sein Potential mit den Heizelektroden 20 teilt. Hierzu sind entsprechende Verbindungsleitungen 31 bzw. 32 vorgesehen. Zur Versorgung der Opferelektrode 23 kann eine Gleichstromleistung von 1 W bis 4 W ausreichend sein, somit die Opferelektrode also nicht zwingend mit zur Heizung der Glasschmelze verwendet zu werden braucht. Somit kann der Heiztrafo 24 bei dieser Ausführungsform auch weggelassen werden. Auch bei dieser Ausführungsform wird es bevorzugt, wenn die Opferelektrode 23 aus einem unedleren Metall sowohl als die Heizelektroden 20 als auch die Innenauskleidung 12 besteht.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem alternativ zur Opferelektrode 23 gemäß der 2 bei entsprechender Beschaltung ein Opferelement 33 unterhalb des Ablaufs 6 vorgesehen ist. Das Opferelement 33 ist vorzugsweise aus Eisen und damit unedler als Platin und Molybdän und wird in entsprechender Weise oxidiert, ohne dass Verunreinigungen hiervon in die weiterzuverarbeitende Glasschmelze gelangen können. Auch bei dieser Ausführungsform wird es bevorzugt, wenn die Opferelektrode 23 aus einem undleren Metall sowohl als die Heizelektroden 20 als auch die Innenauskleidung 12 besteht, beispielsweise aus Eisen. Da das Opferelement 33 bei dieser Ausführungsform nicht als Heizelektrode bzw. Heizelement diesen soll, kann der Heiztrafo 24 bei dieser Ausführungsform auch weggelassen werden.
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Wie dem Fachmann bei Vergleich der Schaltungen gemäß den 2 und 3 ohne weiteres ersichtlich sein wird, können gemäß einer weiteren Ausführungsform sowohl die Opferelektrode 23 (vgl. 2) als auch das Opferelement 33 im Bereich des Auslasses 6 (vgl. 3) mit entsprechender Beschaltung vorgesehen sein.
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Wie dem Fachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich sein wird, eignet sich der erfindungsgemäße Lösungsansatz grundsätzlich zur Verarbeitung beliebiger Glasschmelzen und auch zum Einsatz bei beliebigen Glasherstellungs-Anlagen. Einzelne vorstehend offenbarte Gesichtspunkte, wie nachfolgend beansprucht, können auch in anderer Weise als spezifisch vorstehend offenbart, miteinander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rinne
- 2
- Rohrziehkopf
- 3
- Boden
- 4
- obere Abdeckung
- 5
- Abschnitt, Bereich, Strömungstotzone
- 6
- Auslass
- 7
- Verengungs-/Übergangsbereich
- 8
- Zylindrische Seitenwand
- 9
- oberes Ende
- 10
- verjüngter Abschnitt
- 11
- Auslass/Rohrziehdüse
- 12
- Platin-Innenauskleidung
- 13
- Überlauf
- 14
- Überlauf-Auslass
- 20
- Heizelektroden
- 21
- Heiztrafo
- 22
- Glasbad-Widerstand
- 23
- Opferelektrode
- 24
- Heiztrafo
- 25
- Glasbad-Widerstand
- 26
- Opferelektrode
- 27
- Heiztrafo
- 28
- Glasbad-Widerstand
- 30
- Gleichspannungsquelle
- 31
- Leitung
- 32
- Leitung
- 33
- Opferelement
