DE1145281B

DE1145281B - Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen von glasigen Stoffen

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Publication number: DE1145281B
Application number: DES69106A
Authority: DE
Original assignee: Parra Mantois & Cie SA Des Ets
Current assignee: Parra Mantois & Cie SA Des Ets
Priority date: 1959-06-25
Filing date: 1960-06-24
Publication date: 1963-03-14
Also published as: US3205292A; FR77879E; GB950742A; FR1237883A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von glasigen Stoffen, insbesondere für die Herstellung von Glas aus. verglasbaren Stoffen, die in einen Behälter zwischen zwei Elektroden eingebracht werden, mit denen diese Stoffe im direkten Stromdurchgang erhitzt werden, sobald sie hierfür durch eine andere Beheizung elektrisch hinreichend leitfähig gemacht worden sind, sowie einen Ofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen in inner Anwendung auf das Schmelzen und Läutern von Glas beschrieben. Sie ist jedoch auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt, sondern umfaßt die Behandlung auch anderer schmelzbarer Stoffe, die hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit den des Glases analoge Eigenschaften besitzen.

Die Herstellung von optischen Gläsern- erfordert eine sehr genaue Kontrolle bzw. Überwachung der Vorgänge beim Schmelzen und Läutern der glasigen Masse. Die sehr genau innezuhaltenden Temperaturbedingungen, unter denen gearbeitet werden muß, erfordern eine sorgfältig einstellbare Beheizung. Obwohl es erwünscht ist, während des Arbeitsvorganges eine innige Mischung der im Schmelzen begriffenen Massen herbeizuführen, könnte ein zu starkes Rühren derselben, z. B. mittels mechanischer Rührer, unerwünschte Temperaturdifferenzen an den verschiedenen Stellen der Masse hervorrufen. Die gleiche Gefahr besteht im Falle einer Überführung dieser Masse aus dem Behälter, in welchem das Schmelzen erfolgt, in einen anderen, der für die Läuterung bestimmt ist.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ermöglicht es, das Schmelzen wie das Läutern in ein und derselben Vorrichtung durchzuführen, ohne daß ein mechanisches Rühren bzw. Umwälzen des Schmelzgutes erforderlich ist.

Das erfindüngsgemäße Verfahren besteht darin, daß für die Beheizung bis zur Erreichung des direktem Stromdurchganges notwendigen elektrischen Leitfähigkeit der eingebrachten Stoffe eine Kondensatorfelderhitzung durch Anlegen einer hochfrequenten elektrischen Wechselspannung im Bereich von einigen Miegahertz bis einigen Zehnem von- Megahertz an die Elektroden angewandt wird, wobei die Wandungen des Behälterinnenraumes als Elektroden verwendet werden.

Grundsätzlich sind Verfahren, bei denen die zu schmelzenden glasigen Stoffe in einen Behälter zwischen zwei Elektroden eingebracht werden, mit denen diese Stoffe in Widerstandserwärmung erhitzt werden, sobald sie hinreichend leitfähig gemacht worden skid, bekannt. Auch das Erhitzen von Stoffen, im hoch-

Verfahren und Vorrichtung zum Erhitzen
von glasigen Stoffen

Anmelder:
Societe Anonyme des Etablissements

Parra-Mantois & Qe.,
Le Vestinet (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. H. Bahr

und DipL-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne, Freiligrathstr. 19

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 25. Juni 1959 (Nr. 798 496)

frequenten Kondensatorfeld ist an sich bekannt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung dieser beiden bekannten Verfahren in einer Vorrichtung ergibt jedoch, wie später noch näher ausgeführt wird, Vorteile, die weiter unten im Zusammenhang mit der neuen, erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgezählt sind.

Zur Durchführung des vorstehend grundsätzlich gekennzeichneten Verfahrens gemäß der Erfindung kann ein Ofen verwendet werden, der aus

1. einem zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Tiegel aus Platin oder einer Legierung auf Grundlage von Platin und

2. einem inneren Hohlkörper, ebenfalls aus Platin oder einer Legierung auf Grundlage von Platin, besteht und vollkommen gegenüber dem Tiegel elektrisch isoliert ist.

Der Tiegel und der innere Hohlkörper bilden je eine der beiden Belegungen eines Kondensators, dtessen Dielektrikum die glasige Masse darstellt, und gleichzeitig die beiden Elektroden, die es ermöglichen, einen elektrischen Strom unmittelbar durch die glasige Masse hindurchzuleiten.
Die zwischen den Tiegel und den inneren Hohlkörper eingebrachte zu schmelzende Zusammensetzung wird zuerst durch dielektrische Hystersiswirkung erhitzt. Der Tiegel und gegebenenfalls der innere

