DE102012104151A1

DE102012104151A1 - Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre

Info

Publication number: DE102012104151A1
Application number: DE201210104151
Authority: DE
Inventors: Diether Böttger; Sonja Nowak-Böttger
Original assignee: Eglasstrek Patent Promotion and Awarding GmbH
Current assignee: Eglasstrek Patent Promotion and Awarding GmbH
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-14
Also published as: WO2013167607A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre, mit mindestens einem das Edelmetallrohr umfassenden ersten Edelmetallring, mindestens einem zweiten Stromleitungsring und mindestens einer Hauptstromzuführung, die in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden sind. Um eine Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre mit elektrischem Strom bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen ist und bei der eine Beschädigung der Stromleitungsringe durch eine übermäßige Erhitzung verhindert wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest der zweite Stromleitungsring aus mindestens zwei Teilringen besteht, die parallel geschaltet und axial oder radial nebeneinander angeordnet sind und die auf dem größten Teil ihrer benachbarten Flächen nicht in elektrischen Kontakt miteinander stehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre, mit mindestens einem das Edelmetallrohr umfassenden ersten Edelmetallring, mindestens einem zweiten Stromleitungsring und mindestens einer Hauptstromzuführung, die in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden sind.
Bei der Herstellung von Glasprodukten wird das in einer Schmelzwanne geschmolzene Glas durch ein System aus Edelmetallrohren, mit z.B. Steig- und Fallrohrverteilern, Steig- und Fallrohren, Entgasungsanlagen, Vakuum-Entgasungsanlagen, Rührkammern, Plungerkammern und Kühlrohren, zu der jeweiligen Formgebungsstation geführt. Damit die Temperatur des geschmolzenen Glases während des Transports nicht unter die Bearbeitungstemperatur fällt oder dieses in den Edelmetallrohren erstarrt, sind die Edelmetallrohre des Transportsystems beheizbar.
Neben ihrer thermischen und chemischen Beständigkeit, bieten Edelmetallrohre die Möglichkeit einer direkten Beheizung, indem sie mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden, sodass die durch den elektrischen Widerstand der Edelmetallrohre erzeugte Verlustleistung die Edelmetallrohre erhitzt. Dabei wird das jeweils zu beheizende Edelmetallrohr selbst als Stromleitung verwendet, wobei für die Stromzufuhr an dem Edelmetallrohr eine oder mehrere Stromflansche vorgesehen sind, die jeweils aus einem ersten Edelmetallring und mindestens einem zweiten Stromleitungsring bestehen, die konzentrisch zueinander und koaxial zu dem Edelmetallrohr angeordnet sind. Der erste Edelmetallring liegt an der äußeren Mantelfläche des Edelmetallrohres an und ist mit diesem elektrisch verbunden, zum Beispiel verschweißt, während der zweite Stromleitungsring an den ersten Edelmetallring angrenzt und mit diesem elektrisch verbunden ist. Darüber hinaus ist der zweite Stromleitungsring mit einer Hauptstromzuführung elektrisch verbunden, sodass insgesamt betrachtet, der erste Edelmetallring, der zweite Stromleitungsring und die Hauptstromzuführung in dieser Reihenfolge elektrisch verbunden sind.
Für die Rohre und die ersten Stromleitungsringe werden im Allgemeinen Edelmetalle wie Platin oder auch Palladium und Edelmetalllegierungen verwendet, weil dies die einzigen Materialien sind, die elektrisch leitfähig sind und gleichzeitig den bei der Glasherstellung und -konditionierung auftretenden hohen Temperaturen gewachsen sind, ohne mit der Glasschmelze zu reagieren. Dabei versucht man selbstverständlich, den Einsatz der sehr teuren Edelmetalle auf die unbedingt notwendigen Bereiche zu beschränken. Insbesondere wird man also versuchen, radial von dem Platinrohr hinreichend beabstandete Bereiche der Stromzufuhr aus weniger teuren Metallen zu fertigen. Hierzu hat sich unter anderem Nickel bewährt. Die ringförmigen Flansche bestehen also aus einem ersten, radial inneren Edelmetallring und einem zweiten, radial äußeren Ring, der zum Beispiel aus Nickel hergestellt ist.
