DE2329533A1

DE2329533A1 - Elektrode, insbesondere keramikelektrode, fuer glasschmelzoefen

Info

Publication number: DE2329533A1
Application number: DE2329533A
Authority: DE
Inventors: Gordon Brian Shaw
Original assignee: PICKFORD HOLLAND CO Ltd
Current assignee: PICKFORD HOLLAND CO Ltd
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1974-01-03
Also published as: US3813468A; FR2188391B1; FR2188391A1; JPS4962520A; GB1381194A

Description

PICKFORD, HOLLAND & COMPANY LIMITED

38I Pulwood Road,

Sheffield SlO 3GB, Yorkshire, England

Elektrode, insbesondere Keramikelektrode, für Glasschmelzofen.

Die Erfindung betrifft eine Elektrode, insbesondere eine Keramikelektrode, für Glasschmelzofen. Für elektrisch beheizte Glasschmelzofen werden gewöhnlich zum Erschmelzen insbesondere von Bleiglas Zinnoxid-Elektroden verwendet. Diese Elektroden können im Hauptteil der Ofenwanne oder des Hafens oder in anderen Teilen des Ofens, beispielsweise in der Gicht, den Heizkanälen, oder dem Vorherd angeordnet werden. Sie können überall dort verwendet werden, wo Elektrizität als einzige Kraftquelle zur Verfügung

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steht oder wo Elektrizität als Hilfsquelle für Öfen verwendet werden soll, welche sonst durch andere Energiequellen beheizt werden. Zum Schmelzen von Bleiglas scheint Zinnoxid sich am besten für das Elektrodenmaterial zu eignen, da Zinnoxid nicht wie andere Werkstoffe wie z.B. Molybdän und Graphit das Bleioxid zu Blei reduziert. Außerdem ergibt sich bei Verwendung von Zinnoxid für die Elektroden keine merkbare Verfärbung des Glases.

Das normalerweise handelsüblich hergestellte Zinnoxid enthält geringe Mengen von Zuschlägen zwecks Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit und der Sinterfähigkeit. Wenn jedoch auch bei den zum Glasschmelzen erforderlichen hohen Temperaturen die elektrische Leitfähigkeit sehr hoch ist, so ist sie bei niedrigeren Temperaturen im allgemeinen wesentlich schlechter. Versuche haben gezeigt, daß sich bei Zinnoxid-Elektroden ent sprechend starke Ströme nur bei Temperaturen von etwa über 600-80O°C ausreichend leiten lassen. Aus diesem Grunde ergeben sich Schwierigkeiten in der Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einer Elektrode. welche durch die Ofenwandung hindurchgeht und dabei, wenn auch ihr eines Ende in die Glasschmelze bei relativ hohen Temperaturen eintaucht, am Außen ende relativ kühl bleibt. Der Durchgang von starken Strömen durch die relativ kühlen Bereiche des Zinnoxides verursacht eine Selbst-Erhitzung der Elektrode, was unter gewissen Umständen zum Abplatzen derselben führen kann. Im übrigen Kann die Selbst-Erhitzung zu weiteren Schwierigkeiten führen, indem beispielsweise die Glasschmelze durch den Ringspalt zwischen der Elektrode und der Ofenwandung ausfließen kann.

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Zur Überweindung dieser Schwierigkeiten wurde bisher der Bereich der Elektrode mit schlechter Leitfähigkeit dadurch überbrückt, daß eine Silberschicht auf die Außenseite der Elektrode aufgetragen wurde, welche den Strom an die Stellen der Elektrode weiterleitete, an denen die Umgebungstemperatur der Schmelztemperatur des Silbers von etwa 96I⁰C nahekommt, an welcher Stelle die Elektrodentemperatur eine ausreichend elektrische Leitfähigkeit erlaubt. Derartige Konstruktionen haben sich jedoch im Betrieb als nicht zufriedenstellend erwiesen, da aus bisher noch nicht vollkommen geklärten Gründen die Silberschicht nach längerer Betriebsdauer selbst an den Stellen der Elektrode, an denen eine relativ niedrige Temperatur herrscht, Unterbrechungen aufweist und infolgedessen den Strom nicht mehr ausreichend zu leiten vermag. Als Alternativlösung wurde bereits vorgeschlagen, Silberstäbe in Löcher im Elektrodenkörper einzusetzen, wobei man darauf vertraute, daß das Ende der SiIb erstäbe durch Schmelzung einen einwandfreien elektrischen Kontakt mit dem Elektrodenkörper herstellte.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Elektrode, insbesondere eine Keramikelektrode, für Glasschmelzofen in der Weise auszubilden, daß auf zuverlässige und preiswerte V/eise eine stets gleichbleibend einwandfreie Verbindung mit der Stromzuführung erzielbar ist.

Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Elektrode im wesentlichen durch einen langgestreckten Elektrodenkörper mit einem oder mehreren in Längsrichtung verlaufenden Löchern, in welches bezw. in welche jeweils ein dehnbares Rohr aus elektrisch

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leitendem Material mit einem darin bewegbaren Dehnorgan eingesetzt ist, wobei jedes Rohr mit seinem Dehnorgan nach hinten aus dem Elektrodenkörper herausragt und dort die Relativbewegung zwischen beiden erzeugende Anordnungen vorgesehen sind, und daß das Rohr bezw. die Rohre einen elektrischen Anschluß aufweist bezw. aufweisen.

Vorzugsweise ist auch das Dehnorgan innerhalb eines jeden Rohres aus elektrisch leitendem Material hergestellt, sodaß es ebenfalls alternativ für die Stromzuführung verwendbar ist. Das in den Elektrodenkörper eingesetzte Rohr bezw. die Rohre können aus in sich ausreichend verformbarem Material bestehen, sodaß das Rohr durch das Dehnorgan in innigen Kontakt mit dem Elektrodenkörper preßbar ist. Dies hat allerdings den geringen Nachteil, daß unter Umständen infolge der bei Betriebstemperatur zur mechanischen Ausdehnung noch hinzukommenden thermischen Ausdehnung der Elektrodenkörper selbst auseinander gepreßt wird. Zweckmäßigerweise wird daher das Rohr in Längsrichtung geschlitzt, wobei die in geeigneter Anzahl ausgebildeten Längsschlitze zur Erleichterung der anfänglichen mechanischen Ausdehnung des Rohres dienen und zum anderen die Ausdehnung auffangen können, weiche unter Betriebsbedingungen erfolgt. Falls für das Rohr ein VJerkstoff verwendet wird, welcher bei Betriebstemperaturen nicht leicht verformbar ist, wie beispielsweise rostfreier Stahl, kann es vorkommen, daß die Dehnungsschlitze ■ in Längsrichtung des Rohres nicht ausreichen, um die Dehnung auszugleichen, weiche bei den hohen Betriebstemperaturen im Rohr auftritt. Aus diesem Grunde wird zweckmäßigerweise bei

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derartigen Werkstoffen auch das Dehnungsorgan innerhalb des Rohres längsgeschlitzt, um eine derartige Dehnung zu kompensieren.

Als Dehnungsorgan kann beispielsweise ein Kegelstift verwendet v/erden, dessen dickeres. Ende innerhalb der Elektrode liegt, wobei die Relativbewegung zwischen diesem Kegelstift und dem Rohr durch Verschiebung des Kegelstiftes innerhalb des Rohres oder durch Verschiebung des Rohres längs des feststehenden Kegelstiftes erfolgen kann. In beiden Fällen ergibt sich durch Zusammenwirken des Kegelstiftes mit einem innen konisch ausgebildeten Bereich des Rohres die gewünschte Dehnung des Rohres, Die Relativbewegung kann eine einfache Schub- oder Zugbewegung sein, welche durch eine mit dem Kegelstift und dem Rohr außerhalb der Elektrode in Verbindung stehende Schrauben/Mutterverbindung erfolgen kann, oder man kann das Rohr auch mit Innengewinde und den Kegelstift mit entsprechendem Außengewinde versehen, sodaß durch eine entsprechende Schraubbewegung diese Relativbewegung zwischen Rohr und Dehnorgan erzielbar ist.

