DE1916804A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen und Veredeln von thermoplastischen Massen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Schmelzen und Veredeln von thermoplastischen Massen Die Erfindung betriff-t ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen und Veredeln von thermoplastischen oder schmelzbaren Massen in einem vertikalen Schmelz- und Veredelungsofen.
• Thermoplastische Massen wie z. B. in grossen Mengen hergestelltes Glas werden zumeist in iemens-Regenerativöfen, die mit 01, Naturgas, künstlichem Gas oder anderen flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beheizt werden, gesciimolzen. Das Glas befindet sich in einem Behälter aus feuerfestem Material und die Heizung in einem Gasraum über dem Behälter.
• Der Behälter besteht zumeist der Länge nach aus zwei Zonen, der Schmelzzone und der Veredelungszone. Die Verbindung zwischen den zwei Zonen erfolgt entweder durch einen kurzen Tunnel, genannt Kehle ("throat"), oder unter einem oder mehr : reren Schwimmerpaaren ("floaters"), die Tongefüge sind, die fast in einer Ebene mit der Glasoberfläche fliessen, aber Oberflächenschaum an dem Eintritt in die Veredelungszone hindern. Die Heizung ist normalerweise auf die Schmelzzone beschränkt, während die Funktion der Veredelungszone weniger eine Abscheidung ist (d. h. Blasen oder Keime zu entfernen), als dazu dient, die T Temperatur auf den Grad abzusenken, der zur Bearbeitung des Glases notwendig- ist. Die Yeredelungszoneist daher auch verschiedentlich als Bearbeitungszone bekannt.
• In jedem Falle ist die Temperatur der Veredelungszone gewöhnlich mehrere hundert Grade Celsius niedriger als die der Schmelzzone.
• Es wurde ursprünglich angenommen, dass das Glas gleichmflssig von der Schmelzzone zur Veredelungszone und dann zur Bearbeitungs- oder Austrittsöffnung fortschreitet. Aber man weiss seit langem, dass die hydraulischen und hydrodynamischen Verhältnisse dagegen sprechen, und dass selbst in Abwesenheit irgend einer Entnahme ("consumption") von Glas an den Öffnungen, ein grosser umlaufender Strom besteht, und zwar in Richtung von der Schmelzzone zur Veredelungszone in den Oberflächenschichten des Glases und dem oberen Teil der Kehle', und dann in entgegengesetzter Richtung in den unteren Teilen des Behälters und der Kehle. Es ist also anzunehmen, dass selbst, wenn irgend eine Entnahme von Glas an den Öffnungen erfolgt, der rückläufige Strom zum Beharren neigt. Die Öfen des im obigen beschriebenen Typs sind daher unter einem alten Missverständnis angeordnet und das Auskühlen des Glases wird laufend durch den rückwärtigen Strom vereitelt. Dieser Kreislauf hat zweifellos einige Vorteile insofern, als er verhindert, dass die Kehle erstarrt, wenn die Entnahme niedrig ist und möglicherweise hiflt, um das Glas zu Zeiten zu homogeniseren. Andererseits kann er auch das Gegenteil bewirken, nämlich laufend veredeltes Glas mit Glaskeimen verunreinigen und eine starke Abnutzung der Kehle bewirken, welche die am stärksten verletzbare stelle des ganzen Behälters ist. Die Abnutzungsteile neigen dazu, Knoten und Bruchstücke zu bilden, während die Abnutzung selbst die Kehle so beschädigen kann, dass der ganze Behälter zusammenbricht.
• Überdies verhindert dieser Kreislauf eine optimale Schmelz-und Veredelungswirkung durch Erniedrigung der Schmelzgeschwindigkeit und der Entnahmemenge von geschmolzenem Material aus dem Ofen. Ein weiterer Grund, der zu ungünstigen Schmelzbedingungen beiträgt, 1st die Verteilung von Rohmaterial am Kopf des geschmolzenen Materials.
• Bei üblichen Glasschmelzöfen ist das zu schmelzende~Material, d. h. Rohmaterial und Glasscherben, im allgemeinen auf der -oberen Fläche des geschmolzenen Glases im Ofen gelagert, wo es eine Deckschicht über dem geschmolzenen Glas bilden kann.