Der zweite Stromleitungsring sollte im Verhältnis zu dem ersten Stromleitungsring, der aus Edelmetall besteht, einen möglichst geringen elektrischen Widerstand aufweisen, damit entlang des Umfangs des zweiten Stromleitungsringes nur sehr wenig Spannung abfällt. An dem ersten Stromleitungsring liegt dann entlang seines Umfanges ein nahezu konstantes Potential an, das Edelmetallrohr wird somit radial gleichmäßig mit Strom versorgt und auch der Strom entlang des Rohres ist um den Umfang gleichmäßig verteilt. Auch aus diesem Grund wird Nickel für den zweiten Stromleitungsring bevorzugt verwendet, weil es thermische und chemische Beständigkeit mit einer relativ guten elektrischen Leitfähigkeit, d. h. einem geringen spezifischen elektrischen Widerstand verknüpft.
Zur Beheizung der Edelmetallrohre werden typischerweise Stromstärken im Bereich von 2 bis 12 kA bei einer Spannung im Bereich von 5 bis 50 Volt verwendet. Diese hohen elektrischen Ströme und die Wärmeleitung von der Schmelze über das Platinrohr und den ersten Edelmetallring können zu einer übermäßig starken Erhitzung des zweiten, radial äußeren Ringes, genauer gesagt, des Übergangsbereiches von dem ersten, radial inneren Edelmetallring zu dem zweiten, radial äußeren Ring, führen. Diese Überhitzung beruht zumindest teilweise auf einer relativ hohen Stromdichte.
Eine übermäßig starke Erhitzung liegt bereits dann vor, wenn die Temperatur in diesem Übergangsbereich so hoch ist, das sogenannte Edelmetallschädlinge, wie zum Beispiel Kohlenstoff in Form von Graphit, aus dem nicht edlen Metall ausgeschieden werden und in das Edelmetall übertreten. Dies führt zu einer Beschädigung des ersten Stromleitungsringes. Da der zweite Ring aus einem unedlen Metall hergestellt ist, und unedle Metalle immer gewisse Mengen an solchen sogenannten „Edelmetallschädlingen“ enthalten, muss die Temperatur in dem Übergangsbereich zwischen Edelmetall und Nichtedelmetall entsprechend niedrig gehalten werden.
Dieser Effekt des Diffundierens von Edelmetallschädlingen tritt nicht erst dann ein, wenn das Material aufgrund der Erhitzung an Festigkeit verliert, sondern schon bei Temperaturen weit unterhalb der Schmelzpunkte und in aller Regel schon unter 200 °C, wobei dieser Grenzwert im Falle der Verwendung von Nickel auch die maximal zulässige Temperatur in dem Übergangsbereich ist.
Der effektive Materialquerschnitt des zweiten Stromleitungsringes muss ausreichend groß sein, um den elektrischen Widerstand und die aufgrund des Widerstandes und des hohen Stromes in dem Ring bzw. Flansch selbst erzeugte Wärme gering zu halten. Dies verlangt entsprechend große Materialquerschnitte. Bei großen Materialquerschnitten wirkt sich allerdings selbst bei der im Allgemeinen verwendeten Wechselstromfrequenz von nur 50 Hz der sogenannte Skin-Effekt nachteilig aus, der die Stromdichte im Inneren des Materials reduziert und den Stromtransport auf eine oberflächennahen Schicht des elektrischen Leiters konzentriert zulässt, so dass ein großer Materialquerschnitt nicht effektiv genutzt werden kann und der Ring sich außerdem ungleichmäßig erwärmt.
Es wurde auch schon eine Kühlung der Flansche mit Hilfe eines Kühlmittels vorgeschlagen, wobei an der radial außen liegenden Mantelfläche des zweiten Stromleitungsringes ein Kupferrohr angebracht wurde, welches als Kühlkanal dient. Es ist jedoch schwierig, auf diese Weise den radial weiter innen liegenden Übergangsbereich ausreichend aber auch nicht übermäßig zu kühlen, damit die Glasschmelze im Bereich der Stromflansche nicht ihrerseits allzu stark abkühlt, weil dies zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung in der Glasschmelze führt. Dadurch kommt es in dem geschmolzenen Glas zu einer Schlierenbildung, sodass dieses für die Weiterverarbeitung unbrauchbar wird.
Berücksichtigen muss man deshalb auch, dass die Stromflansche ihrerseits auch relativ gute Wärmeleiter sind und somit eine Wärmesenke darstellen, die eine unerwünschte lokale Kühlung der Glasschmelze im Bereich der Flansche bewirken kann.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre mit elektrischem Strom bereitzustellen, die kostengünstig herzustellen ist und bei der eine Beschädigung der Stromleitungsringe durch eine übermäßige Erhitzung verhindert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass der zweite Stromleitungsring aus mindestens zwei Teilringen besteht, die parallel geschaltet und axial oder radial nebeneinander angeordnet sind und die auf dem größten Teil ihrer benachbarten Flächen nicht in elektrischen Kontakt miteinander stehen.