Die Werkstoffe für das Rohr und das Dehnorgan innerhalb des Rohres können entsprechend den bekannten oder vorgegebenen Bedingungen ausgewählt werden, unter denen die Elektrode arbeiten soll. Aus diesem Grunde kann als Werkstoff für diese Teile jedes geeignete elektrisch leitendes Material verwendet werden, wie beispielsweise Kupfer, rostfreier Stahl, Kupfernickel, Nickellegierungen oder irgend ein anderes Metall oder eine andere Legierung mit hoher elektrischer Leitfühigkeit und vertretbarer VJarmfestigkeit, vorausgesetzt selbstverstänILich,

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daß ein derartiger Werkstoff sich mit Zinnoxid, dem bevorzugten keramischen Werkstoff, unter Betriebsbedingungen verträgt.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Keramikelektrode liegen dabei auf der Hand, da die elektrische Verbindung sich innerhalb der Elektrode befindet und dadurch der Nachteil ausgeschaltet wird, welcher sich bei außenseitig versilberten Elektroden ergibt, und da die Forderung entfällt, das Ende des elektrischen Anschlußorganes bei Betriebstemperaturen zu schmelzen, um einen innigen Kontakt mit der Elektrode zu erreichen.

Während bei der Grundausbildung einer erfindungsgemäßen Elektrode die elektrische Verbindung innerhalb der Elektrode bis zu einer Stelle geführt ist, an welcher mit großer Wahrscneinlichkeit erwartet v/erden kann, daß das Keramikmaterial bei Betriebstemperaturen selbst elektrisch leitend ist, kann es auch erwünscht sein, unter gewissen Umständen das Loch in der Elektrode tiefer auszubilden, als dies zur Aufnahme der Anschlußorgane selbst erforderlich wäre, und bis zu einer näher an der wirksamen Spitze der Elektrode liegenden Stelle weiterzuführen, wobei die Innenwandung dieses Loches dann vom Lochende aus bis über das innerste Ende der Anschlußorgane selbst versilbert wird, wobei festgestellt werden konnte, daß eine Innensilberschicht nicht zerstört wird, wie dies bei einer Außensilberschicht der Fall ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnung im einzelnen erläutert werden; es zeigen:

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Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zinnoxid-Elektrode, welche in ein Elektrodenloch der Ofenwandung eingesetzt ist; und

Figur 2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie H-II.

Die aus Zinnoxid bestehende Keramikelektrode 1 ist als langgestreckter Körper mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet, sodaß sie in ein Elektrodenloch 2 einer Ofenwandung 3 eingesetzt werden kann und dabei mit ihrer Spitze durch die Wandung hindurch in den Ofen hineinragt. Das Außenende des Elektrodenkörpers ist eben ausgebildet und von diesem Ende aus verläuft ein Längsloch 5 in den Elektrodenkörper hinein. In dieses Loch 5 ist ein aus Kupfer bestehendes Rohr 6 eingesetzt, welches vom innersten Ende aus Längsschlitze 7 aufweist, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel drei derartige Schlitze vorgesehen sind. Innerhalb dieses Kupferrohres 6 liegt ein Kegelstift b aus rostfreiem Stahl, dessen Außenende 9 mit Gewinde versehen ist und eine Messingmutter 10 trägt. Das Außenende des Rohres 6 besitzt eine Verdickung 11, auf we-cher ein Anschluß 12 für die elektrische Stromzuleitung befestigt ist.

