DE2235703A1

DE2235703A1 - Stromzufuehrung fuer keramische elektroden

Info

Publication number: DE2235703A1
Application number: DE2235703A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Pieper; Guenther Umlauf
Original assignee: Nikolaus Sorg GmbH and Co KG
Current assignee: Nikolaus Sorg GmbH and Co KG
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1972-07-25
Publication date: 1974-03-14
Also published as: DD105371A5; GB1417225A; BE802744A; SE381537B; JPS4958432A; JPS5530276B2; DE2235703C3; IT993615B; FR2194104A1; ZA734925B; DE2235703B2; SU564835A3; US3826858A

Description

Anmelder: Nikolaus Sorg; GmbH & Ca SE Ingenieurbüro Glasofenbau "8-TTi Pfioehsbaeh

*Stromzuführung für kerarsisehe Elektroden*

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zar übertragung elektrischer Energie auf eine Elektrode aus kreraaiisc&oia Material, vorzugsweise aus Z^ioaoxyd«

Elektroden aus keramischen Materialien werden zum Schmelzen von leitenden Massen, z.B. Glas eingesetzt und bieten den Vorteil, aur einen äuflerst geringen Abbrand zu besitzen» Ua sie im Gegensatz zu metallischon oder graphithaltigen Elektroden nicht »xydieron. Nachteilig hat sich aber herausgestellt, daö die Stromzuführung zu den Elektroden, die erst bei erheblichen Temperaturen leitend sind, nur schwer durchzuführen ist. -

Es ist bereits bekannt (üS-Patentschrift a 391 23T) die Elektroden aus keramischen Material anzubohren und innerhalb der Bohrung eine flüssige metallische Phase herzustellen, in welche ein Leiter zur Stromzuführung eingetaucht wird· Nachteilig hat sich bei diesen Elektroden aber herausgestellt, daß sie im Dauerbetrieb

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aufgrund der in der Zinnvxydelektrode auftretenden Temperaturinhomogenitäten reißen und die Elektroden also zerstört werden. StromzufUhrungen nach dieser bekannten Art haben außerdem den Nachteil, daß im praktischen Betrieb nur senkrechtstehende Elektroden damit ausgerüstet werden können.

Es 1st daher Aufgabe der Erfindung, eine Stromzuführung für keramische Elektroden und insbesondere Zinnoxydelektroden zu finden, welche die vorgenannten Nachteile und die des Standes der Technik generell nicht mehr aufweist, welche den Einbau der Elektroden sowohl vertikal als auch horizontal ermöglicht, welche einfach aufgebaut und betriebssicher 1st, ein oftmaliges Anfahren der Glasöfen ohne eine Zerstörung der Elektroden aus keramischen Material erlaubt, welche von dem "Arbeitendes Ofenbaumaterials nicht beeinträchtigt wird, bei welcher eine Zerstörung der Zinnoxydelektrode auch nach einer großen Anzahl von Lastwechseln ausschließt und die insbesondere innerhalb der Elektrode einen vollkommen gleichmäßigen Temperatur- und Spannungsgradienten einstellt.

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Diese Aufgabe wird ©rXindungsgeraäü gelöst, durch die Anpressung einer bis knapp unterhalb ihresSchmelz— punktes erwärmten, bei dieser Temperatur hochduk.til.enmetallischen Masse als Leiter zwischen der Elektrode und stromführenden Teilen. .

Vorteilhaft kann die duktile, leitfähige Masse Lotsilber sein und die Elektrode kann eine glatteKopf— fläche aufweisen, gegen welche die duktile, leitfähige Masse durch einen Druckkolben aus einem leitfähigen Material mit einer gleichbleibenden, einstellbaren Kraft angepreßt wird.

Um eine gleichaäßigo Anpressung dor leitfähigen, duktilen Masse über der geaasten.Kopffläche der Elektrode zu gewährleisten und den Druckkolben immer genau senkrecht auf die Kopffläche pressen zu lassen kann der Druckkolben sich über eine Feder mit einer gewissen itinkelbeweglichkeit~ abstützen und die PreOflachen von Kolben und keramischer Elektrode können selbstzentrierend leicht konisch sein.

Ua die Kraft der Anpressung der Leitfähigen, duktilen Mappe aufzunehmen,, kann die keramische elektrode

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vorteilhaft einen umlaufenden Bund zum Abstützen, auf dem Feuerfestmaterial dor Ofenwandung aufweisen und ein Teil der Elektrode kann soweit aus der Ofenwandung herausstellen, daß an der Kopffläche ohne eine gesonderte Fühlung eine Temperaturvon ca, 500 - 60Q⁰C ausgebildet wird, bei welcher die duktile» leitfähige metallische Masse eine ge» nUgende Anschmiegsamkeit an die Elektroden- Kopffläche feesitzt, unter dem Druck des Anpreßkolbene aber noch nicht aus dem Spalt zwischen Kolben und Elektrodenkopffläche herausgepreßt wird·

Im Agenden wird ein Ausführungsbeiepiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben, welche die erfindungsgemäOe Stromzuführung im schematiechen Schnitt anhand einer Elektrode zeigt·

Die Elektrode aus keramischen Material, vorzugsweise aus Zinnoxyd ist mit i bezeichnet, durchdringt eine Bohrung in der Wand 9 eines Glasofens oder dergleichen Schmelzofen und ragt mit ihrem Ende in der Figur rechts in die Schmelze zur Abgabe elektrischen Stromes an diese hinein.

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Das andere Ende der Elektrode» in der Figur.links ragt aug der Ofenwand 9, we Ichs aus Eeuerfest«- material besteht, heraus. Die Elektrode weist an ihrem von der Schmelze angewandten Ende einen umlaufenden Bund auf., der sich gegen das Feuerfes taiaterial abstützt und so einen i're-ßdruek auf die Elektrode, die im Übrigen mit sSpiel in der'Bohrung des Feuertestiaaterials 9 sitzt, möglich macht«

Diο eigentliche Stromzuführung ist an Stützen 10 des Ofeniaauerwerks angebracht und besteht aus einem Hohlzylinder G , dessen Position gegenüber der Stütze 10 durch eine Schraube 11 einstellbar ist und einem Kolben 3, der über eine Kolbenstange siit einem in den. Zylinder 6 mit großem spiel geführten keramischen Körper 5 verbunden ist. Der keramische Körper 5 stützt sich über eine Sehrauben-Druckfedor 7 gegen den Döden dos Zylinders 6 ab.

Der Kolben 3 weist einen umlaufenden überstehenden Rand auf und zwischen seine zu der Elektrode gerichteten Stirnfläche und der Kopffläche der Elektrode 1 let eine Zwischenschicht eines metallischen,

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duktilen Materials eingesetzt, welches sich derart an die Kopffläche dor Elektrode 1 durch den Kolben anpressen läßt, daß Überali ein gleichmäßig geringer elektrischer Widerstand bei dem übergang zwischen der Elektrode 1» der duktilen metallischen Masse 2 als Zwischenschicht und dem Kolben 3 besteht.

Die elektrische Energie selbst wird Über einen Leiter θ auf den Kolben 3 übertragen, und fließt jetzt vollkommen gleichmäßig in die keramische Elektrode 1 ein, so daß diese ebenfalls vollkommen gleichmäßig von dem elektrischen Strom durchströmt wird und Innerhalb der Elektrode ein gleichmäßiges Temperaturgefälle von der Schmelze bis zu der Kopffläche ausgebildet wird,

Durch diesen gleichmäßigen Temperaturgradienten werden Temperaturiahocjogeaitäten innerhalb der Elektrode vermieden und es wird so vermieden, daß es zur Ausbildung von die Elektroden zerstörenden Temperatürspannungen innerhalb des Elektrodenkörpers kommt«

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Ersichtlicherweis© würde bei einem punktweiser satz der Stromzuführung die Elektrode,, die einen erheblichen Eigenwiderstand iis Bereich geringer , Temperaturen aufweist _t an dl es¹ em Punkt gegenüber der Umgebung besonders stark erhitzt.» so daß erhebliche und ungleichmäßig© Temperaturspannungen auftreten würden.

Die Länge des übors'tandes der Elektrode außerhalb der Ofenwand 9 ist jetzt so gewählt, daß sich die Übergangsschicht 2 gerad© in einer für sie günstigen Temperatur von ca ο 500 «=· 600⁰C befindet, bei

der sie hinreichend duktil,aber noch nicht so weich ist, daß sie aus dem Spalt zwischen dem Kolben 3 und der Elektrode i herausgequetscht würde,

Ersichtlichervreise könnea beim Vorliegen anderer Temperaturen am Ende der Elektrode auch andere Zwischenschichten 2 eingesetzt werden, sofern sie bei der vorherrschenden Temperatur genügend duktil, genügend fest und genügend leitfähig sind· In diesem Zusammenhang sind auch andere Zwischenschichten als nur metallische Werkstoffe denkbar.

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Erfindungsgeraäü wird für die Zwischenschicht 2 Lötsilber mit einem Schmelzpunkt zwischen 779 und &40°C (Degussa Legierung 835°) verwendet, welches bei ca· GOO - 600⁰C die gewünschten Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäa kann weiterhin die Kopffläche der Elektrode 1 und die Stirnfläche des Kolbens 3 leicht konisch ausgeführt sein, eo daö bei der Anpressung der Kolben gegenüber der Elektrode inmer zentriert wird und die Verbindung 4 immer axparallel zu der Elektrode 1 steht*

Ee 1st in diesen Zusammenhang erfindungswesentlich, daß der Keramikblock 5 innerhalb des Zylinders 6 beweglich ist, so daß die genaue Einstellung des Kolbens 3 gegenüber der Elektrode 1 trotz der Anpressung durch die Feder 7 nicht behindert wird«

Insbesondere können auf dieser Art und Welse etwaige Veränderungen beim Anfahren und Abstellen des Ofens in der Position zwischen der Elektrode und den Stützen 10 ausgeglichen werden«

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Ober die Schraube ii kaart Jetzt der ZyIiador auf die Elektrode 1 zu verschöbea werden and es kann so die notwendige Anpreßkraft eingestellt werden, so das zwar einerseits eine gute elektrische Verbindung von der Zwischenschicht 2 zu der Elektrode i beetent, andererseits dieser aber, trie vorstehend beschrieben, nicht aus dem Spalt zwischen Kolben 3 und Elektrode 1 herausgepreßt wird.

Der Einsatz des fceraaischen Körpers S gewährleistet, daß die Elektrode und die Stromzuführung S sm dieser gegenüber deta Stützgerüst iO elektrisch und thermisch isoliert ist» eine Kraftübertragung in der gewünschten Weise unter Ausgleich von Längen ima Winkoländerungen äb&r besteht

erfindungsgemäSe Stromzuführung basiert auf der Erkenntnis, daß keramiscae Elektroden nur dann Bit Erfolg eingesetzt und bei Teoperaturweehselbeanspruchung nur dann erfolgreich eingesetzt werden können, wenn eine vollkommen gleichaäüige Zuführung dee Stromes über die Kopffläche d&r Elektrode erfolgt und diese also über den Querschnitt vollkommen gleichmäßig von Strots durchflössen wird und erwärmt ist«

Claims

Pa ten tan s ρ _r it c h c

1. Einrichtung zur übertragung elektrischer Energie auf eine Elektrode aus keramischen Material, vorzugsweise Aus Zinnoxyd, gekennzeichnet durch die Anpressung einer bis knapp unterhalb ihres Schmelzpunktes erwärmten metallischen, bei dieser Temperatur hochduktilen Masse (2) als Leiter zwischen der Elektrode (l) und stromführenden Teilen ( 8, 3).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die duktile, leitfähige Masse Lötsilber 1st.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Elektrode (i) alt einer glatten Kopffläche aufweist, gegen welche die duktile, leitfähige Masse (2) durch einen Druckkolben (3) aus einen leitfähigen Material mit einer gleichbleibenden, einstellbaren Kraft angepreßt wird.

4« Torrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (3) sich über eine Feder (?) Bit einer gewissen Winkelbeweglichkeit abstutzt und die Preßflächen von Kolben (2) und Zinnoxydelektrode (l) selbstzentrierend konisch sind.

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5. Einrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnöxydelektrode (l) einen umlaufenden Bund zum Abstutzen auf dem sie umgebenden Material (8) aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der StromzufUhrungsteil der Elektrode (i) aus dem sie umgebeadeη Material heraussteht, so daß an der AnpreOfläche eine Temperatur von ca. 500 - 600⁰C besteht*

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