Zweckmäßigerweise sind die Teilringe nicht direkt miteinander verbunden, sondern nur über einen gemeinsamen Anschluss an die Hauptstromzuführung und ihren Kontakt zu dem ersten Stromleitungsring aus Edelmetall elektrisch miteinander verbunden. Die den zweiten Stromleitungsring bildenden, mindestens zwei Teilringe können jedoch entlang einiger Punkte oder Linien ihrer einander benachbarten Umfangsflächen miteinander in elektrischem Kontakt stehen, solange die Verbindungen keinen erheblichen Teil der benachbarten Umfangsflächen in Anspruch nehmen, der dazu führen würde, dass die Teilringe über eine großen Teil ihres Umfanges einen zusammenhängenden Querschnitt hätten, an dem der Skin-Effekt sich auswirkt und damit eine ungleichmäßig verteilte Stromdichte hervorrufen würde.
Es versteht sich dass der zweite Stromleitungsring auch aus mehr als zwei Teilringen bestehen kann, wobei die obigen Bedingungen des beschränkten elektrischen Kontaktes jeweils für benachbarte Teilringe und deren einander zugewandte Umfangsflächen gelten.
Zweckmäßigerweise sollte der Anteil der direkt verbundenen Teilflächen von einander zugewandten bzw. benachbarten Umfangsflächen der Teilringe weniger als 20 % besser weniger als 10 % und insbesondere weniger als 2% betragen.
In einer Ausführungsform weist der zweite Stromleitungsring, der aus mehreren Teilringen aufgebaut ist, mindestens einen integrierten, von dem Material der Teilringe umfassten, um die Ringachse umlaufenden Kühlkanal auf.
Der integrierte Kühlkanal bewirkt eine effektive Kühlung des zweiten Stromleitungsringes, da die überschüssige Wärme aus dem Kern des Stromleitungsringes abgeführt werden kann.
Da der Ring in mindestens zwei axial oder radial nebeneinander liegende Teilringe aufgeteilt sein kann, ist der Kühlkanal demnach zwischen den beiden Teilringen eingeschlossen.
Eine solche Aufteilung in Teilringe vermindert den Skin-Effekt, da die Oberfläche des zweiten Stromleitungsringes durch die Oberflächen der Teilringe vergrößert wird. Die Teilringe wiederum können an ihrem radial äußeren oder bevorzugter an ihrem radial inneren Rand verbunden sein, so dass sie in einem die Ringachse enthaltenden Querschnitt ein U-Profil bilden. Dabei können die beiden Teilringe bzw. die beiden Schenkel des U-Profils durch den dazwischen liegenden Kühlkanal wirksam gekühlt werden, so dass im Ergebnis der aus mehreren Teilringen aufgebaute zweite Ring auch an seinem Übergang zu dem Edelmetallring trotz hoher Stromtragfähigkeit nicht übermäßig erhitzt wird und dadurch eine Diffusion von Kohlenstoff oder anderen sogenannten „Edelmetallschädlingen“ in den ersten Edelmetallring vermieden wird.
Auch wenn die Teilringe vorzugsweise nicht großflächig in Kontakt miteinander sind, können sie dennoch sowohl entlang der Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung an einzelnen Punkten miteinander verbunden sein.
Der mindestens eine Kühlmittelkanal sollte vorzugsweise für Wasser und/oder ein inertes, gasförmiges Kühlmittel ausgelegt sein.
Vorzugsweise besteht der zweite Stromleitungsring (bzw. dessen Teilringe) aus Ni 205 LC, welches einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt aufweist. Ni 205 LC hat eine ähnliche elektrische Leitfähigkeit wie Platin oder Palladium verursacht aber wesentlich geringere Investitionskosten.
Zur Klarstellung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung unter Ni 205 LC eine Legierung verstanden, die min. 99,6 % Ni, max. 0,2 % Mn, max. 0,2 % Fe, max. 0,1 % Si, max. 0,1 % Cu, max. 0,02 % C und max. 0,05 % Ti aufweist. Aufgrund des geringen Kohlenstoffgehaltes tritt eine Graphitausscheidung in ein angrenzendes Edelmetall bei der Verwendung von Ni 205 LC nicht so leicht bzw. erst bei Temperaturen jenseits von 200°C auf. Da Ni 205 LC jedoch auch nicht völlig frei von Kohlenstoff ist, kann eine Graphitausscheidung bei einer übermäßigen Erhitzung nicht vollständig verhindert werden. Eine Begrenzung der Temperatur am Übergang zum Edelmetallring auf 200 °C ist daher von Vorteil.
