DE19939778C2 - Vorrichtung zum Erschmelzen und/oder Läutern anorganischer Verbindungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erschmelzen und/oder Läutern anorganischer Verbindungen, insbesondere von Glasscherben oder sogenanntem Gemenge als Ausgangsmaterial für Glas.

Solche Vorrichtungen umfassen ein Gefäß zur Aufnahme des aufzuheizenden Gutes, das heißt von Glasscherben oder Gemenge, ferner eine Hochfrequenzeinrichtung zum Beheizen des Gutes durch Einkoppeln von Hochfrequenzenergie in das im Gefäß befindliche Gut. Die Hochfrequenzeinrichtung umfaßt einen Hochfrequenzschwingkreis mit einer Induktionsspule, die das Gefäß umschlingt, sowie einen Oszillator.

Das Gefäß ist im allgemeinen ein Tiegel, der gegenüber der Hochfrequenzstrahlung transparent ist. Er kann aus keramischem Material, Quarzglas oder aus geschlitztem metallischem Material bestehen. Das Glas beziehungsweise die Schmelze muß zunächst mit anderen Mitteln als mit Hochfrequenzenergie vorgeheizt werden, um eine gewisse Mindestleitfähigkeit des Gutes zu erzielen. Ist die Kopplungstemperatur erreicht, so kann die weitere Energiezufuhr über die Einstrahlung von Hochfrequenzenergie erfolgen.

Die Wandung des Tiegels muß gekühlt werden. Dies geschieht beispielsweise mittels der Wärmeabstrahlung oder durch aktive Luft- oder Wasserkühlung. Im Wandbereich bildet sich dabei eine relativ kalte Kruste aus arteigenem Material, somit aus Glas.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise bekanntgeworden aus:

• 1. [1] WO 92/15531
• 2. [2] DE 33 16 546 C1
• 3. [3] US 4 780 121 A1
• 4. [4] JP 57-95834
• 5. [5] US 1 286 395 A

Die Vorrichtung gemäß [1] arbeitet kontinuierlich. Die Energie zum Beheizen des Tiegels wird dabei von einem einzigen Hochfrequenzgenerator geliefert. Dies ist auch bei den Vorrichtungen gemäß [2] und [3] der Fall.

Die Vorrichtung gemäß [4] weist einen Tiegel auf, der eine relativ große axiale Erstreckung hat. Um den Tiegel mit unterschiedlichen Temperaturzonen betreiben zu können, sind zwei Hochfrequenzgeneratoren vorgesehen, die jeweils einen Induktor betreiben. Durch unterschiedliche Leistungsabgabe der Generatoren kann das Temperaturprofil entlang dem Tiegel eingestellt werden.

Die genannten elektrischen Aggregate sind im Hinblick auf die hohe Energiedichte stark beansprucht. Die Möglichkeit eines Ausfalls eines Aggregats muß daher in Betracht gezogen werden. Dies gilt insbesondere für den kontinuierlichen Betrieb, etwa bei einer Vorrichtung gemäß Dokument [1]. Dabei ist die Belastung der Anlage wegen der Kontinuität des Betriebes gegenüber dem Chargenbetrieb abermals erhöht.

Die Gefahr eines Ausfalls eines Aggregates ist somit beim kontinuierlichen Betrieb besonders groß. Die Folgen eines Ausfalls sind außerdem besonders gravierend. Es kann zum Beispiel folgendes eintreten: Ein Ausfall der Energiezufuhr führt zu einem Temperaturabfall. Damit sinkt die Leitfähigkeit der Schmelze. Ab einer bestimmten Temperatur ist ein Einkoppeln der Hochfrequenzenergie nicht mehr möglich. Die Schmelze erstarrt. Ist aber einmal der kontinuierliche Glasfluß gestoppt, so ist ein erneutes Ankoppeln mittels Hochfrequenz nach Beheben des Schadens nicht möglich, weil das Glas kalt ist und demgemäß eine geringe elektrische Leitfähigkeit hat, so daß es keine Hochfrequenzenergie absorbieren kann.