• Wenn das Schmelzen mit Gasbrennern erfolgt sind die Brenner im allgemeinen ueber dem Ansatz gelagert und neigen dazu, diesen vom Kopf abwärts zu schmelzen. Das geschmolzene Material sickert dabei nach unten durch das ungesschmolzene Material.
• Bei üblichen elektrisch beheizten Glasschmelzöfen ist im allgemeinen die Spitze gegen die Bodenoberfläche des Ansatzes gerichtet und der Eodenteil d-es Ansatzes schmilzt zuerst.
• Eingeschlossene Luftblasen und freigemachte Gase dringen nach oben durch den ungeschmolzenen Teil des Ansatzes. Bei beiden Ofentypen hat der Ansatzbelag eine relativ gleichmässige Dicke und setzt daher nur eine kleine Oberfläche der oberen Flammenwirkung od-er dem. elektrisch beheizten geschmplzenem Materia-l unten aus. Hierdurch wird eine unbefriedigende Schmelzwirkung, Schmelzgeschwindigkeit und Entnahmemenge erzielt.
• Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile zu beheben und ein.
• Verfahren-und eine Vorrichtung zum Schmelzen und Veredeln von thermoplastischem-Material zu gestalten, die eine stark gesteigerte Schmelz- und Veredelungswirkung -und geschwindigkeit-liefern und eine grössere Entnahmemenge an geschmolzenem Material mit verbesserten Eigenschaften ermöglichen.
• Erfindungsgemäss wird dies erreicht mit einem Verfahren zum Schmelzen und Veredeln von thermoplastischem Material in einem Schmelzbehälter, in dem Wärmeenergie an wenigstens zwei verschiedenen Höhenlinien angewandt - wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Hitzeenergie auf wenigstens eine Schmelzzone in einem oberen Teil des Behält-ers gerichtet wird, um das Material unter Bewegung und zirkulierenden Fliessbedingungen in wenigstens einem Teil der Zone zum Schmelzen zu bringen, und dass das geschmolzene Material in einem unteren Teil des Behälters unter im wesentlichen ruhigen nicht wirbelnden Bedingungen veredelt wird.
• Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, dass der Materialansatz am Kopf des geschmolzenen thermoplastischen Materials im oberen Teil des Behälters gelagert ist, um einen nach unten gerichteten konvexgeformten Körper zu bilden, der eine wesentliche Strecke im geschmolzenen thermoplastischen Material bildet.
• Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem vertikal gerichteten Behälter mit einem oberen Teil für die Aufnahme des Rohmaterials in das offene Kopfende, wobei der obere Teil wenigstens eine Schmelzzone bildet, und einem unteren Teil für eine Veredelungszone, ferner aus Mitteln zur Einwirkung von Hitzeenergie auf das Material im oberen Teil des Behälters, die um die Peripherie des Behälters herum in einer Mehrzahl von wenigstens zwei Höhenlagen angeordnet sind, mit einem Betrag bei jeder Höhenlage, der grösser als der der darunterliegenden Höhenlage ist, ferner aus Abzugsmitteln zur Entnahme von geschmolzenem Material aus dem- unteren Behälterteil nach dem Veredeln.
• An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung näherbeschrieben: Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt des erfindungsgemässen Ofens, Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang Linie II-II von Fig. 1, der die Anordnung von Heizmitteln, d. h. Elektroden zeigt, die um die Peripherie des Ofens angebracht sind, um Wärme auf das Zentrum des Ofens zu konzentrieren, zwecks Bildung einer vollständigen und wirbelnden Zirkulation des Glases in der oberen Ofenzone, Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang Linie III-III von Fig. 1 und zeigt die umfassende Anordnung einer zweiten Lage von Heizmitteln, d. h. Elektroden, um Ströme zu erzeugen, die den durch die Elektroden nach Fig. 2 gebildeten Strömen entgegengerichtet sind, wodurch jegliche Neigung der Schmelze, die Kopfzonenzirkulation nach unten in die Mittel- und Bodenzonen des Ofens fortzusetzen, verhindert wird, Fig. 4 ist ein vertikaler Schnitt durch einen Ofen in einer -bevorzugten Ausführungsform, Fig. 5 ist ein gleicher Schnitt wie nach Fig. 4 eines Ofens, der mit einem Ansatz und geschmolzenem Glas gefüllt -ist, Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang Linie 3-3 von Fig. 4.