Vorzugsweise sind der erste Edelmetallring und das Edelmetallrohr aus Platin, Palladium oder deren Legierungen gefertigt.
Es hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn, wie es in einer Ausführungsform vorgesehen ist, mindestens der integrierte Kühlkanal eine Querschnittsfläche aufweist, die größer oder gleich 1/8, vorzugsweise größer oder gleich 1/4, und kleiner oder gleich 3/4, vorzugsweise kleiner oder gleich 1/2, der Querschnittsfläche des zweiten Stromleitungsringes entspricht. Insbesondere sollte ein axialer Verbindungsschenkel zwischen den beiden Teilringen nur eine geringe radiale Dicke aufweisen, die höchstens ein Zehntel des radialen Maßes des zweiten Ringes beträgt.
Damit der Querschnitt eines Stromleitungsringes eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufweist, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Querschnitt des integrierten Kühlkanals im wesentlichen zentrumsnah in der Querschnittsfläche des Stromleitungsringes angeordnet ist. Durch die zentrumsnahe Anordnung wird die überschüssige Wärme gleichmäßig über die Querschnittsfläche des Stromleitungsringes abtransportiert.
Wenn der zweite Stromleitungsring in zwei Teilringe aufgeteilt ist, die aber über den Anschluss an die Hauptstromleitung einerseits und an den ersten Edelmetallring andererseits elektrisch verbunden und parallel geschaltet sind, so kann dadurch der Gesamtwiderstand des zweiten Stromleitungsringes verringert werden. Ein geringer elektrischer Widerstand führt dazu, dass sich die Teilringe weniger stark aufheizen und die Verlustleistung geringer ist, was die Anforderungen an die Kühlung reduziert.
In einer Variante kann jeder der Teilringe einen Kühlkanal zum Abführen von überschüssiger Wärme aufweisen.
Durch einen zwischen den Teilringen angeordneten Kühlkanal können beide Teilringe gleichzeitig gekühlt und auf eine gleiche Temperatur gebracht werden. Dabei versteht es sich, dass die Teilringe selbst eine Begrenzung des Kühlkanals bilden können. So können beispielsweise in den zueinander zugewandeten Begrenzungsflächen der Teilringe Nuten eingefräst sein, die derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie zusammen den Kühlkanal bilden. Damit die Teilringe dennoch voneinander beabstandet sind, können die Nuten auch in einer Erhebung auf einer oder beiden Oberflächen der Teilringe eingebracht sein.
Stromleitungsringe unterschiedlicher Materialstärken bzw. unterschiedlicher Querschnitte haben einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand, wobei die Verlustleistung proportional zu dem elektrischen Widerstand der Stromleitung ist. Sollen die einzelnen Stromleitungsringe unterschiedlich beheizt werden, beispielsweise bei radial übereinander angeordneten Teilringen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn, wie in einer Ausführungsform vorgesehen, die Teilringe einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand aufweisen und zum Beispiel unterschiedliche Querschnitte haben. Es versteht sich weiter, dass die Mehrzahl von Teilringen auch aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein können. Dabei werden bevorzugt stromleitende Materialien mit einem geringen Kohlenstoffgehalt verwendet.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Kompromiss zwischen einem geringen elektrischen Widerstand und einer geringen Anfälligkeit für den Skin-Effekt dadurch erreicht wird, dass zumindest einer der Teilringe eine Materialstärke im Bereich von 2 mm bis 30 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 20 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 15 mm, hat.
In einer Ausführungsform hat zumindest einer der Teilringe ein Aspekt-Verhältnis von 0,01 bis 100, vorzugsweise von 0,05 bis 20, wobei Aspektverhältnisse zwischen 0,05 und 0,6 besonders bevorzugt sind. Die Teilringe können also dünne Ringscheiben mit einer (axialen) Dicke von z. B. 2 mm und einer radialen Dicke von 30 mm sein, wobei radiale und axiale Dicke auch das umgekehrte Verhältnis haben können. Vorzugsweise ist eine größere Anzahl (z. B. zwischen 5 und 30) entsprechender Teilringe vorgesehen, zwischen denen jeweils Kühlkanäle vorgesehen sein können.