[5] beschreibt eine Vorrichtung, die eine Parallel- oder Gegentaktschaltung zum Erreichen einer höheren Hochfrequenzleistung aufweist. Dort werden Funkenstrecken verwendet, die gegen Röhren ausgetauscht werden können. Nachteil dieser Schaltung ist, daß zur Funktion der Schaltung beide Funkenstrecken (Röhren) notwendig sind. Somit ist ein flexibler Oszillatorbetrieb mit einem, zwei oder drei Oszillatoren nicht möglich.

Alle diese Umstände in der Praxis haben die Fachwelt bisher davon abgehalten, Vorrichtungen der genannten Art beziehungsweise Anlagen mit solchen Vorrichtungen im kontinuierlichen Betrieb zu fahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß die Risiken des kontinuierlichen Betriebes minimiert oder weitgehend ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung umfaßt die Hochfrequenzeinrichtung somit in bekannter Weise eine einzige Induktorspule, die den Tiegel umschließt, jedoch wenigstens zwei Oszillatoren; diese beiden Oszillatoren sind entweder für sich alleine oder gemeinsam mit der Induktorspule zusammenschaltbar. Auch drei oder mehrere solcher Oszillatoren sind möglich, je nach Energiebedarf.

Die Oszillatoren sowie die Netzteile sind jeweils in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Das frequenzbestimmende Bauteil der Oszillatoren ist ein Schwingkreis.

Dieser Schwingkreis besteht zum einen aus der Induktorspule, zum anderen aus einem Kondensator, der sich zusammensetzt aus drei einzelnen Kondensatorbatterien, die jeweils im Oszillatorgehäuse untergebracht sind.

Die Oszillatorausgänge sind über Schalter mit dem Induktor verbunden. Sind alle Schalter geschlossen (d. h. es sind alle Oszillatoren am Induktor angeschlossen), ergibt sich aufgrund der nun parallelgeschalteten Oszillatoren eine Gesamt-HF-Ausgangsleistung. Die Kondensatorbatterien sind dabei ebenfalls parallelgeschaltet.

Jede Einzel-Kondensatorbatterie kann zusammen mit der Spule als funktionsfähiger Schwingkreis gefahren werden, ohne daß es eine Änderung der übrigen Oszillatorschaltung bedarf. Darin liegt der große Vorteil der Erfindung. Es ist dafür gesorgt, daß gerade der ausgefallene Oszillator aus dem Gesamtsystem herausgenommen werden kann und die verbleibenden Oszillatoren den Betrieb alleine aufrechterhalten.

Bei Auftreten eines Störfalles geschieht im einzelnen folgendes:

Bei Ausfall eines Generators (z. B. wegen eines Bauteildefektes) werden zunächst alle drei Generatoren abgeschaltet. Kann die Störung kurzfristig nicht behoben werden ("kurzfristig" bedeutet jene Zeitspanne, nach der die Einkopplungstemperatur unterschritten wird), wird der defekte Generator mit Hilfe des Schalters vom Induktor getrennt. Die Anlage kann nun mit zwei Generatoren wieder betrieben werden, ohne daß weitere Umbaumaßnahmen notwendig sind.

An dem defekten Generator können die Reparatur- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Zum Testen des Generators kann durch Umklemmen von Laschen auf einen Hilfsinduktor umgeschaltet werden. Dieser befindet sich jeweils auf dem Dach der Oszillatorgehäuse. Somit kann der Generator getrennt von der Gesamtanlage instandgesetzt und getestet werden.