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Hohlkörper können selbst auf eine Temperatur erhitzt Öffnung so klein bemessen ist, wie es unbedingt für werden, die z. B. durch in der Nähe der Außenfläche den Füllvorgang erforderlich ist. Es kann ferner eine angeordnete Widerstände oder durch Induktion mit zweckentsprechende Verteilung der Heizelemente des Hochfrequenz genau eingestellt werden kann. Tiegels und/oder des inneren Hohlkörpers erfolgen. Von einer gewissen Temperatur an ist die 5 So können z. B. im Falle der Erhitzung des Tiegels Mischung, die dann in Form einer Fritte vorliegt, hin- durch Widerstände in dessen oberen Bereich stärker reichend' leitfähig, um nunmehr weiter unmittelbar wirkende Heizelemente oder solche, die eine größere durch Anlegen einer zweckentsprechenden Spannung strahlende Fläche besitzen, angeordnet werden. Im zwischen den Tiegel und den inneren Hohlkörper Falle der Beheizung durch Induktion können mehrere durch Erwärmung im direkten Stromdfurchgang er- io Vorrichtungen vorgesehen werden, die es ermöghitzt zu werden. Diese letztere Art der Beheizung liehen, sei es während des gesamten oder eines Teiles kann entweder in Kombination mit der Kondensator- des Arbeitsvorganges, einen Teil der Induktionsfelderhitzung oder für· sich erfolgen.'. In beiden Fäl- wicklung von regelbarer Länge im Nebenschluß zu len können gegebenenfalls der Tiegel und der Hohl- schalten oder eine Induktiomsvorrichtumg zu verwenkörper auf einer vorbestimmbaren Temperatur ge- 15 den, in welcher die Verteilung der Windungen, und/ halten werden. oder der Abstand zwischen den Windungen und dem In allen Fällen sind die Erhitzungsvorgänge völlig Tiegel von einer Zone desselben zu einer anderen fervoneinander unabhängig und können je für sich ohne schieden sind. Zu dem gleichen Zweck kann audh der Unterbrechung ihrer Kontinuität, sei es von Hand, sei obere Teil der mittleren Elektrode, sei es ständig, sei es automatisch, nach einem vorbestimmten Programm 20 es vorzugsweise während der dem Schmelzern des geregelt werden. oberen Teils der Mischung und dem Läutern enfejpire^ Die Vorteile eines solchen Verfahrens bzw. der zu chenden Phase, stärker erhitzt werden. Dieses Ergeh* seiner Durchführung dienenden vorstehend grund- nis kann z. B. durch eine Mehrzahl von übereinander sätzlich beschriebenen Vorrichtung sind folgende: angeordneten Heizwiderständen, die getrennt fin* sich Möglichkeit der unmittelbaren und gleichmäßigen 25 verwendet werden, oder übereinander angeordneten Erhitzung des in pulverförmigem Zustand vorliegen- Widerständen erzielt werden, die in Reihe oder parden Gemenges durch die Kondensatorfelderhitzung. allel geschaltet sind und deren Temperaturen oder

Möglichkeit der Anwendung der Erwärmung im strahlende Oberflächen verschieden sind. : ν-direkten Stromdurchgang, sobald das Gemenge eine Möglichkeit, in jedem Zeitpunkt und gegebeeenhierfür ausreichende Temperatur erreicht hat, unter 30 falls automatisch die Dichte des. das geschmolzen© Übergang zu dieser Art der Erhitzung durch einfaches Bad direkt beheizenden Stromes auf einen MaramA-Schließen eines elektrischen Stromkreises ohne ein wert zu begrenzen, der mit den Eigenschaften dies aus> anderes Manöver. zuarbeitenden Glases verträglich ist. Dieses "Ergebnis Möglichkeit, infolge der Unabhängigkeit der Rege- kann z. B. durch Schaltung des oder der Heizwitojlungsvorgänge der verschiedenen Arten der Erhitzung 35 stände einer der Elektroden, insbesondere der mittler in der im Schmelzen begriffenen glasigen Masse Kon- ren Elektrode, in Reihe mit dem durch das Glasbad, vektionsströme zu erzeugen und dadurch das Bad zu gebildeten Widerstand erzielt werden, homogenisieren, ohne daß zu diesem Zwecke wie bei Möglichkeit der zonenweisen Regelung der Temper den üblicherweise bei der Herstellung von optischen raturen der Elektroden und der Regelung daPtBe-Gläsern angewendeten Verfahren ein mechanisches 40 heizungsbereiche durch dielektrische Verluste und»der Rühren erforderlich ist. Beheizung durch den Stromdurchgang so, daß in jeder Möglichkeit zur Anwendung einer im Vergleich zu Phase der Behandlung die günstigsten Temperateden bekannten Verfahren erheblich höheren Leistung bedingungen, je nach der Art und Beschaffenhertder je Volumeinheit. herzustellenden Erzeugnisse, erzielt werden, insbeson-Möglichkeit, dem Tiegel und dem inneren Hohl- 45 dere um erforderlichenfalls während gewisser Phasen körper solche Form zu· geben, daß der Abstand zwi- des Arbeitsvorganges Konvektionsströme von- regelschen beiden sich in Richtung der Ofenachse ändert, barer Intensität zu erzeugen, die innerhalb vorgeso daß sich in dem gleichzeitig durch Kondensator- schriebener Grenzen einen Umwälzvorgang, in dem feierhitzung und durch den direkten Stromdurchgang Bad auf thermischer Basis herbeiführen, durch wel- oder nur auf die eine dieser Arten erhitzten Bad eine 50 chen eine zufriedenstellende Homogenität des Bades nach einem vorbestimmbaren Gesetz eingestellte er- erzielt wird, ohne daß hierfür die Anwendung mechawünschte Temperaturverteilung ergibt. So ist, wenn nischer Mittel erforderlich ist. ·■'■■ ■;·■.·.■■' sowohl der Tiegel wie der innere Hohlkörper zylin- Nachstehend werden als Beispiele Ausfühnmgsdrisch gestaltet sind, die Zuführung der Kalorien über formen von Öfen zur Durchführung- des Verfatasas die gesamte Länge des Ofens annähernd gleichmäßig, 55 gemäß der Erfindung an Hand der Zeichnungen bewährend, wenn der Tiegel zylindrisch und der innere schrieben. ,v-Hohlkörper kegelstumpfförmig ausgebildet ist, die Fig. 1 ist ein sohematischer Vertikalschnitt ^duich Intensität der Erhitzung von der großen Fläche des eine erste Ausführungsform des Ofens, Wobei¹ die Kegelstumpfes nach dessen Scheitel hin abnimmt. Vorrichtung zur Beheizung des Tiegels dusdh deö Möglichkeit, die Intensität der Beheizung in der 60 direkten Stromdurchgang zum Teil in AnsiÄ und Höhenrichtung des Ofens zu regehi, insbesondere um zum Teil im Schnitt dargestellt ist; ·*·'■ · im oberen Bereich des Ofens eine intensive Erhitzung Fig. 2 und 3 sind schematische Ansktaa% teil· zu erzielen, und dies sogar im Falle der Verwendung weise im Vertikalschnitt durch den Ofemi von zwei von Elektroden, deren Abstand auf der gesamten anderen Ausführungsformen des innerem Hohl-Höhe des Ofens gleich ist, ohne daß es erforderlich 65 körpers; -,..,, ist, auf die relative Lage der Elektroden einzuwirken. Fig. 4 zeigt im Schnitt eine AusfülhrungSform eines Zu diesem Zwecke kann der obere Teil des Tiegels Ofens gemäß der Erfindung mit einer selektriven Bedie Form einer reflektierenden Kuppel erhalten, deren heizungsmöglichkeit des Tiegels;