Die an einem elektrischen Leiter auftretende Verlustleistung belastet das Material des Leiters, wobei im Extremfall der elektrische Leiter schmelzen kann. Es hat sich gezeigt, dass die Stromdichte für einen Stromleitungsring aus Platin oder seinen Legierungen oder einer Edelmetalllegierung 5 bis 9 A/mm² nicht übersteigen darf, um ein Schmelzen des Materials zu verhindern. Für den zweiten Stromleitungsring aus Nickel und dessen Legierungen sollte die Stromdichte noch deutlich darunter liegen. In einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Stromdichte des Edelmetallringes im Verhältnis zu der Stromdichte von zumindest einem der Stromleitungsringe im Bereich von 0,1 bis 100, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10, liegt. Derartige Stromdichteverhältnisse sind bestimmt durch die Anzahl verwendeter Teilringe, deren geometrischen Abmessungen und den geometrischen Abmessungen des Edelmetallringes.
Die Stromdichte ist selbstverständlich umgekehrt proportional zu dem stromdurchflossenen Querschnitt und ändert sich entsprechend beim Übergang vom zweiten auf den ersten Stromleitungsring aus Edelmetall, der zum Beispiel aus einem einzigen ringscheibenförmigen Element besteht und beispielsweise ein axiales Maß von 0,5 bis 10 mm und ein radiales Maß von 10 bis 150 mm haben kann,
Um eine Überhitzung der Hauptstromzuführung zu vermeiden, ist es in einer Ausführungsform weiter vorgesehen, dass die Hauptstromzuführung mindestens zwei voneinander beabstandete, vorzugsweise parallel zueinander angeordnete Hauptstromleitungen umfasst. Durch zwei voneinander beabstandete Hauptstromleitungen wird deren Gesamtleiteroberfläche vergrößert und eine Erhitzung durch den auftretenden Skin-Effekt reduziert. Parallel zueinander angeordnete Hauptstromleitungen sind leicht herzustellen und einfach an dem zweiten Stromleitungsring anzuschließen. Die Hauptstromzuführung ist dabei typischerweise als Anschlussfahne zum Anschließen an eine Stromsammelschiene, die z.B. aus Kupfer gefertigt sein kann, ausgebildet.
Um die Oberfläche der Hauptstromzuführung weiter zu vergrößern und um den Skin-Effekt weiter zu reduzieren, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die voneinander beabstandeten Hauptstromleitungen jeweils mindestens einen, bevorzugt eine Mehrzahl von parallel miteinander verschweißten, Stromleitungen aufweisen.
Damit die Hauptstromzuführung gekühlt werden kann und eine homogene Temperaturverteilung erreicht werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die voneinander beabstandeten Hauptstromleitungen jeweils mindestens einen integrierten Kühlkanal aufweisen, wobei sich die Kühlkanäle bevorzugt entlang der Haupterstreckungsrichtung der Hauptstromleitungen erstrecken. Sind die Kühlkanäle in die Hauptstromleitungen der Hauptstromzuführung integriert, kann die in dem Inneren der Hauptstromleitungen entstandene Wärme abgeführt werden, sodass eine über den Querschnitt der Hauptstromzuführung homogene Temperaturverteilung erreicht werden kann.
Da sich die zueinander zugewandten Hälften der Hauptstromleitungen besonders stark erhitzen können, ist es von Vorteil, wenn die integrierten Kühlkanäle innerhalb der zueinander zugewandten Hälften der beabstandeten Hauptstromleitungen angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise kann die Hauptstromzuführung und deren Hauptstromleitungen aus Ni 205 LC hergestellt sein.
Da auch die Schweißverbindungen zwischen den Teilringen und insbesondere die Schweißverbindungen zu einem Edelmetall durch eine Graphitausscheidung beschädigt werden können, ist es vorgesehen, dass das Material für die Schweißverbindungen zwischen den einzelnen Teilringen, vorzugsweise für die Schweißverbindungen zwischen den Teilringen und dem Edelmetallring sowie den Schweißverbindungen zwischen dem Stromleitungsring und der Hauptstromzuführung, aus 82,5 % Gold und 17,5 % Nickel besteht. Aufgrund des fehlenden Kohlenstoffes kommt es auch bei einer starken Erhitzung der Schweißverbindungen nicht zu einer Graphitausscheidung.
Von der Erfindung ist auch ein glasführendes Edelmetallrohr umfasst, das zum Beheizen eine Vorrichtung mit einem der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Merkmale aufweist, wobei vorzugsweise eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 vorgesehen ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der zugehörigen Figuren.
Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre gemäß dem Stand der Technik,
2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 einen Querschnitt durch die Ausführungsform der 2,
4 einen Teillängsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
5 einen schematischen Teillängsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
6 einen schematischen Teillängsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre 2 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Edelmetallring 3, der in Umfangsrichtung um das Edelmetallrohr 2 angeordnet ist und an dieses angrenzt. Konzentrisch zu dem ersten Edelmetallring 3 ist ein zweiter Stromleitungsring 4 angeordnet, der ebenfalls aus einem Edelmetall, nämlich Platin oder Palladium, hergestellt ist und der an den ersten Edelmetallring angrenzt. An die radial außen liegende Mantelfläche des zweiten Stromleitungsringes 4 ist weiter ein Kühlkanal 7 aus Kupfer angeordnet.
Um das Edelmetallrohr 2 mit einem Strom zu beaufschlagen, sind der erste Edelmetallring 3 und der zweite Stromleitungsring 4 elektrisch miteinander verbunden, wobei der zweite Stromleitungsring 4 überdies mit einer Hauptstromzuführung 5 elektrisch verbunden ist. Damit auch ein Teil der an der Hauptstromzuführung 5 auftretenden Wärme abgeführt werden kann, grenzt der Kühlkanal 7 auch an die Hauptstromzuführung 5 an.
Somit sind das Edelmetallrohr 2, der erste Edelmetallring 3, der zweite Stromleitungsring 4 und die Hauptstromzuführung 5 elektrisch verbunden, sodass die Vorrichtung 1 zum Heizen glasführender Edelmetallrohre 2 folglich drei Widerstandszonen aufweist, die von der Hauptstromzuführung 5, dem zweiten Stromleitungsring 4 und dem ersten Edelmetallring 3 gebildet werden. Durch die Verwendung von Edelmetall für den zweiten Stromleitungsring ist eine solche Anordnung teuer.
Dem gegenüber weist die in den 2 und 3 gezeigte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen ersten Edelmetallring 3 auf, der das Edelmetallrohr 2 voll umfänglich umfasst und der mit einem zweiten Stromleitungsring 4 elektrisch verbunden ist. Dabei besteht der zweite Stromleitungsring 4 aus Ni 205 LC und ist somit wesentlich kostengünstiger herzustellen als herkömmliche Stromleitungsringe aus Edelmetall.
Um eine übermäßige Erhitzung des zweiten Stromleitungsringes 4 und eine dadurch bedingte Graphitausscheidung zu vermeiden, besteht der zweite Stromleitungsring 4 aus drei axial hintereinander angeordneten Teilringen 8 und weist einen integrierten Kühlkanal 7 auf. Wobei in der Zusammenschau der 2 und 3 gut erkennbar ist, dass der integrierte Kühlkanal 7 von dem Material eines der drei Teilringe 8 des zweiten Stromleitungsringes 4 vollumfänglich umfasst ist. Die Teilringe 8 können partiell miteinander verbunden sein, insbesondere am Übergang zu dem Platinring 3, sind jedoch im Übrigen durch eine Isolationsschicht voneinander getrennt. Dabei kann die Isolationsschicht auch eine Luftschicht sein, sodass die Teilringe 8 im Übrigen voneinander beabstandet sind.
Dabei ist in der 2 angedeutet, dass der integrierte Kühlkanal 7 zentrumsnah in der Querschnittsfläche des einen Teilringes 8 angeordnet ist. Der integrierte Kühlkanal 7 weist überdies eine Querschnittsfläche auf, die größer als 1/8 und kleiner als 3/4 der Querschnittsfläche des zweiten Stromleitungsringes 4 ist. Die radiale Ausdehnung des Kühlkanals 7 ist dabei nicht maßstabsgerecht wiedergegeben, da der Kühlkanal sich bevorzugt über (fast) die gesamte radiale Dicke der Teilringe 8 erstreckt.
Für die Stromzufuhr ist der zweite Stromleitungsring 4 mit einer Hauptstromzuführung 5 verbunden, wobei der erste Edelmetallring 3, der zweite Stromleitungsring 4 und die Hauptstromzuführung 5 in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei umfasst die Hauptstromzuführung 5 zwei voneinander beabstandete, parallel zueinander angeordnete Hauptstromleitungen 6, die überdies je einen Kühlkanal 7 aufweisen. Die Kühlkanäle 7 sind, wie in der 3 besonders gut zu erkennen ist, über den in dem zweiten Stromleitungsring 4 integrierten Kühlkanal 7 miteinander verbunden. Dabei sind die Kühlkanäle 7 in zueinander zugewandten Hälften der jeweiligen Hauptstromleitungen 6 integriert.