Bei erfolgter Reparatur wird die Gesamtanlage herunter gefahren, der reparierte Generator wieder zugeschaltet und der Betrieb mit allen drei Generatoren wieder aufgenommen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, daß ein kontinuierlicher Glasfluß durch den Skulltiegel selbst bei einem Generatorausfall gewährleistet ist. Eine zu niedrige Temperatur im Skulltiegel aufgrund der verminderten zugeführten HF-Leistung kann dabei in Kauf genommen werden, da ein Abstoppen des Glasflusses noch kritischer wäre. Selbst der Betrieb mit nur einem Oszillator reicht bei entsprechender Dimensionierung aus, um den Glasfluß aufrecht zu erhalten. Anders formuliert: Zwei der drei Generatorstränge können jederzeit ausfallen, ohne den kontinuierlichen Schmelzprozeß zu unterbrechen. Die Betriebssicherheit konnte mit diesem Konzept also wesentlich verbessert werden.

Im Normalbetrieb wird die Leistung der Oszillatoren über einen gemeinsamen Sollwertgeber vorgegeben. Der Sollwert wird an jeden zugeschalteten Oszillator gegeben. Ein Symmetrieregler vergleicht die Istwerte des Anodenstroms der einzelnen Oszillatoren und korrigiert bei Abweichung den Sollwert.

Um einen Oszillator im Reparaturfall bedienen zu können, besitzt jeder Oszillator zusätzlich eine eigene Bedieneinheit, die nur bei offenem Ausgangsschalter aktiv ist.

Die Erfindung ist anhand des beigefügten Blockschaltbildes näher erläutert.

Man erkennt im Einzelnen folgendes:

Eine Netzeinspeisung 1 ist drei Netzteilen 2.1, 2.2, 2.3 vorgeschaltet. An den Netzteilen hängt jeweils ein selbsterregter Oszillator 3.1, 3.2, 3.3. Die Oszillatoren können gemeinsam oder einzeln auf einen Induktor 4 arbeiten. Sie wandeln die Gleichstromleistung in Hochfrequenzleistung um. Die drei Netzteile 2.1, 2.2, 2.3 sowie die drei Oszillatoren 3.1, 3.2, 3.3 sind jeweils in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Der Induktor ist in bekannter Weise um einen Skulltiegel gewickelt.

Sind die Oszillatorausgänge über Schalter 5.1, 5.2, 5.3 mit dem Induktor 4 verbunden, das heißt sind die Schalter geschlossen, so ergibt sich aufgrund der nunmehr parallel geschalteten Oszillatoren eine Gesamt- Hochfrequenz-Ausgangsleistung.

Bei einem Störfall, der an einem Oszillator auftritt, können die beiden anderen Oszillatoren immer noch auf den Induktor 4 arbeiten. Man erkennt im Blockschaltbild ferner einen Steuerschrank 6 mit Bedieneinheiten sowie ein Prozeßleitsystem 7.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Erschmelzen und/oder Läutern anorganischer Verbindungen, insbesondere von Glasscherben oder Gemenge, sowie von Metallen, Keramiken, feuerfesten Materialien, auch zum Beheizen von Schmelzen für die Kristallzüchtung;

• 1. 1.1 mit einem Tiegel zur Aufnahme von aufzuheizendem Gut;
• 2. 1.2 mit einer Hochfrequenzeinrichtung zum Beheizen des Gutes durch Einkoppeln von Hochfrequenzenergie in das im Tiegel befindliche Gut;
• 3. 1.3 die Hochfrequenzeinrichtung umfaßt einen Hochfrequenz- Schwingkreis;
• 4. 1.4 der Hochfrequenz-Schwingkreis besteht aus einer Induktorspule, die den Tiegel umschlingt, sowie aus einem Kondensator;
• 5. 1.5 der Kondensator umfaßt einzelne Kondensatorbatterien, die jeweils im Oszillatorgehäuse untergebracht sind;
• 6. 1.6 jede einzelne Kondensatorbatterie ist zusammen mit der Induktorspule als funktionsfähiger Schwingkreis betreibbar, ohne daß es einer Änderung der übrigen Oszillatorschaltung bedarf;
• 7. 1.7 es ist wenigstens ein zweiter Oszillator vorgesehen, der mit der Induktorspule zusammenschaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoren einzeln oder gemeinsam mit dem Induktor zusammenschaltbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Oszillatoren vorgesehen sind.