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Fig. 5 und 6 sind elektrische Schaltbilder der In- gelegt und der Hohlkörper 8 über den Schaft 9 elek-

duktionsspule für die selektrive Beheizung des Tiegels irisch an den mit sehr hoher Frequenz von je nach

bei anderen Ausführungsformen der Erfindung; den Abmessungen des Ofens zwischen einigen

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der Beheizung Megahertz und einigen Zehnem von Megahertz

des inneren Hohlkörpers; 5 arbeitenden Hochfrequenzgenerator angeschlossen.

Fig. 8 zeigt in Ansicht das Prinzip der Beheizung Der mit sehr hoher Frequenz betriebene Schwing-

des inneren Hohlkörpers gemäß Fig. 7; kreis, in welchem der durch den Tiegel 1 und den

Fig. 9 und 10 sind Diagramme, die die verschiede- Hohlkörper 8 gebildete Kondensator liegt, enthält

nen Phasen der Ausarbeitung des Glases und die eine Induktanz 12 und einen regelbaren Kondensator

entsprechenden Änderungen der Stromstärke in dem io 13, der es ermöglicht, die Belastungsimpedanz des

geschmolzenem Bad erkennen lassen. Generators "während der verschiedenen Phasen des

Der aus Platin oder einer Legierung auf Grund- Verfahrens zu regeln.

lage von Platin bestehende Tiegel 1 ruht auf einem Der Tiegel 1 und der Hohlkörper 8 bilden außer-

Sockel 2 aus feuerfestem Werkstoff, der einerseits auf dem die die Erhitzung der glasigen Stoffe durch den eine Metallfläche 3 aufgesetzt ist, die einen möglichst 15 direkten Stromdurohgang von dem Zeitpunkt an, in

geringen elektrischen Widerstand besitzt und sorg- welchem deren elektrischer Widerstand hinreichend

fältig, z. B. durch eine Kupferplatte, geerdet ist. niedrig ist, um das Durchfließen eines für die Erhit-

Der Tiegel 1 befindet sich im Inneren eines Ge- zung des Glases ausreichenden Stromes zu ermög-

häuses 4, demgegenüber er durch einen wärme- liehen, bewirkenden Elektroden, dämmenden Stoff 5, der z. B. aus einer Mischung von 20 Zu diesem Zwecke ist der Heizstromkreis über eine

65 Gewichtsprozent kalzinierter Tonerde und 35 Ge- Induktanz 14 ständig parallel zu dem Schwingkreis des

wichtsprozent kalzinierter Magnesia besteht, ther- Hochfrequenzgenerators geschaltet. Die Induktanz ist

misch isoliert ist. so eingestellt, daß sich eine hohe Impedanz bei der

Der Tiegel kanu in dem Gehäuse 4 durch aus sehr hohen Frequenz des Generators für die Kondenfeuerfestem Werkstoff bestehende Versteifungen, die 25 satorfeldefhirzung ergibt.