• Der in den Fig. 1 - 3 gezeigte Ofen besteht aus einem vertikalgelagerten Behälter 10 mit Wänden 12 aus feuerfestem Material. Sechs Wandungsabschnitte sind hexagonal angeordnet, jedoch ist auch irgendein runder Querschnitt möglich. Unter den Wandungen ist ein tunnelartiger Boden 14 angeordnet, der im vorliegenden Falle eine umgekehrte hexagonale Pyramide darstellt. Die den Ofen umgebende Stahlkonstruktion üblicher Art zum Festhalten der einzelnen Teile ist nicht gezeigt. Ebenso sind eitungen für die Kühlluft und andere übliche Elemente weggelassen. An der Spitze des Bodens 14 befindet sich ein Stopfen 26, der abgenommen werden kann, um Fremdstoffe wie Flaschenkappen, Prcmdeisenteile oder Teile von feuerfestem Material abzuziehen. Dieses Material, das schwerer als Glas ist, setzt sich in Schacht 27 ab, von wo es durch Stopfen 26 abgenommen werden kann. Durch eine seitliche Öffnung 28 von Boden 14 etwas über Schacht 27 wird das geschmolzene Glas abgezogen. In die Öffnung 28 ist ein zugespitzter Stopfen 3Q mit einer mehr oder weniger zylindrischen Bohrung 32 eingesetzt und gegen den Druck des Glases durch geeignete Befestigungsmittel (nicht gezeigt) festgehalten. Die Funktion des Stopfens 7 besteht darin, die Abnützung des aTfliessenden Glasstromes auf einem leicht ersetzbaren Teil einzuengen. Vom Stopfen 30 fliesst der Glaæstrom in einen Kanal 34, der mit einer Deckplatte 36 abgedichtet ist. Der Glasfluss bildet einen Strom 38, der gegen die Öffnung 32 in Stopfen 30 zuruckdrückt. Am Ende dieser Öffnung befindet sich ein zweiter Stopfen 40, der den Stopfen 26 am Ofenboden entspricht. Dieser Stopfen 40 kann inwärts- oder auswärts durch Mittel (nicht gezeigt) eingepasst sein, um eine wechselnde Entnahme des geschmolzenen Materials zu ermöglichen. Über dem Glasstrom 38 befindet sich ein Luftraum 42, um zusätzliche Wärme zuzuführen zwecks ggf. erforderlicher Kondiotionierung des Glases.
• Obwohl nur ein Stopfen 30 gezeigt ist, kann natürlich eine Mehrzahl derartiger Stopfen um den Boden 14 herum angeordnet sein, die zu Abflusskanälen wie Kanal 34 führen. Aus Kanal 34 wird das Glas zur Bearbeitung auf Maschinen geleitet. Bei Anordnung meherer Kanäle ist der Ofen zentral zwischen derartigen Maschinen gelagert. Sofern Glasbrocken hergestellt werden sollen, kann der Kanal 34 fortgelassen werden . Das Glas fliesst dann über einen abschüssig geneigten Metallkanal ins Freie und wird mit einem Wasserstrom versetzt, um das Glas zu kühlen und beim Abfliessen im Kanal in Stücke zu brechen.