Der zweite Stromleitungsring 4 hat mehrere Teilringe 8, die in axialer Richtung hinter dem ersten Teilring 8 angeordnet und elektrisch in Parallelschaltung miteinander verbunden sind. Dabei ist einer der weiteren Teilringe 8 auf der einen Seite und der andere Teilring 8 auf der anderen Seite eines ersten Teilringes 8 angeordnet. Zweckmäßigerweise sind die weiteren Teilringe 8 und der erste Teilring 8 dabei so miteinander verschweißt, dass zwischen je zwei Teilringen 8 ein Spalt ist, der durch zwischen den Teilringen 8 angeordnete Leiterbrücken 12 definiert ist. Durch diese Anordnung vergrößern die Teilringe 8 die Oberfläche des zweiten Stromleitungsringes 4 und helfen so den Skin-Effekt und die Stromdichte zu reduzieren. Zweckmäßigerweise sind die Teilringe 8 ebenfalls aus Ni 205 LC hergestellt. Die in den 2 und 3 nicht gezeigten Schweißverbindungen zwischen den Teilringen, aber insbesondere die Schweißverbindungen zwischen dem Edelmetallring und dem zweiten Stromleitungsring sind aus 82,5 % Au und 17,5 % Ni hergestellt.
Das glasführende Metallrohr 2 ist überdies von einer Isolierung 10 und einem Stahlgehäuse 11 ummantelt.
In der 4 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Vorrichtung 1 zum Heizen glasführender Edelmetallrohre 2 sich von der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass der zweite Stromleitungsring 4 zwei Teilringe 8 umfasst, die in radialer Richtung des Edelmetallrohres 2 und radial übereinander angeordnet sind. Radial voneinander beabstandet sind die Teilringe 8 durch axial an verschiedenen Umfangspositionen zwischen den Stromleitungsringen 8 verlaufende Leiterbrücken 12 verbunden, wobei durch die radial beabstandeten Teilringe 8 die Gesamtoberfläche des Stromleitungsringes 4 vergrößert wird. Eine solche Ausführungsform ist vor allem dann zweckmäßig, wenn nur begrenzt Platz für die Zuführung einer Hauptstromleitung 5 zur Verfügung steht und man eine gute und gleichmäßige Stromzufuhr über den gesamten Umfang des Edelmetallrohres 2 sicherstellen möchte. Die Teilringe 8 sind dabei parallel geschaltet, so dass deren elektrischer Gesamtwiderstand verringert ist. Weiter ist bei dieser Ausführungsform der in den zweiten Stromleitungsring 4 integrierte Kühlkanal 7 vollumfänglich von einem der Teilringe 8 umfasst auch wenn dieser nicht zentrumsnah in dem Teilring 8 angeordnet ist. Die Querschnittsfläche des Kühlkanals 7 entspricht bei dieser Ausführungsform 1/8 der Querschnittsfläche des zweiten Stromleitungsringes 4.
Für die Stromzuführung ist der erste Edelmetallring 3 mit dem Platinrohr 2 verschweißt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Teilschnitt der 5 dargestellt. Dementsprechend weist die Vorrichtung 1 zum Heizen glasführender Edelmetallrohre 2 einen das Edelmetallrohr 2 umfassenden ersten Edelmetallring 3, einen zweiten Stromleitungsring 4 und eine Hauptstromzuführung auf, die in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden sind. Genau wie bei den zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen, besteht der zweite Stromleitungsring 4 aus Ni 205 LC. Darüber hinaus umfasst der zweite Stromleitungsring 4 drei Teilringe 8 von denen einer in axialer Richtung des Edelmetallrohres 2 über und der andere in axialer Richtung des Edelmetallrohres 2 unterhalb eines ersten Teilringes 8 angeordnet ist. Die Teilringe 8 sind aus Ni 205 LC gefertigt und durch radial angeordnete Leiterbrücken 12 von dem ersten Teilring 8 in axialer Richtung beabstandet. Fixiert und parallel geschaltet sind die Teilringe 8 durch Schweißverbindungen 9.
Im Vergleich zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen fällt weiter auf, dass die Teilringe 8 des zweiten Stromleitungsringes 4 unterschiedlich, nämlich stufenförmig, von der Längsachse des Edelmetallrohres 2 beabstandet sind, wobei die Querschnitte der Teilringe 8 von innen nach außen abnehmen.