zwischen seinem Hals und dem Gehäuse angeordnet Um die Beheizung durch den direkten Stromdurchsind, festgelegt werden. gang unter den notwendigen' schmiegsamen Bedin-Der Tiegel 1 kann vorzugsweise durch Induktion gusngen zu erzielen, ist in den Stromkreis ein Transerhitzt werden. In diesem Falle besteht das Ge- formator 15 geschaltet, dessen Abgangsspannung häuse 2 aus einem gleichzeitigen feuerfesten und 30 nach einem der hierfür üblichen Verfahren in weiten elektrisch isolierenden Werkstoff, wie Porzellan, Grenzen geändert werden kann. Steatit, geschmolzenem Quarz od. dgl., und der In- Die Sekundärseite dieses Transformators ist über duktor 7 ist um dieses Gehäuse herum angeordnet. einen Kondensator 16, der gegebenenfalls aus dem Der Induktor ist an eine Wechselstromquelle von Stromkreis über die Impedanz 14 einen kleinen hoher Frequenz (von einigen zehn bis einigen hun- 35 Leckstrom von sehr hoher Frequenz abzweigen kann, diert Kilohertz) in in den Zeichnungen nicht darge- im Nebenschluß geschaltet.

stellter Weise angeschlossen. Die Regelvorgänge bei der Kondensatorfelderhkv

Der Tiegel 1 kann ferner auch durch in der Nach- zung und durch den direkten Strömdurchgang sind

barschaft seiner Außenfläche angeordnete Wider- vollkommen voneinander unabhängig und können stände erhitzt werden, die durch einen unmittelbar in 40 von Hand oder automatisch durchgeführt werden, im

dem Verteilernetz bzw. einen Nebenschluß desselben letzteren Falle nach einem Programm, das entweder

liegenden Transformator mit Strom versorgt werden. von der Zeit oder der Temperatur abhängt.

In diesem Falle kann das Gehäuse 4 aus Metall be- Die Temperatur kann nach einem der bekannten

stehen. Verfahren gemessen werden, in einfachster Weise da-Im Innern des Tiegels 1 ist ein ebenfalls aus 45 durch, daß in das Innere des Hohlkörpers 8 eine

Platin oder einer Legierung auf Grundlage von Pia- Pyrometeranordnung eingeführt wird, wobei Voi¹-

tin bestehender buchsenartiger Hohlkörper 8 angeord- sorge dafür getroffen wird, daß die Vorrichtung zum

net, an dessen oberem Teil ein Schaft 9 befestigt ist, Ablesen der Temperatur nicht durch die Wirkung der

der seine starre Befestigung ermöglicht. abgeleiteten oder induzierten Ströme von sehr hoher

Zu diesem Zwecke sind an dem Hals des Tiegels 1 5° Frequenz beeinflußt wird.

oder an einem beliebigen anderen starren Teil des Uberlicherweise wird zu diesem Zwecke ein Filter Ofens isolierende Träger 10, die auch bei den hohen mit sehr hoher Frequenz verwendet, das in Funktion Temperaturen, denen sie durch die Strahlung des der angewendeten Frequenz arbeitet, wobei die Meßheißen Glases ausgesetzt sind, gute mechanische und vorrichtung dann in einem geerdeten Faradaykäfig elektrische Eigenschaften besitzen, starr befestigt. Die 55 untergebracht ist.

Befestigung dieser Träger und die Zentrierung des Der Tiegel 1 kann zylindrische oder kegelförmige

Schaftes 9 sowie des Hohlkörpers 8 erfolgen durch Gestalt besitzen. Auch der Hohlkörper 8 kann zylin-

zwei Gruppen von an den Trägern 10 befestigten drisch oder kegelstumpffÖrmig ausgebildet sein.

isolierenden Traversen 11. Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Ausführungs-

Selbstverständlich kann auch jede andere Art der 60 beispiels sind der Tiegel 1 wie der Hohlkörper 8 zy-

Montage angewendet werden, welche gleichzeitig die lindrisch gestaltet und besitzen halbkugelförmige

starre Befestigung und zweckentsprechende elek- Böden. In diesem Falle kann der Hohlkörper 8 in der

irische Isolierung des Hohlkörpers 8 sichert. Achse des Tiegels 1 angeordnet sein, wobei ein genau

Der Tiegel 1 und der Hohlkörper 8 bilden die gleicher konstanter Abstand zwischen den beiden den

beiden Beläge eines Kondensators, dessen Dielektri- 65 Ofen bildenden Elementen gesichert werden muß. Da-

kiim die zu schmelzende Masse ist. durch ergibt sich eine gleichmäßige Erhitzung sowohl

Aus Gründen der Sicherheit und bequemen Be- durch die Kondensatorfelderhitzung als auch durch

triebsweise wird vorzugsweise der Tiegel 1 an Erde den direkten Stromdurchgang.

Ferner kann auch die Höhe des mittleren Hohlkörpers so eingestellt werden, daß sich im Boden des Tiegels eine Glasmasse ansammelt, deren Temperatur von der mittleren Temperatur des Bades verschieden sein kann.

In Fig. 2 ist schematisch. ein Ofen- dargestellt, bei welchem der Tiegel zylindrisch und der Hohlkörper kegelstumpfförmig gestaltet ist, wobei die große Grundfläche des Kegelstumpfes nach dem Boden des

Zahl dor nebengeschlosseoen Windungen durch Verschiebung auf dem Induktor des gleichen Tedles geändert werden kann·. Die Induktanz selbst kann dürdh die Verschiebung eines- Griffes auf ihren optimalen Wert eingestellt werden. Bei der in Fig. 6 dargestellten abgeänderten Ausführungsform wird der Wert der im Nebenschluß liegenden Induktanz durch Verschiebung eines koaxialen Zylinders 22, der aus einem Metall von sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit be

Tiegels. 1 hin liegt. Unter diesen Bedingungen kann ₁₀ steht, verändert. Diese Verschiebung kanu z. B; durch

eine Überhitzung des Tiegelbodens erfolgen.