• Das Schmelzen und Veredeln des schmelzbaren Materials in Behälter 10 schreitet in drei vertikalen Zonen A, B und C fort. Nach Fig. 2 sind um den Boden von Zone A drei Elektroden 44A, 44B und 44C angeordnet. Jede Elektrode geht durch eine Öffnung 46 in der Ofenwandung 12 und kann aus Molybdän oder einem ähnlichen Material bestehen. Bei der erfindungsgemässen Anordnung, wie gezeigt, sind die Elektroden 44A bis 44C mit drei Phasen oder Leitungen 48A, 48B und 48C als Quelle des Dreiphasenstromes 50 verbunden. Bekanntlich ist das geschmolzene Glas im Ofen 10 ein ionischer elektrischer Leiter und da der kürzeste Stromweg 52 zwischen den benachbarten Elektroden 44bis 44G durch das Zentrum des Ofens geht (Fig. 2), wird eine lokalisierte Hitze zone im Zentrum des Ofens zwischen dem Kopf und dem Boden der Zone A entwickelt. Hierdurch entsteht eine aktive und turbulente Zirkulation des Glases in Zone A, wie die gestrichelten Linien 54 in Fig. 1 anzeigen. Hierbei fliesst das Glas aufwärts in der Nähe des Zentrums des Ofens, auswärts in der Nahe des Kopfes des Ofens, abwärts in der Nähe der Wandung und inwärts in der Nähe der Höhenlage der Elektroden 44A - 44C. Der Ofen wird mit Glasbrocken oder einem Ansatz oder einer Mischung derselben gefüllt, wobei eine dicke Abdeckschicht 56 am Kopf des geschmolzenen Glases gebildet wird, die das Entweichen von Wärme verhindert, obwohl sie durchlässig für Kohlendioxid oder andere beim Schmelzprozess entweichende Gase ist. Sofern nur Glasbrocken als Ausgangsmaterial verwendet werden, bestehen diese Gase aus Luft und Wasserdampf. Selbstverständlich sind der Ansatz oder die Glasbrocken als solche keine elektrischen Leiter. Um einen elektrischen Strom zwischen den Elektroden in Gang zu setzen, muss daher der Ofen anfänglich mit geschmolzenem Glas oder einem ähnlichen geschmolzenen Material beschickt werd-en. Oder es kann der Ofen anfänglich mit einem Ansatz und Glasbrocken in granulierter Form zusammen mit Salzwasser oder einem anderen Elektrolyten beschickt werden, um einen Stromfluss - - - -zwischen den Elektroden und damit eine Hitzeentwleklung zu bewirken.
• Da die Ofenwandungen relativ kalt sind, besteht manchmal für den absteigenden Lauf des Glases oder anderen schmelzbaren Materials die Neigung, in einem grösseren Abstand als wninschenswert von den Wandungen der Zone A herunterzufliessen.
• Falls notwendig, ist daher im unteren Teil der Zone P durch die Elektroden 58A bis 58F eine zweite elektrische Kraft quelle angeordnet. Nach Fig. 3 ist abwechselnd je eine der Elektroden mit den drei Ausgangsleitungen eines Dreiphasenstromes 60 verbunden, der praktisch der gleiche wie 50 nach Fig. 2 sein kann. Wie gezeigt, wird der elektrische Strom im geschmolzenen Glas zwischen den Elektroden hintereinander in einem peripheren Umlauf entsprechend den gestrichelten Linien 62 von Fig. 3 fliessen. Auf diese Gleise wird die Masse vorwiegend in der Bahe der Wandung erhitzt, wodurch eine Zirkulation entsprechend den Linien 64 in Fig. 1 bewirkt wird.
• Diese Zirkulation verläuft entgegengesetzt derjenigen in oberen Ofenteil (Zone A). Hierdurch wird die entlang der Wandung herunterfliessende Masse abgedrängt und kehrt zinn Inneren der Schmelze zurUck.
• In Zone C findet eine feinkörnige Homogenisierung und molekulare Diffusion statt. In dieser Zone bilden sich keine Ströme, weil die durch die Elektroden 58A - - 58F erzeugten Ströme den durch die Elektroden 44A - 44C erzeugten Strömen entgegenge setzt sind. Infolgedessen wird das Glas oder anderes schmelzbares Material in Zone C geschichtet, die Strömung ist minimal und irgendein Fluss ist im wesentlichen aerodynamisch.
• Zur Bedienung der Vorrichtung wird dem Ofen von oben ein Ansatz von granuliertem oder pulverförmigem Material zugeführt, das die Decke 56 am Kopf des geschmolzenen Materials bildet.
• Der elektrische Strom zwischen den Elektroden 44A - 44C erzeugt eine IIitze im Ofenzentrum und am Boden der Zone A, wodurch eine Zirkulation 54 bewirkt wird, und damit eine Vermischung der Decke 56 mit den geschmolzenen Material. Die Schmelze besitzt sodann eine grobkörnige Homogenität. Das geschmolzene Material, das schwerer als das granulierte Material des Ansatzes ist, fliesst nach unten in Zone B, wo der gegenläufige Strom 64 verhindert, dass die umlaufenden Ströme in ,Jone A nach Zone C vordringen. In Zone C wird die Schmelze geschichtet. Keime oder Blasen werden aus dem geschmolzenem Material entfernt. Die Endveredelung durch Molekulardiffusion findet statt, wobei Knoten (d. h. kleine lokalisierte Stellen mangelnder Homogenität) ausgeschaltet werden. Irgend welche Verunreinigungen wie Eisenteile, sinken nach unten in Kanal 27, wo sie bei Stopfen 26 entfernt werden können.
• Nach der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 - 6 besteht der Ofen aus-e-inem vertikal verlängerten Behälter 10 aus feuerfestem Material. Die innere Wandung 11 bildet im horizontalen Querschnitt ein fast kreisförmiges Polygon. Der Ansatz wird in den Kopf des Ofens, vorzugsweise kontinuierlich, mit dem Füller 12 eingeführt; der ein Schüttelsieh sein kann.
• Der Ansatz bildet eine Decke 14, die das geschmolzene Glas 16 völlig bedeckt. Die Glasschmelze wird kontinuierlich durch den Auslass 18 im zentrum des Ofenbodens abgezogen.
• Elektrischer Strom wird zur Beheizung des geschmolzenen Glases in drei Etagen I, II und III, von denen jede sechs Elektroden besitzt, zugeführt. Elektrischer strom kann zu den Elektroden -wie nach Fig. 3 der Etage II zugeleitet werden.-Die Elektroden 20A -- 20F werden aus einer Dreiphasenquelle gespeist. Die Strommenge wird in jeder Phase mit Hilfe von Transformatoren 22, 24 und 26 reguliert. Elektrische Kraft wird den Etagen I und III einer gleichen Weise wie Etage II zugeführt. Der Auslass 18 ist in einem erhöhten zentralen Teil des Ofenbodens angeordnet und verursacht so eine ringförmige Druckabnahme 19 um die Peripherie der Bodenwandung herum Diese Druckabnahme wirkt als Sumpf zum Ansammeln von abgeriebenem feuerfestem Wandungsmaterial und anderen Glasverunreinigungen, die durch Kanal 21 abgezogen werden können.
• In einem Glasschmelzofen, in dem Wärme unter der Oberfläche des Ansatzes zugeführt wird, ist die Geschwindigkeit (rate), mit der das Schmelzen stattfindet, nicht nur eine Funktion des Grades der -Wärme zufuhr und der Geschwindigkeit der Glas ströme angrenzend an den Ansatz, sondern auch der Grenzfläche wischen dem Ansatz und der Glasschmelze. Bei dem vorliegenden Ofen wird die Hitze dem geschmolzenem Glas -elektrisch -durch den Joule-Effekt geliefert. Das Schmelzen des Ansatzes beginnt, wenn die Hitze vom geschmolzenen Glas auf den Ansatz übertragen wird. Denigemäss wird eine Vergrösserung der Kontaktfläche zwischen dem ungeschmolzenen Ansatz und dem geschmolzenem Glas den Grad steigern, bei dem Wärme in den Ansatz diffundiert wird. Aus diesem Grund ist der Ofen so ausgebildet, dass die Bodenoberfläche des Ansatzes die nach unten gerichtete konvexe, im allgemeinen konische Gestalt, wie in Fig. 5 gezeigt, annimmt und dabei eine Grenzfläche zwischen Ansatz und Glasschmelze bildet, d-ie wesentlich grösser ist, als ein zorizontaler Querschnitt durch den Behälter. Es ist erwünscht, dass der Konus wesentlich in den Schmelzteil des Ofens hineinragt, jedoch mit der Begrenzung, dass kein ungeschmolzenes Material den unteren Teil des Ofens in der Nahe der Auslassöffnung erreicht, wo die Veredelung des Glases erfolgt. Vorzugsweise ist die Höhe der Grenzfläche des Konus wenigstens 0,3 des inneren Behälterdurchmessers, aber nicht grösser als letzterer. Wenn die Ansatzdecke weit genug verlängert ist, können Teile der Konusspitze abbrechen und nach oben im Schmelzteil des Ofens fliessen, wobei die gesamte Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Glas und dem Ansatz vergrössert wird. Im allgemSinen ist jedoch die Länge des Konus stabil und zwar deshalb, weil die elektrischen Ströme von den Elektroden der Etagen I und II sowohl die Seiten als auch den Boden des ungeschmolzenen Ansatzes umfliessèn. Bei einer Verlängerung des Konus wird der unter der Spitze des Konus verlaufende elektrische Strom konzentrierter in der Nahe der Sptize und steigert dadurch die Temperatur in dieser Fläche und die Schmelzgeschwindigkeit, wobei der Konus gekürzt wird. Gleichzeitig mit der Abnahme der Konuslänge wird der unter der Spitze fliessende elektrische Strom weniger konzentriert und erniedrigt die Schmelzgeschwindigkeit und steigert die Konuslänge. Hierdurch wird der Konus im Zustand eines stabilen Gleichgewichts gehalten. Die konische Form des Ansatzes resultiert aus einer Kombination von mehreren Faktoren.
• Ein Faktor besteht in der Neigung der Seitenwand des Behälters, die abwärts gerichtete Bewegung des Ansatzes in der Wandnähe zu verhindern. Dies ist auf die Reibung zwischen Seitenwand und Ansatz oberhalb Etage I zurückzuführen und darauf, dass das peripher gelagerte Material in der Nähe des Kopfes der Seitenwandung über Etage I infolge Hitzeverlust kühler ist als im Zentrum des Behälters. Ein anderer Faktor ist die hohe Stromkonzentration unmittelbar gegenüber den Elektroden, die Schmelztemperaturen an den Seiten des Behälters im Elektrodenbereich erzeugt, die höher sind, als die Temperaturen im Zentrum desselben Bereichs. Ausserdem besteht bei den Konvektionssströmen (siehe Pfeile in Fig. 2) die Steigung, nach oben gegen den Ansatz in der Nahe der Seitenwandung zu stossen.
• -Ausserdem hält der Abzug des geschmolsenen Glases durch den zentral gelegenen Auslass den Konus symmetrisch.
• Die Ansatzdecke erstreckt sich über die ganze Kopfoberfläche des geschmolzenen Glases. Hierdurch wird ein minimaler Wärme verlust am Kopf des Ofens erreicht, sowie ein Kippen des Konus verhindert. Der obere Teil des Konus ist leichter als der unterste Teil, da er weniger kompakt und keiner Teilschmelzung -wie der unterste Teil unterworfen ist. Demgemäss wirkt der obere Teil wie ein Schwimmer, der den Konus am Überkippen hindcrt.
• Die Veredelung des geschmolzenen Glases findet, wie schon erp wähnt im untersten Ofenteil statt. Elektrischer Strom wird daher den Elektroden von Stagenteil III primär während der Inbetriebnahme des Ofens zugeführt und anschliessend wird eine Ruhezone in diesem Ofenteil aufrechterhalten, die die Veredelung des Glases ermöglicht. Diese Ruliezone ergibt sich aus der Tatsache, dass die Temperatur des geschmolzenen Glases im Bodenteil des Behälters im wesentlichen horizontal gleichmässig ist, während in diesem Behälterteil ein vertikaler Temperaturgradient besteht, wobei das küste Glas sich in der Nähe des Behälterbodens befindet.
• Elektrischer Strom wird vorzugsweise dem Etagenteil I in einem stärkeren Masse zugeführt als Etagenteil II. Infolgedessen wird das Glas im oberen Teil der Schmelzzone in der Nähe von Etagenteil 1 auf einer höheren Temperatur gehalten als in der Nähe des Etagenteils II, wobei einer Neigung von Konvektionsströmen entgegengearbeitet wird, das Glas vom Raum des Etagenteils II zu veranlassen, sich aufwärts zum Raum von Etagent-eil I zu bewegen. Hierdurch werden zwei getrennte Konvektionszonen gebildet (vgl. die Pfeile-in Fig. 5), wodurch eine stärkere Durchwirbelung erzeugt wird, als durch einen einzelnen Konvektionsstrom und infolgedessen auch ein schnelleres Schmelzen erzielt. Es wurde gefunden, dass optimal eine Stromleistung der 1 1/2- bis 3-fachen Grösse von Etagenteil II dem Etagenteil I zugeführt werden kann, obwohl natürlich auchandere Verhältnisse möglich sind. Die Anordnung von zwei Elektrodenreihen ermöglicht- nicht nur die Aufrechterhaltune von Mehrfach-Konvektionsströmen, sondern trägt auch zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Elektroden bei. Wenn mehr als zwei Elektrodenreihen (-stufen) verwendet werden, wird jedem Etagenteil eine Stromleistung zugeführt, die jeweils höher liegt, als bei dem darunter liegenden Etagenteil.
• Mit steigender Temperatur nimmt der elektrische Widerstand des Glases ab, i0lgedessen steigt bei konstanter Spannung der Kraftaufwand. Dieses wiederum steigert die Temperatur und dem-entsprechend den Kraftaufwand noch weiter. Um dieses unstabile Verhältnis zu vermeiden, wurde als vorteilhaft gefunden, die Stromleistung, insbesondere bei Etagenteil I, eher zu regulieren als die Temperatur. Durch Kontrolle der Stromleistung und Aufrechterhaltung auf einer gleichmässigen Höhe ist es möglich, eine schnellere und genauere Kontrolle zu bekommen, als durch den Versuch, die Kraft so einzustellen, um eine gleichmässige Temperatur zu erhalten.
• Bei einem Ofen der vorliegenden Typs mit einem Innendurchmesser von 0,9 mund einer Tiefe von 1,8 m ist eine Gesamtstromleistung von etwa 230 Kilowatt notwendig, um~Glas bei etwa -14500 C mit einer Geschwindigkeit-von etwa 5,1 kg/Minute zu schmelzen.
• Die innere Oberflache der Seitenwandung des Ofens ist im wesentlichen symmetrisch um eine nentralliegende vertikale Achse und annährend rund im horizontalen querschnitt. Der Auslass des Ofens liegt an der Symmetrieachse. Diese Anordnung führt zu einer Gleichmässigkeit von Schmelzung und Fluss. Bei iiblichen Öfen ist die Geschwindigkeit, mit der Glas abgezogen werden kann, durch die Zeit begrenzt, die bei der schnellsten Bewegung des Glases zur Erreichung der Auslässe benötigt wird, insofern als das ganze hergestellte Glas solange im Ofen Beiben muss, bis eine vollständige Schmelzung und Veredelung erreicht ist. Infolgedessen muss das Glas in üblichem Ofen länger als an sich notwendig verbleiben, was die Produktionsraten erniedrigt Infolge der im wesentlichen horizontal gleichmässigen Temperatur im unteren Teil des Ofens neigt das Glas dazu, durch diesen Teil mit fast der gleichen Geschwindigkeit zu fliessen, so dass diese oben genannte schlechte Wirkung vermieden wird.
• Für optimale Verhältnisse ist es erwünscht, dass der horizontale Querschnitt des Ofens annähernd rund ist. Die Gleichmassigkeit der Temperatur wird weiterhin dadurch gesteigert, dass die Wände des Ofens eine im wesentlichen gleichmässige -Dicke besitzen, da so die Wärmeabgabe durch die -|^iände gleichmässig bleibt.
• Obwohl es vorteilhaft ist, die Innenoterflächen des Ofens rund zu gestalten, sind natürlich auch andere Ausgestaltungen verwendbar. Z. B. können viereckige oder dreiseitige Formen verwendet werden. Ausserdem kann die Querschnittsfläche des Behälters in verschiedenen Höhenlagen variieren.
• Da der ungeschmolzene Ansatz anfänglich elektrisch nicht leitend ist, kann der Ofen mit üblichen Gasbrennern gestartet werden. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf elektrisch beheizte Öfen besckränkt. Die Hitze kann dem geschmolsenen Glas unter dem Ansatz auch mit anderen Mitteln wie z. B. Gasbrennern zugeführt werden.
• Die Bezeichnung "Konus" mit Abwandlungen davon ist in den-Ansprüchen gewahlt, um Gestaltungen zu bezeichnen, die im allgemeinen einem Konus ähnlich sind, es handelt sich jedoch nicht uin genaue geometrische Gestaltungen.

Claims (13)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen und Vere-deln von thermoplastischem Material in einem Schmelzofen, in dem Wärmeenergie in wewenigstens zwei verschiedenen llöhenlagen des Ofens zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie wenigstens einer Schmelzzone in einem oberen Teil des Ofens zugeführt wird, um das Material unter Aufrechterhaltung von durchwirbelnden oder zirkulierenden Fliessbedingungen in wenigstens einem Teil der Zone zu schmelzen, und dass das geschmolzene Material in einem unteren Teil des Ofen meter im wesentlichen ruhigen nicht turbulenten Bedingungen veredelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Iiaterialansatz am Kopfende des geschmolzenen thermoplastischen Materials im oberen Ofenteil abgelagert wird, um einen nach unten gerichteten konvexen Körper zu bilden, der eine wesentliche Strecke nach unten in das geschmolzene thermoplastische Material hineinragt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansatz so gelagert wird, dass er die -ganze obere Fläche des geschmolzenen Materials bedeckt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veredelung im unteren Ofenteil durch Strahlungswarme aus der darüber liegenden Schmelzzone erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material anfänglich durch elektrische Induktionsheizung geschmolzen wird, die ein zirkulierendes Fliessen bewirkt, und dass das Schmelzen in einem Zwischenteil des Ofens durch elektrische Induktionsheizung fortgesetzt wird, die eine gegenläufige Zirkulation entgegen dem Fluss im oberen Ofenteil bewirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme energie mit einem abnehmenden Grad von der obersten Höhenlage aus zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass elektrischer Strom dem Material an einer Mehrzahl von Stellen um die Peripherie des Ofens herum zugeführt- wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der zugeführten elektrischen Kraftleistung in jeder Höhenlage im wesentlichen konstant gehalten wird.

9. Verfahren nach-einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Material durch einen zentral angeordneten Teil der Bodenwandung des Ofens entnommen wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen sich vertikal erstreckenden Ofen, bestehend aus einem oberen Teil mit einer Öffnung am Kopf zur Aufnahme eines Materialansatzes, wobei der obere Teil wenigstens eine Schmelzzone bildet, und einem unteren Teil zur Bildung einer Veredelungszone, sowie bestehend aus Mitteln für die Zufuhr von Wärmeenergie zum Material im oberen Teil des Ofens, die um die Peripherie des Ofens herum in einer Mehrzahl von wenigstens zwei Höhenlagen angeordnet sind, wobei der Grad der Wärmeenergie in jeder Höhenlage grösser ist als in den darunter liegenden Höhenlagen, ferner bestehend aus Auslassmitteln zum Abziehen von geschmol zenem Material nach der Veredelung aus dem unteren Ofenteil.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel aus einer Mehrsahl von Elektroden bestehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel aus drei Elektroden bestehen, die mit einem Dreiphasen-Wechselstrom verbunden sind, um die Ströme zwischen den Elektroden im Zentrum des Ofens in einer oberen Höhenlage des oberen Ofenteils zu konzentri-eren, dass die Heizmittel ferner aus einem Satz von sechs Elektroden bestehen, die gleichmassig um den Ofen herum in einer Höhenlage unterhalb der drei Elektroden angeordnet und mit den drei Phasen eines Dreiphasen-Wechselstromes in gegenüberliegenden Paaren verbunden sind,-die einen Stromverlauf bewirken, der eine Zirkulation hervorruft, die derjenigen entgegengesetzt ist, welche durch die drei oberen Elektroden bewirkt wird, um eine Durchwirbelung unterhalb der sechs Elektroden zu verhindern.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass im Zentrum des Ofenbodens angeordnet ist.

L e e r s e i t e