VJenn das Rohr 6 und der Kegelstift 8 zusammen in das Loch der Elektrode eingeschoben werden, wird die Mutter 10 bis zum Anschlag an die Verdickung 11 des Rohres auf den Stift aufgeschraubt und durch weiteres Anziehen der Mutter der Kegelstift b in das Rohr hineingezogen, sodaß dieses über seine Längsschlitze 7 ausgedehnt oder gespreizt wird und fest gegen

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die Innenwandung des Längsloches ^ gepreßt wird. 'Jährend des Betriebes die en diese Längsschlitze 7 auch dazu, die Dehnung des Rohres bei Erwärmung auszugleichen, souaß die Elektrode infolge einer Ausdehnung des Rohres nicht auseinandergetrieben werden kann. Nach Verbindung dos Anschlusses 12 des Rohres β mit der elektrischen Stromzuleitung ist die Elektrode alsdann betriebsbereit.

Insbesondere bei Verwendung von Zinnoxid für den Elektrodenkörper 1 oder bei Verwendung eines im allgemeinen gleichen Werkstoffes, v/elcher nur oberhalb einer bestimmten Temperatur elektrisch leitfähig ist, ist es wichtig, daß der Kontakt zwischen dem Kupferrohr 6 und dem eigentlichen Eiektrodenkörper 1 an einer Stelle des Elektrodenkörpers erfolgt, an welcher man sicher ist, daß die Bedingungen innerhalb des Ofens eine Elektrodentemperatur ergeben, Vielehe über der liegt, bei welcher die elektrische Leitfähigkeit der Keramikmasse einsetzt. Um jedoch sicherzugehen, daß der elektrische Strom bis an das Ende der Elektrode weitergeleitet wird, kann das Längsloch 5 über das Ende des Rohres bezw. des Kegelstiftes hinaus ausgebildet und die Innenwandung des Loches dann mit einer Silberschicht belegt werden, welche vom Lochende bis über das innere Ende des Rohres 6 hinausgeht.

Ansprüche:

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Claims

Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen 1, Theaterplatz 3 _9_ 7329533 Patentansprüche :

1) Elektrode, insbesondere Keramikelektrode, für Glasschmelzöfen, gekennzeichnet durch einen langgestreckten Elektrodenkörper (1) mit einem oder mehreren in Längsrichtung verlaufenden Löchern (5)> in vjelches bezw. in v;elche jeweils ein dehnbares Rohr (6) aus elektrisch leitendem Material mit einem darin bewegbaren Dehnorgan (b) eingesetzt ist, wobei jedes Rohr mit seinem Dehnorgan nach hinten aus den: Elektrodenkörper herausragt und dort die Relativbewegung zwischen beiden erzeugende Anordnungen (^, 10) vorgesehen sind, und daß das Rohr bezw. die Rohre einen elektrischen Anschluß (12) aufweist bezvi. aufweisen.

2) Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnorgan (8) aus elektrisch leitendem Material besteht.

3) Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) aus einem in sich ausreichend verformbaren Werkstoff besteht und dadurch mittels des in ihm angeordneten Dehnorgans (8) fest gegen die Elektrode (1) preßbar ist.

4) Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) eine geeignete Anzahl von Längsschlitzen (7) zur Erleichterung der anfänglichen mechanischen Ausdehnung und zur Aufnahme der während des Betriebes stattfindenden Ausdehnung aufweist.

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5) Elektrode nach einem der Ansprüche I - '4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnorgan (8) innerhalb eines jeden Rohres (6) zum Ausgleich der Ausdehnung seines Rohres ir.. Betrieb geschlitzt ist.

6) Elektrode nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnorgan innerhalb des Rohres (6) ein konischer Stift (8) ist.

7) Elektrode nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen den. Rohr (6) und dem in ihm angeordneten Dehnorgan (8) eine Schraube (9) und eine Mutter (10) vorgesehen sind, die mit dem Stift bezw. dem Dehnorgan innerhalb des Rohres und dem Rohr selbst außerhalb des Elektrodenkörpers (1) zusammenwirken.

8) Elektrode nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem Rohr (6) und dem in ihm angeordneten Dehnorgan (8) das Dehnorgan ein Außengewinde und das Rohr ein entsprechendes Innengewinde aufweisen.

9) Elektrode nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der ElektrodenKörper (1) aus Zinnoxid besteht.

10) Elektrode nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) aus Kupfer, rostfreiem Stahl, Kupfernickel oder Nickellegierungen besteht.

Patentanwalt.