In Fig. 3 ist der gleiche Tiegel dargestellt, jedoch der innere Hohlkörper gegenüber Fig. 2 umgekehrt, mit dem Ziele, eine Überhitzung des oberen Bereichs

eine Vorrichtung üblicher Art in Gestalt einer Reihe von Rollen 23, über welche ein durch ein Gegengewicht 24 belastetes Seil läuft, erfolgen.

Falls die Beheizung des Tiegels durch die Wiider-

des Bades zu erzielen. Wie hieraus ersichtlich ist, _lg stände erfolgt, genügt es, in dessen oberem Teil

können einerseits der Tiegel 1, andererseits der innere Hohlkörper Formen und Abmessungen erhalten, durch die entweder eine gleichmäßige Erhitzung herbeigeführt oder in einer auswählbaren Zone des Ofens eine überhitzte Zone geschaffen wird.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, Gläser von sehr unterschiedlichen Zusammensetzungen mit wesentlich geringerem Zeitaufwand und wesentlich kleinerem Energieverbrauch als bei bekannten Verfahren, insbesondere denen, die mit einem durch Hochfrequenz erhitzten Tiegel arbeiten, zu schmelzen.

In dem beispielsweisen Fall von optischen Gläsern überlicher Zusammensetzung wird die Arbeitsdauer

leistungsfähigere Heizelemente bzw. solche, strahlende Fläche größer ist als in den anderen Zonen, vorzusehen, um eine vorzugsweise Erhitzung der Glasoberfläche zu bewirken.

Gemäß der Erfindung kann ferner der büchsenartige innere Hohlkörper 8 seinerseits selektriv so beheizt werden, daß er dazu beiträgt, dem im Ober=- flächenbereich der Schmelze befindlichen Glas eine höhere Temperatur zu erteilen.

Fig. 7 veranschaulicht eine Ausfübruiagsform· dieser Art der Beheizung, bei welcher ein innenliegender Heizwiderstand zum wenigsten aus zwei Widerstaiadls*- elementen 25, 26 in Übereinanderanordinung besteht, die in Reihe oder parallel zueinander geschaltet! wear-

25, 26 eingelegt werden, deren Anfänge und' Abgänge bei der oberen Wicklung mit 29, 30, bei der unteren Wicklung mit 31, 32 bezeichnet sind.

Einer der Stromansdhlußdrähte ist bei 33 an die Kalotte 34 des Hohlkörpers 8 angeschweißt. Die anderen Drähte liegen an Metallringen, wie 36, die voneinander durch isolierende Ringe 37 getrennt süäid^ welche am Ende eines mit der Kalotte 34 verbündte-

um mehr als 5O^fl/o verringert, wobei die Energie- ₃„ den können. Ein erster Zylinder aus Aluminium- mit ersparnis mehr als 40% beträgt. Ferner kann die halbbugelförmigem Boden 27 liegt der Innenfläche

Gesamtheit der Arbeitsvorgänge ohne mechanisches des Hohlkörpers 8 an. in diesem anderen! Zylinder

Rühren durchgeführt werden. liegt ein zweiter, ebenfalls aus Aluminium bestetieaar

Gemäß Fig. 4 ist der aus Platin oder einer Platin- der Zylinder, der auf seiner in Kontakt mit dem

legierung bestehende Tiegel 1 auf einem feuerfesten ₃₅ Zylinder 27 stehenden Fläche eine spiralörmige

Sockel 2 aufgesetzt, der seinerseits auf einer Metall- Rippe aufweist, in welche die beiden Hfedzwicklungean. fläche 3 aufruht. Mit dem Sockel 2 ist ein feuerfestes
Gehäuse 20, das in seinem oberen Teil kuppelartig,
und zwar derart, daß das Profil der Kuppel parallel

zu der Kuppel des Tiegels Hegt, gestellt ist, verbunden. Der Raum zwischen dem Tiegel und diesem Gehäuse ist mit einem isoHerenden Material 5 gefüllt.

Das Profil der Induktionsspule 7 ist so gestaltet, daß im oberen Teil des Tiegels die Kopplung enger

ist als in dessen unterem Teil und sich derart in die- ₄₅ nen Rohres 22 aus Platin angeordnet sind. Die aus

ser oberen Zone eine intensivere Erhitzung ergibt. den Wicklungen und den ZuMtangsdrähten ba-

Wie die Erfahrungen gezeigt haben^ ist es bei der stehende Gesamtheit wird in den Hohlkörper 8 und

Ausarbeitung gewisser Gläser, insbesondere von sehr das; Rohr 22 eingesetzt, worauf die beiden Teil© durch

viskosen Gläsern zweckmäßig, der oberen Zone des Verschweißen miteinander verbunden werden. Die

Glasbades zusätzlich Wärme zuzuführen, um die ₅₀ Metallringe 36 sind durch Stäbchen miteinander ver-