Weiter ist das glasführende Edelmetallrohr 2 von einer Isolierung 10 ummantelt.
Damit überschüssige Wärme von dem zweiten Stromleitungsring 4 abgeführt werden kann, sind Kühlkanäle 7 in jeden der Teilringe 8 integriert.
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Teillängsschnitt dargestellt, die sich von der in 5 gezeigten Ausführungsform in zwei Aspekten unterscheidet. So weisen die Teilringe 8 des zweiten Stromleitungsringes 4 in der Ausführungsform der 6 keine integrierten Kühlkanäle auf. Des Weiteren ist die Heizvorrichtung 1 an einem Auslass des Edelmetallrohres 2 angeordnet, wodurch die Isolierung 10 in eine axiale Richtung des Edelmetallrohres 2 nicht weitergeführt ist.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Heizen glasführender Edelmetallrohre
2: Edelmetallrohr
3: erster Stromleitungsring
4: zweiter Stromleitungsring
5: Hauptstromzuführung
6: Hauptstromleitung
7: Kühlkanal
8: Teilringe des zweiten Stromleitungsringes
9: Schweißverbindung
10: Isolierung
11: Stahlmantel
12: Leiterbrücken

Claims

Vorrichtung (1) zum Heizen glasführender Edelmetallrohre (2), mit mindestens einem das Edelmetallrohr (2) umfassenden ersten Edelmetallring (3), mindestens einem zweiten Stromleitungsring (4) und mindestens einer Hauptstromzuführung (5), die in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass dass der zweite Stromleitungsring (4) aus mindestens zwei Teilringen (8) besteht, die parallel geschaltet und axial oder radial nebeneinander angeordnet sind und die auf dem größten Teil ihrer benachbarten Flächen nicht in elektrischen Kontakt miteinander stehen.
Vorrichtung (1) nach ein Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilringe (8) nicht direkt miteinander verbunden, sondern nur über einen gemeinsamen Anschluss an die Hauptstromzuführung (5) und ihren Kontakt zu dem ersten Stromleitungsring aus Edelmetall (3) elektrisch miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der direkt verbundenen Teilflächen der Teilringe (8) weniger als 20 % besser weniger als 10 % und insbesondere weniger als 2 % der einander zugewandten bzw. benachbarten Umfangsflächen der Teilringe (8) beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stromleitungsring (4) einen integrierten Kühlkanal (7) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierten Kühlkanal (7) eine Querschnittsfläche aufweist, die größer oder gleich 1/8, vorzugsweise größer oder gleich 1/4, und kleiner oder gleich als 3/4, bevorzugt kleiner oder gleich 1/2, der Querschnittsfläche des zweiten Stromleitungsringes (4) entspricht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Kühlkanals (7) im wesentlichen zentrumsnah in der Querschnittsfläche des Stromleitungsringes (4) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilringe (8) in axialer und/oder radialer Richtung voneinander beabstandet sind, wobei die Teilringe (8) durch im wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandete Leiterbrücken (12) elektrisch miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilringe (8) in radialer Richtung von der Längsachse des Edelmetallrohres (2) stufenförmig versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Teilringe (8) einen Kühlkanal (7) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teilringe (8) durch einen zwischen den Teilringen (8) angeordneten Kühlkanal (7) voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Teilringe (8) eine Materialstärke im Bereich von 2 mm bis 30 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 20 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 15 mm, hat.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Teilringe (8) ein Aspekt-Verhältnis von 0,01 bis 100, vorzugsweise von 0,05 bis 20 aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte des Edelmetallringes (3) im Verhältnis zu der Stromdichte von zumindest einem der Teilringe (8) im Bereich von 0,1 bis 100, vorzugsweise im Bereich 0,1 bis 10, liegt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptstromzuführung (5) mindestens zwei voneinander beabstandete, vorzugsweise parallel zueinander angeordnete, Hauptstromleitungen (6) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Hauptstromleitungen (6) einen integrierten Kühlkanal (7) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißverbindung (9) im Übergang zu mindestens einem Edelmetall ein Material aus 82,5 % Au und 17,5 % Ni ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stromleitungsring (4) bzw. dessen Teilringe (8) und/oder die Hauptstromzuführung aus Ni 205 LC bestehen
Glasführendes Edelmetallrohr (2), dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Vorrichtung (1) zum Heizen nach einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.