Strahlungsverluste auszugleichen und durch die Ober- bunden, wodurch sich folgende mögtiche Komibi-

fläche in hinreichend flüssigem Zustand zu halten, so nationen ergeben: Einschalten des einen oder beidier

daß sich eine sehr schnelle Läuterung der geschmol- Heizelemente, Verwendung des einen oder beider

zenen Masse ergibt. Elemente in Reihe mit dem Bad geschaltet, ferner

Die dem oberen Teil des Tiegels gegebene Form ₅₅ Parallelschaltung der beiden Elemente, wobei dann

einer reflektierenden Kuppel und die Verringerung die Gesamtanordnung in Reihe mit dem Glasbad ge-

der Abmessungen der Öffnung auf solche, wie sie un- schaltet ist.

bedingt für das Füllen der Ofenräume notwendig Diese verschiedenen Kombinationen ermöglichen

sind, tragen bereits dazu bei, zu erreichen, daß im es, die aufeinanderfolgenden Phasen der Ausschei-

obexen Teil des Ofens eine höhere Temperatur erzielt 6₀ dung des Glases durchzuführen. In einer ersten

wird als im unteren Teil. Phase sind die beiden Widerstände vorzugsweise in

Dieses Ergebnis kann auch in anderer Weise, wie Reihe so geschaltet, daß der innere Hohlkörper auf

das z. B. schematisch in den Fig. 5 und 6 dargestellt eine hohe Temperatur erhitzt wird und deshalb· ein

ist, ermittelt werden, gemäß welchem die Spule 7 wie Maximum an Wärme an das verglasbare Gemenge

im Falle der Anordnung gemäß Fig. 1 zylindrisch ist. 65 abgibt. Sobald die zunächst durch dielektrische Ver-

Es kann dann, wie in Fig. 5 gezeigt, der untere Teil luste erhitzte glasige Masse geschmolzene Zonen auf-

des Induktors 7 durch einen Induktanz 21 von geeig- weist, durch die der Niederspanaungsstrom des Net-

netem Wert in· Nebenschluß gelegt werden, wobei die zes hindürchfließen kann, wird die aus den beiden

Widerständen bestehende Gesamtheit zu dem Glasbad in Reäihe geschaltet

Unter diesen Bedingungen wird! die glasige Masse gleichzeitig erhitzt

1. durch den Kontakt zwischen dem Tiegel und der zentralen Elektrode,

2. durch dielektrische Verluste,

3. unmittelbar durch den direkten Stromdurchgang unter Begrenzung des Stromdwchgangs durch den Heizwiderstand der mittleren Elektrode.

Sobald das Glasbad ein gewisses Niveau erreicht, wird das untere Widerstandselement kurzgeschlossen, jedoch das obere Widerstandselement in Reihe mit dem Bad geschaltet belassen.

Unter diesen Voraussetzungen wird der untere Teil der Elektrode nur noch durch den Kontakt mit dem Glasbad, dagegen ihr oberer Teil nach wie vor durch die Wirkung des in Reihe zu dem Glasbad geschalteten Widerstandes erhitzt. Da nur ein einzelnes Wider-Standselement in Reihe geschaltet ist, gibt es einen oberen Grenzwert für den als Folge des Jouleeffektes fließenden Strom, der höher ist als am Anfang des Arbeitsvorganges. Dies ist wegen der Vergrößerung des Volumens dtes geschmolzenen Glases erwünscht. ^5

In der Endphase werden die beiden Widerstände parallel zueinander und die Gesamtheit in Reihe zu dem Bad geschaltet.

Sobald die gesamte Masse vollkommen geschmolzen ist, können die Widerstände ohne Nachteil parallel geschaltet werden, wodurch von neuem der Grenzwert der Stärke des das Glas durchfließenden Stromes zurückgestellt wird.

Das vorstehend erläuterte Programm für die Ausarbeitung des Glases kann durch einfache Werte wiedergegeben werden, die auf einer gewissen Anzahl von gegebenen Werten basieren, wie an allen definierten Punkten abgenommenen Temperaturwerten, der Stärke des die Widerstände durchfließenden Stromes sowie der Höhe des Glasbades.

Fig. 8 zeigt schematisch, wie diese verschiedenen Kombinationen verwirklicht werden können. Der hier dargestellte einzige Widerstand 39 symbolisiert die beiden Widerstände 25 und 26. Ein Komutator mit drei Kontakten 40 ermöglicht, von einem Transformator ausgehend, in der Stellung 1-2 die Widerstandserhitzung des mittleren Hohlkörpers, in der Stellung 1-0 die Schaltung des Widerstandes 39, d. h. der beiden Widerstände 25 und 26 in Reihe zu dem Bad, und in der Stellung 1-3 die Beheizung durch den direkten Stromdurchgang, zu deren Wirkung selbstverständlich die der dielektrischen Verluste hinzutritt. Die Schaltung der beiden Widerstände parallel zueinander erfolgt, wie oben erläutert, durch an den Ring 36 angelegte Stäbchen und ermöglicht es, die obenerwähnte Endphase zu erzielen.

Die Widerstände sind so ausgebildet, daß die Stromstärke, die sie aushalten, etwas höher ist als die des Stromes, die das Bad durchfließen würde, falls die angewendete Spannung unmittelbar den beiden Elektroden zugeführt werden würde, deren eine durch den Tiegel und deren andere durch den mittleren Hohlkörper gebildet wird.

Falls jeder der beiden Widerstände normalerweise für eine Stromstärke I ausgelegt ist, kann die Spannung so gewählt werden, daß der durch das Bad fließende Strom diesen Wert nicht übersteigt, gleichgültig, ob die beiden Widerstände in Reihe geschaltet oder ob ein einzelner Widerstand verwendet wird. Diese Stromstärke kann natürlich den Wert 2/ erreichen, falls die beiden Widerstände parallel zueinander geschaltet sind.

Es bedarf keiner Erläuterung, daß durch Änderung der Gebrauchsspannung ohne Schwierigkeiten eine gegebene Leistung der Widerstände erzielt werden kann und das im Schmelzen befindliche Glasbad außerdem wirksam durch den direkten Stromdurchfluß beheizt werden kann.

Die graphische Darstellung gemäß Fig. 9, welche durch die Kurve A das allgemeine Verhalten des Widerstandes des Bades beim Durchgang des Netzstromes während der Ausarbeitung des Glases angibt, zeigt bei B, C und D die Änderungen, die sich durch das Schalten eines einzigen Widerstandes und von zwei parallel zueinander geschalteten Widerständen in Reihe mit dem Bad bzw. mit zwei ihrerseits in Reihe geschalteten Widerständen ergeben.

In der Phase B, die dem Zustand entspricht, in welchem in dem Bad sowohl geschmolzene wie ge^- frittete und noch pulverförmige Bestandteile enthalten sind, kann die elektrische Leistungsfähigkeit innerhalb sehr weiter Grenzen schwanken. Unter diesen Bedingungen können sich als Folge des örtlichen Auftretens erhöhter Stromstärken in für die Reinheit des Glases gefährlicher Weise überhitzte Zonen ergeben, welche durch das Schalten der beiden Widerstände in Reihe zu dem Bad vermieden werden. Inder Phase C ist bereits ein größerer Anteil des Glases geschmolzen, so daß es möglich wird, die Stromstärke zu erhöhen und zu diesem Zwecke einen Widerstand kurzzuschließen, und schließlich ist es während der Phase D, in welcher das Glas in vollkommen geschmolzenem Zustand ist, zweckmäßig, die Beheizung zum Zwecke der Läuterung zu steigern.

Die Kurve gemäß Fig. 10 zeigt als Beispiel die Änderung der Stromstärke in dem geschmolzenen Bad von dem Zeitpunkt an, in welchem die Erhitzung durch den Jouleeffekt erfolgt, bis zur beendigten Ausscheidung des Glases, wobei die Beheizimg von Anfang der Beschickung des Ofens an durch dielektrische Verluste unter gleichzeitiger Beheizung des Tiegels und des inneren muffenartigen Hohlkörpers erfolgt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Erhitzen von glasigen Stoffen, insbesondere für die Herstellung von Glas aus verglasbaren Stoffen, die in einen Behälter zwischen zwei Elektroden eingebracht werden, mit denen diese Stoffe in direktem Stromdurchgang erhitzt werden, sobald sie hierfür durch eine andere Beheizung elektrisch hinreichend leitfähig gemacht worden sind, dadurch gekenn zeichnet, daß für die Beheizung bis zur Erreichung der elektrischen Leitfähigkeit der eingebrachten Stoffe eine Kondensatorfelderhitzung durch Anlegen einer hochfrequenten elektrischen Wechselspannung im Bereich von einigen Megahertz bis· einigen Zehnern von Megahertz an die Elektroden angewandt wird, wobei die Wandungen des Behäterinnenraumes als Elektroden verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Glas aus verglasbaren Stoffen, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die Erhitzung zunächst durch Kondensatorfelderhitzung erfolgt und anschließend bei Erreichung einer genügenden Leitfähigkeit der Schmelze in dem gleichen Behälter gleichzeitig durch Kondensatorfelderhitzung und einen unmittelbar hindurchfließenden Niederspannungsstrom mit Netzfrequenz.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallwandungen beheizt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der angewendeten Beheizungsarten, und zwar sowohl die Kondensatorfelderhitzung als auch die durch den direkten Stromdurchgang und die der Beheizung einer oder beider Metallwandungen unabhängig voneinander regelbar sind.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch entsprechende Regelung der verschiedenen Beheizungsarten in einen gewählten Bereich des Ofens eine stärker erhitzte Zone geschaffen und dadurch die Homogenisierung des Glases begünstigende Konvektionsströme in der geschmolzenen Masse erzeugt werden. as

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallwandungen durch Induktion beheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Metallwandungen durch einen oder mehrere elektrische Widerstände beheizt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung wenigstens einer der Metallwandungen gleichmäßig erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine intensivere Beheizung wenigstens einer der Metallwandungen, sei es örtlich, sei es auf nur einem Teil dieser Wandung, insbesondere dem im oberen Teil des Bades gelegenen Bereich derselben.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung einer oder beider Metallwandungen so eingeregelt wird, daß deren Temperaturen von unten nach oben ansteigen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des die Beheizung durch den unmittelbaren Stromdurchgang bewirkenden Stromes in dem geschmolzenen Bad automatisch in jedem Zeitpunkt dadurch auf den gewünschten Wert begrenzt wird, daß der eine oder die mehreren für die Beheizung einer der Metallwandungen dienenden Heizwiderstände in Reihe mit dem durch das Bad gebildeten Widerstand geschaltet werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Arbeitsvorganges sowohl die Temperatüren der zonenweisen Beheizung der beiden Metallwandungen als auch die Temperaturbereiche der Beheizung durch Kondensatorfelderhitzung und die der Beheizung durch den direkten Stromdurchgang so geregelt werden, daß in jeder Phase der Behandlung die günstigsten Temperaturbedingungen erzielt werden und erwünschtenfalls das Umwälzen des Bades herbeiführende Konvektionsströme von veränderlicher und regelbarer Intensität erzeugt wer^ den.

13. Schmelzofen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen aus Platin, einer Platinlegierung oder einem anderen zweckentsprechenden Metall bestehenden Tiegel und einen ebenfalls aus Platin, einer Platinlegierung öder anderem zweckentsprechendem Werkstoff bestehenden, im Inneren des Tiegels angeordneten muffenartigen Hohlkörper in solcher Anordnung, daß der Tiegel und der Hohlkörper einerseits die beiden Belegungen eines Kondensators für die Erhitzung im hochfrequenten Kondensatorfeld des zwischen dem Tiegel und dem inneren Hohlkörper befindlichen Gutes, andererseits die Elektroden für die Erhitzung durch den direkten Stromdurchgang bilden.

14. Schmelzofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel und der innere Hohlkörper koaxiale Rotationskörper sind.

15. Schmelzofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Tiegel als auch der innere Hohlkörper aus einem Zylinderkörper mit halbkugelförmigem Boden bestehen, wobei der Abstand zwischen dem Tiegel und dem inneren Hohlkörper konstant ist, so daß eine gleichmäßige Erhitzung des Gutes auf der gesamten Höhe des Tiegels durch das hochfrequente Kondensatorfeld wie durch den unmittelbaren Stromdurchgang erfolgt.

16. Schmelzofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlkörper gegenüber dem Tiegel höhenverstellbar ist, so daß bei entsprechender Höheneinstellung desselben sich in dem Boden des Tiegels eine Glasmasse zu gegenüber der mittleren Temperatur des Bades gegebenenfalls abweichende Temperatur ansammeln kann.

17. Ofen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das eine seiner Elemente (der Tiegel oder der innere Hohlkörper) zylindrisch gestaltet ist und der Querschnitt des anderen Elementes sich in der Höhenrichtung des Ofens ändert, so daß sich eine hiervon abhängige Änderung des elektrischen Hochfrequenzfeldes und innerhalb des Bades ein Temperaturabfall nach einem vorbestimmteii Gesetz ergibt.

18. Ofen nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel und/oder der innere Hohlkörper unabhängig voneinander beheizbar sind.

19. Ofen nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Tiegels eine reflektierende Kalotte trägt, die eine der Beschickung des Tiegels dienende Öffnung aufweist, die so klein bemessen ist, wie das für diesen Zweck unbedingt erforderlich ist.

20. Ofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Tiegels stärker beheizbar ist als der untere Teil.

21. Ofen nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel durch einen oder mehrere Heizwiderstände beheizbar ist.

22. Ofen nach Anspruch 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel durch Induktion beheizbar ist.

23. Ofen nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen die Beheizung in der Höhenrichtung des Ofens zu differenzierbar ist, insbesondere die Beheizungswirkung lokalisierbar oder eine intensivere Beheizung einer bestimmten Zone des Tiegels von regelbarer Höhe, insbesondere in dessen oberem Teil erzielbar ist.

24. Ofen nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, Saß eine regelbare Anzahl von Windungen der den Tiegel umgebenden Induktionsspule durch eine Induktanz nebengeschlossen sind, welche selbst durch Veränderung der Anzahl ihrer wirksamen Windungen oder durch Verschiebung eines im Inneren der Induktanz angeordneten, dazu koaxialen Zylinders aus sehr gutem, leitfähigem Material regelbar ist.

25. Ofen nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Windungen der Induktionsspule und dem Tiegel in gewissen Zonen geringer ist als in anderen, insbesondere in der Nachbarschaft des oberen Teils des Tiegels geringer ist.

26. Ofen nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Induk-

tionsspule in gewissen Zonen des Tiegels, insbesondere in seinem oberen Bereich, enger aneinanderliegen.

27. Ofen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlkörper durch einen oder mehrere in seinem Inneren angeordnete Widerstände beheizbar ist.

28. Ofen nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlkörper wenigstens zwei je für sich verwendbare parallel oder in Reihe geschaltete Widerstände enthält.

29. Ofen nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen während des Arbeitsvorganges die Kopplungsgerade der den inneren Hohlkörper beheizten Widerstände veränderbar ist.

30. Ofen nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch Mittel zur Schaltung des oder der Widerstände zur Beheizung des inneren Hohlkörpers in Reihe mit dem Glasband.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 889 337, 897 744;
Buch »Le Chauffage Haute-Frequence« von G. Henry-B ezy, Verlag Dunod, Paris, 1948.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen