DE2538576A1

DE2538576A1 - Verarbeitungsvorrichtung fuer hochtemperatur-beschickungsmaterial

Info

Publication number: DE2538576A1
Application number: DE19752538576
Authority: DE
Inventors: William Charles Brady; William Findlay Giles
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1974-10-15
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1976-04-29
Also published as: NL178160C; NL178160B; JPS5919893B2; FR2288063B1; NO139214B; SE7510254L; JPS5164023A; FI752566A; DE2538576C2; IL47816A0; IL47816A; FI58769C; NO139214C; FR2288063A1; IT1044581B; SE417598B; NL7510900A; CA1049078A; BE832547A; FI58769B

Description

T" D If Fa*entanwälte:

TlEDTKE - büHLING - IVlNNE Dipl.-Ιημ. Tiedtke

Uipl.-Chem. Bühling ^ Dipl.-Ing. Kinne

*0POOfQ 8 München 2, Postfach 202403

Bavariaring 4

Tel.: (0 89) 53 96 53-56 Telex: 5 24845 tipat cable: Germaniapatent München 29. August 1975

B 6753

OwensτCorning Fiberglas Corporation Toledo, Ohio, USA

Verarbeitungsvorrichtung für Hochtemperatur-Eeschickungsnaterial.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schmelzvorrichtungen mit einem Schmelzbehälter aus hochtemperaturbeständigem Material zur Aufnahme-geschmolzenen Materials,.der eine Bodenöffnung für das Ausströmen des geschmolzenen Materials aus dem Schmelzbehälter aufweist,, und mit einem in dem Schmelzbehälter angeordneten elektrischen Heizelement.

Bisher wird bei öfen mit einem Heizelement gewöhnlich ein flächenförmiges, üblicherweise gebogenes, elektrisches Stromleit- bzw. Widerstandsheizelement aus Metall . verwendet, das sich quer durch eine Schmelzkammer erstreckt. Wenn elektrischer Strom mit großer Stromstärke durch das Heizelement fließt, wandelt die intensive Hitze von dem Element in der

^VI/8 609818/06 5 9

Dänische Bank (München) Kto. 51/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Schmelzkanimer fortdauernd das eingegebene Material in eine geschmolzene Masse um. Wenn der Ofen oder der Schmelzer zum Zuführen geschmolzenen Materials zu einer anderen Vorrichtung verwendet wird, wird das Heizelement quer zur Flußrichtung des geschmolzenen Materials zu einer Ausflußöffnung hin angeordnet, die mit der anderen Vorrichtung in Verbindung steht. Das Heizelement besitzt Öffnungen oder Schlitze, durch die das geschmolzene Material zu der Ausflußöffnung hin strömt.

Bei' der Herstellung endloser Glasfäden wurde festgestellt, daß für einen verstärkten Ausfluß eine schnellere Bewegung des geschmolzenen Glases durch die Öffnungen in dem flächenförmigen Heizelement erforderlich ist. Wenn die Geschwindigkeit des geschmolzenen Glases ansteigt, kann das Heizelement das Beschickungs- oder Einsatzmaterial nicht mehr zufriedenstellend, in geschmolzenes Glas umwandeln, so daß daher die Wärmekapazität ein begrenzender Faktor bei dem Durchsatz der-Vorrichtung wird. Die einzige Lösung schien in der Verwendung größerer Schmelzeinheiten zu liegen; die Kosten und die. schwierigen Bedienungseigenschaften auf den bisherigen Möglichkeiten beruhender größerer Schmelzeinheiten boten jedoch ungünstige Aussichten für eine wirksame Erhöhung des Durchsatzes.

In der US-PS 2 181 030 wird ein elektrischer Glasofen vorgeschlagen, der ein Heizelement in Form einer spirälenförmigen Spule aufweist, die mit senkrecht stehender Achse oberhalb einer Ausflußöffhung im Boden eines Schmelzbehälters angeordnet ist, wobei das Heizelement durch einen äußeren Man-

6098 18/065.9

tel aus elektrisch stromleitendera Material gebildet ist, der mit zerkleinertem hitzebeständigem Material gefüllt ist. Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch dadurch Nachteile auf, daß sie nur relativ kleine Glasmenpen schmelzen kann, da.das Volumen des durch den Erhitzer erwärmten Glases durch die Gestalt der Spule begr.enzt ist, daß das geschmolzene Material · innerhalb der Schmelzkammer nicht quer über die Breite derselben erwärmt wird und daß ferner auch eine nur relativ kleine Auslaßöffnung für das Ausströmen des geschmolzenen Glases aus der Schmelzkammer vorgesehen v/erden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchsatz eines Schmelzbehälters ohne weitgehende Vergrößerung der Dimensionen des Schmelzbehälters zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch parallele Heizelemente gelöst, die vorzugsweise in an sich bekannter Weise einen hitzebeständiges Material enthaltenden hohlen äußeren, elektrisch stromleitenden Bereich haben und die sich quer durch das Innere des Behälters erstrecken, wobei jedes der Heizelemente eine Tiefe besitzt, ,die merklich größer ist als seine Dicke, und jedes der Heizelemente zwei senkrecht unter Abstand angeordnete, sich längs der Heizelemente erstreckende Kittelelemente sowie die Enden der Mittelelemente verbindende Endteile besitzt, die kürzer als die Mittelelemente sind.

Vorzugsweise sind die Heizelemente von dem Schmelzbehälter elektrisch getrennt.

609818/0659

Bei einer vorzugsweise gewählten Ausfuhrungsform der Erfindung besitzt jedes Heizelement an jedem Ende ein vorzugsweise nicht-lineares bzw, nicht-geradliniges Anschlußteil, das in Längsrichtung zum Heizelement aus dem jeweiligen Endteil herausragt. .Zweckmäßigerweise besitzen die Anschlußteile aus ihnen nach außen zu und der Länge nach herausragende Metallstreifen zur Unterstützung der gleichmäßigen Aufteilung des zu den Mittelelementen fließenden elektrischen Stroms.

Vorzugsweise ist eine Beschickungszuführeinrichtung für die Aufnahme mineralischen Beschickungsmaterials in pulverisierter Form an den Schmelzbehälter über eine öffnung in der Oberseite des Schmelzbehälters vorgesehen.

Zur Formung des geschmolzenen Materials, in endlose Stränge ist eine an sich bekannte Speisevorrichtung vorgesehen, die zur Aufnahme des geschmolzenen Materials aus dem Schmelzbehälter mit diesem über dessen Bodenöffnung in Verbindung steht und deren Boden öffnungen für das Durchfließen des geschmolzenen Materials in Form von Schmelzströmen aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Glassträngen aus endlosen Fäden. .

609818/0659

Pig. 2 ist eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung verwendeten Anordnung .aus Schmelzer und Speisevorrichtung.

Fig. 4 ist eine im wesentlichen an der Linie 4-4 in Fig. 3 gesehene Querschnittsansicht.

Fig. 5 ist eine, vergrößerte Seitenansicht eines der in den Fig. 3 und 4 gezeigten. Heizelemente.

Fig. 6 ist eine Draufsicht des in Fig. 5 gezeigten Heizelements.

Fig.. 7 ist eine im wesentlichen entlang der Linie 7-7 in Fig. 5 gesehene Stirnansicht des in den Fig. 5 und 6 gezeigten Heizelements.

Fig. 8 ist ein Schaltbild einer elektrischen Stromver-' sorgung und Steuerschaltung für die Heizelemente,

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausrichtung der Heizelemente innerhalb eines Schmelzbehälters.

Fig.10 ist eine Seitenansicht eines weiteren Heizelements.
609818/06 5-9

Fig.11 ist eine Draufsicht auf das in Pig. IO gezeigte Heizelement.

Fig.12 ist eine Draufsicht auf ein drittes Heizelement.

Fig.13 ist eine Seitenansicht des in Fig. 12 gezeigten Heizelements.

Die Erfindung findet zwar insbesondere bei der Herstellung von Glasfäden Verwendung, sie kann jedoch allgemein bei der Verarbeitung von fließfähigen und durch Wärme erweichbaren Materialien verwendet werden. Die Verwendung bei einer Glasfadenformungsvorrichtung dient nur als Beispiel zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung.

' Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung, die auf drei Ebenen arbeitet, um so eine Glaslitze aus endlosen Fäden herzustellen, die in Form einer Wickelspule abgenommen wird. Wie dargestellt, trägt ein zwischen der oberen Ebene und der Zwischenebene angeordneter Boden 10 der oberen Ebene eine Verarbeitungseinheit 12, die aus einer Speisevorrichtung oder Durchführung Iß Glasschmelzströme lh abgibt. Eine Spulmaschine 18 an der unteren Ebene verfeinert die Glasschmelzströme lk in endlose Glasfaden 20. Ein Sammelschuh 22 an der Zwischenebene verbindet die fortschreitenden endlosen Glasfaden 20 zu einer Glaslitze oder einem Glasstrang 2k. Die Spulmaschine 18 befördert die Glaslitze 24 durch eine öffnung 26 in einem Zwischenboden 28 nach unten zu weiter, um sie so auf einem geeigneten Aufnahmekörper wie bei-

.6098 18/0659

spielsweise einem auf eine Klemmhülse 34 aufgeschobenen rohrförmigen Aufnahmekörper 32 zu einer Spule 30 aufzuwickeln. Die Klemmhülse 34 wird von der Spulmaschine 18 in Drehung versetzt. Eine hin- und herbewegbare und drehbare Litzenführungsvorrichtung 36 bewegt die vorrückende -Glaslitze 24 längs des Aufnahmerohrs bzw. Aufnahmekörpers 32 hin und her, um so die Glaslitze 24 auf der Litzen-Spule 30 zu verteilen.

An der mittleren Ebene trägt eine innerhalb eines Gehäuses 42 gehalterte Auftragevorrichtung 40 eine Appreturflüssigkeit oder ein anderes Beschichtungsmaterial auf die vorrückenden Fäden 20 auf. Die Auftragevorrichtung 40 kann irgendeine geeignete bekannte Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein endloses Band, das sich durch eine in dem Gehäuse gehaltene Appreturflüssigkeit oder ein anderes Beschichtungsmaterial hindurchbewegt. Vienn die Fäden 20 über die Oberfläche der sich bewegenden Auftragevorrichtung 40 laufen, wird etwas von der Appreturflüssigkeit oder dem anderen Beschichtungsmaterial an der Auftragevorrichtung auf die Fäden übertragen.

Die Verarbeitungseinheit 12 enthält einen Rahmen 48, der einen Beschickunfszuführabschnitt 50 trägt, einen Ofenbehälter oder Schmelzer 52, der das von dem Zuführabschnitt 50 zugeführte mineralische Beschickungsmaterial zu Glasschmelze bzw. geschmolzenem Glas erhitzt, sowie die Speisevorrichtung oder Durchführung 16, die die Glasschmelze von dem Schmelzer aufnimmt, ter Rahmen 48 weist vertikale Teile 54 und horizontale Bodenteile 56 auf.

609818/0859

Bei der dargestellten Ausfuhrungsform besitzt der Zuführabschnitt 50 einen Beschickungszuführteil 60 und einen Beschickungsverteiler 62, die zum ständigen Aufbringen einer . Schicht von Beschickungsmaterial in pulverisierter Form auf die obere Fläche eines in dem Schmelzer 52 enthaltenen Körpers aus Glasschmelze zusammenwirken. In dem Beschickungszuführteil 60 ist ein im Verhältnis ortsfester Trichter 64 mit einem Vorrat an mineralischem Beschickungsmaterial in pulverisierter Form oberhalb eines Ergänzungstrichters 66 angeordnet, der einen Teil des Beschickungsverteilers 62 bildet. Einen Teil des /Rahmens 48 bildende Querträger 68 halten den relativ ortsfesten Trichter 64 über dem Ergänzungstrichter 66.

Mit dem Beschickungsverteiler 62 wird sowohl die Abgabe des mineralischen Beschickungsmaterials in den Schmelzer 52 bemessen und geregelt als auch das mineralische Beschickungsmaterial über der ganzen offenen Fläche der oberen öffnung des Schmelzers 52 verteilt. Demgemäß stellt die Vorrichtung das den Ergänzungstrichter 66 verlassende Beschickungsmaterial ein und bewegt den Ergänzungstrichter 66 zum· Verteilen des Beschickungs materials. Bei dieser Anordnung sitzt der Ergänzungstrichter 66 an einer Achswelle 70, die in Erehlagen 72 gehalten ist, welche durch Querträger 74 an dem Rahmen 48 getragen werden. Ein Elektromotor 76 treibt über einen Untersetzungsmechanismus 78 und ein Antriebssystem eine rotierende Beschickungsreguliereinrichtung an. Die Ausgangswelle 80 des Uhter'setzungsmechanismus 78 treibt die Achswelle 70 Über eine Kette 84 an, die ein Kettenzahnrad 82 auf der Achswelle 70 mit einem Kettenzahnrad 86 auf der Ausgangswelle 80 verbindet. Die Drehenergie der

609818/0659

Achswelle 70 wird auf die Beschickungsreguliervorrichtung übertragen. Wenn sich die Achswelle 70 dreht, treibt ein an der Achswelle 70 befestigtes Kettenzahnrad 88 über eine zweite Kette 9H ein Kettenzahnrad 90 an einer Welle 92 an. Die Welle 92 befindet sich in dem Austrittsbereich des Ergänzungstrichters 66 und sitzt drehbar in Lagern, die von dem Ergänzungstrichter 66 getragen sind. Die Welle 92 erstreckt sich quer über die Auslaßöffnung des Ergänzungstrichters 66 und besitzt radial herausstehende Schaufeln oder Flügel 96. Wenn der Elektromotor 76 über das Antriebssystem aus Ketten und Zahnrädern die Welle 92 dreht, bewegen sich die Flügel 96, um so das von dem Ergänzungstrichter 66 an den Schmelzer 52 gelangende Beschickungsmaterial zu steuern. Die Geschwindigkeit der Abgabe des Beschickungsmaterials aus dem Ergänzungstrichter 66 in den Schmelzer 52 kann durch Veränderung der Drehgeschwindigkeit der Welle 92 und folglich der Bewegung der Flügel 96 gesteuert werden.

Für die Verteilung des Beschickungsmaterials aus dem Ergänzungstrichter 66 über die offene Fläche des Schmelzers 52 kann der Ergänzungstrichter 66 um die Achse der Achswelle 70 pendeln oder schaukeln, wobei eine derartige Bewegung eine im wesentlichen gleichförmige Schicht von Beschickungsmaterial auf der Oberfläche der Glasschmelzemasse in dem Schmelzer 52 ergibt. Bei dieser Anordnung ist ein Ausleger 102 an einer Wandung des Ergänzungstrichters 66 nahe dem Boden oder dem Auslaßöffnungsbereich desselben befestigt. Eine Plattform 104 auf dem oberen Boden 10 trägt einen Elektromotor 106, der einen

609818/0659

Untersetzungsmechanismus 108 antreibt. An einer Ausgangswelle 110 des Untersetzungsmechanismus 108 ist ein Arm 112 befestigt, an den ein Stab oder Verbindungsglied 114 angelenkt ist. Das andere Ende des Verbindungsglieds 114 ist an dem Ausleger 102 angelenkt. Wenn der Elektromotor 106 die Ausgangswelle 110 des Untersetzungsmechanismus 108" dreht, bewegt der Arm 112 das Verbindungsglied 114, damit die Auslaßöffnung des Ergänzungstrichters 66 über der Eintrittsöffnung des Schmelzers 52 hin- und herschwenkt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen den Aufbau der Anordnung aus dem Schmelzer 52 und der Speichervorrichtung oder Durchführung 16, die einen Teil der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Verarbeitungseinheit' 12 bilden. Der Schmelzer 52 wandelt das mineralische Beschickungsmaterial in Glasschmelze mittels der Wärme um, die durch unter Abstand angeordnete, allgemein parallele elektrische Stromleitungs-Heizelemente 120 zugeführt wird, die sich quer durch das Innere oder die Schmelzkammer 122 des Schmelzers 52 erstrecken. Die Glasschmelze in dem Schmelzer 52 fließt über die Ausgangsöffnung oder den' Austrittsdurchlaß 124 in die Speichervorrichtung 16.

Der Schmelzer 52 weist eine hitzebeständige Umkleidung 128, eine Auskleidung bzw. ein Futter 130 und eine Erwärmungsanordnung mit Heizelementen 120 auf.

Die hitzebeständige Umkleidung 128 ist aus hochtemperaturbeständigem feuerfestem Material aufgebaut und weist längs-

$098 18/0659

verlaufende Teile 134 und querverlaufende Teile 136 auf. Diese Teile bilden einen Einlaßbereich für die Aufnahme von Besehickungsmaterial aus dem Versorgungstrichter 66.

Das Futter 130 stimmt mit der inneren Anordnung der hitzebeständigen Konstruktion des Schmelzers 52 zur Bildung der Schmelzkammer 129 überein. Weil das Futter I30 unter im allgemein während des Betriebs des Schmelzers 52 bestehenden hohen Schmelztemperaturen nicht merklich abgenutzt werden darf, ist es normalerweise aus Platin oder einer Platinlegierung wie beispielsweise einer Legierung mit einem wesentlichen Prozentsatz an Rhodium hergestellt. Es ist möglich, für das Putter 130 auch andere hochtemperaturbeständige Materialien zu verwenden.

Das Futter I30 ist nicht elektrisch gespeist, sondern von den elektrischen Schaltkreisen und Versorgungen elektrisch getrennt. Wie aus den Fig. 3 und 4 leicht zu ersehen ist, bildet der untere Teilbereich eines Futters 130' den Austrittskanal 12¹J und endet an seinem unteren Teil an Flanschen 1*10.

Eine elektrische Einrichtung führt den Heizelementen 120 elektrische Energie mit niedriger Spannung und hoher Stromstärke zu. Die den Heizelementen 120 Strom zuführende elektrische Einrichtung ist von dem Futter I30 elektrisch getrennt. Die durch die elektrische Speisung der Heizelemente 120 erzeugte starke Hitze schmilzt das Beschickungsmaterial in Glasschmelze.

609818/0659

— Ld. ~ ■

Die Heizelemente 120 sind unterhalb der Oberfläche einer Glasschmelzemasse in der Schmelzkammer 122 angeordnet. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, liegen die Heizelemente unter der Oberfläche eines Körpers bzw. einer Masse aus geschmolzenem Glas 141, dessen obere Fläche mit einer Schicht 142 aus ständig von dem Ergänzungstrichter 66 zugeführten ungeschmolzenem mineralischem Beschickungsmaterial bedeckt ist. Sowohl die die 'Heizelemente 120 mit Strom versorgende elektrische Einrichtung als auch die Heizelemente 120 selbst sind von dem Futter 130 elektrisch getrennt bzw. isoliert.'

Die Stromleit- bzw. Widerstands-Heizelemente EO besitzen eine Breite oder Tiefe, die mindestens so groß ist wie ihre Dicke; die Heizelemente 120 sind hinsichtlich ihrer Tiefe allgemein senkrecht zur Oberfläche der Glasschmelzemasse ausgerichtet. In einer deutlicher aus den Fig. 5 bis 7 ersichtlichen besonderen Form weisen die Widerstands-Heizelemente eine im Vergleich zu ihrer Dicke oder Stärke beträchtliche Tiefe auf. Wie dargestellt,.sind die Heizelemente 120 aus elektrisch stromleitfähigem röhrenförmigem Material hergestellt, das in langgestreckte Einheiten mit einem leicht abgeflacht elliptischen "oder rennbahnförmigen Mittelteil 144 und aus den Enden des Mittelteils herausragenden Anschlußteilen 146 geformt ist. Das langgestreckte Mittelteil 144 enthält zwei voneinander getrennte parallele gerade Mittelstücke 14 8 und kürzere Endstücke 150, die die benachbarten Enden der geraden'Mittelstücke 148 verbinden. In der dargestellten Form sind die Endstücke 150 halbkreisförmig. In Fig. 5 bezeichnet "w" die Breite oder Tiefe der

609818/06 59

Heizelemente 120j in Fig. 6 bezeichnet "t" die Dicke bzw. Stärke der Heizelemente 120. In der gezeigten besonderen Form entspricht die Stärke der Heizelemente 120 dem Durchmesser des die Heizelemente 120 bildenden röhrenförmigen Materials.

Wegen der langgestreckten Form der Mittelteile 144 verteilt sich beim Austreten aus den Anschlußteilen 146 der elektrische Strom und fließt in die langgestreckten Mittelteile . Gemäß der Darstellung in Fig. 5 ergeben die Mittelteile zwei getrennte Stromwege, nämlich den Weg I und den Weg

Das Material für die die Heizelemente 120 bildenden röhrenförmigen Einheiten ist wie bei dem Futter 130 Platin oder eine Platinlegierung.

Die Anschlußteile 146 sind gebogene röhrenförmige Elemente. Ein Teilbereich l46a ersteckt sich über eine kurze Strecke axial aus dem Mittelteil 144 heraus; dann gehen die Anschlußteile 146 in einen zur Längsachse des Heizelements schräg verlaufenden Teilbereich l46b über, bevor sie in einen wiederum in axialer Richtung von dem Mittelteil 144 weg verlaufenden Teilbe-reich l46c übergehen. Ferner weisen die Anschlußteile 146 aus den Teilbereichen l46a und l46b nach außen und allgemein der Länge nach herausstehende Metallstreifen 152 und 154 auf. Diese Metallstreifen ergeben zusätzliches Leitungsmetall für den' elektrischen Strom und unterstützen die gleichmäßige Aufteilung des elektrischen Stroms in die getrennten Stromwege des langgestreckten Mittelteils 144.

609818/0659

Zur Unterstützung der Wärmeverteilung, die die gleichmäßigere Kitzeabstrahlung über den Stromleit-Heizelementen 120 fördert, befindet sich innerhalb der die Heizelemente 120 bildenden hohlen, röhrenförmigen Teile hitzebeständiges Material in der Form von Schamotte oder dgl. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das Innere der Anschlußteile 146 mit Schamotte 156 ausgefüllt ist. Auch das Innere der gebogenen Endstücke 150 ist mit Schamotte ausgefüllt»,Die Verwendung von Aluminiumoxyd-Schmotte bzw. feuerfestem Material mit Aluminiumoxyd hat sich als zweckmäßig erwiesen. Eine Schamotteverrohrung 158 paßt fest gegen die innere Fläche der geraden Mittelstücke 148. Die Verrohrung I58 verstärkt die Mittelstücke 148. Eine im Handel unter der Bezeichnung "AP-35" von der McDaniel Company erhältliche Aluminiumoxydverrohrung ergibt gute Ergebnisse.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 erstrecken sich die elektrischen Stromleit-Heizelemente 120 quer über die Schmelzkammer 122 allgemein parallel zueinander unter gegenseitigem Abstand. Der Abstand zwischen benachbarten Heizelementen 120 beträgt normalerweise 2,54 bis 7,62 cm und zumeist 5,08 cm. Weiterhin ist die Tiefe oder Breite "w" der Heizelemente allgemein in der Richtung des Flusses der sich zu der Austrittsöffnung 124 zur Speisevorrichtung l6 bewegenden Glasschmelze ausgerichtet. Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten vertikalen Verlauf sind die Heizelemente vertikal und senkrecht zur Oberfläche der Masse der Glasschmelze l4l angeordnet.

Die Stromleit-Heizelemente 120 werden an ihren Enden 6098 18/0659

mit Sammelschienen gestützt und elektrisch verbunden, die elektrischen Strom führen. Wie dargestellt, erstrecken sich zwei Sätze von Sammelschienen, nämlich Sammelschienen 16O und 162 jeweils der Länge nach entlang der oberen Fläche der hitzebeständigen Umkleidung 128. Durch jede der oberen und schwereren Sammelschienen I60 verlaufen Kühlröhren 164 zum Befördern von Kühlwasser, das die Temperatur der Sammelschienen beeinflußt. Jede der Sammelschienen !öl und 162 besitzt allgemein halbkreisförmige Ausnehmungen. Die Ausnehmungen einer jeden Sammelschiene l6ü sind mit den Ausnehmungen der Sammelschiene.l62 zur Bildung von Greifbereichen ausgefluchtet, in die die Endabschnitte der Anschlußteile 1^6 passen. Bei dem Zusammenpressen wie beispielsweise mittels von Bolzen I66 halten die Greifbereiche der Sammelschienen die Stromleit-IIeizelemente 120 unverrückbar fest.

Eine elektrische Einrichtung führt von Transformatoren 168 und 170 über Zuleitungen 172 bzw. 17*1 jedem Satz von Sammelschienen 160 und 162 elektrischen Strom zu.

Im Betrieb fließt elektrischer Strom von der Sammelschi en enanordnung über die Anschlußteile 1^6 dem Mittelteil 1*j4 der Stromleit-Heizelemente 120 zu. Sobald der Strom die Teilbereiche 146b und 146a der Anschlußteile erreicht, fließt er leichter durch die Metallstreifen 152 und 15^. Bei der Inbetriebnahme des Schmelzers 52 richten diese Metallstreifen den Strom zu einem im wesentlichen gleichförmigen, zwischen den zwei getrennten Stromwegen, nämlich den Stromwegen I und II der Heizelemente 120 aufgeteilten Strom aus.

609818/065 9

Während der Ergänzungstrichter 66 die Schicht 142 aus Beschickungsmaterial auf die Oberfläche der Glasschmelze I²Il in der Schmelzkammer 122 aufbringt, liefern die stromführenden Heizelemente 120 intensive Hitze unter gesteuerten Bedin-' gungen, die die Schmelzungsgeschwindigkeit des Schmelzers mit der Geschwindigkeit der Glasschmelzeabgabe aus der Speisevor~ richtung 16 regulieren. V/eil die Heizelemente 120 in der Masse der Glasschmelze 1^1 untergetaucht sind, berührt die Beschickung normalerweise nicht die Heizelemente 120. Üblicherweise liegen die Heizelemente 2,5*1 bis 7*62 cm unterhalb der Oberfläche der Glasschmelze l4l in der Schmelzkammer 122.,

Wenn in der Schmelzkammer 122 die Temperatur der Glasschmelze an dem oberen Steg (Weg I) der Heizelemente 120 niedriger wird als die der Glasschmelze nahe dem unteren Steg (Weg II), wird der Widerstand des Metalls in dem röhrenförmigen Material entlan? des Wegs I kleiner als der Widerstand des Metalls entlang des -Wegs II. Dementsprechend fließt entlang des Wegs I zusätzlicher Strom, so daß die Temperatur an diesem Teil des Heizelements ansteigt. Ähnlich fließt zusätzlicher Strom entlang des Wegs II zur Vergrößerung der Temperatur in diesem unteren Steg, wenn durch die Gegebenheiten die Temperatur des Metalls in dem unteren Steg (Weg II) der Heizelemente 120 verringert ist. Folglich beeinflussen die Temperaturgegebenheiten entlang der Länge und der Breite der Heizelemente 120 den Stromfluß so, daß die Wärmebehandlung der Glasschmelze durch die Heizelemente 120 ziemlich kompensiert und gleichmäßiger gemacht wird.

60981 8/0659

Das hitzebeständige Material innerhalb der

Heizelemente 120 fördert die gleichmäßigere Hitzeabgabe über den Heizelementen 120-. Dementsprechend erfährt die Glasschmelze eine gleichförmigere Wärmebehandlung. Das hitzebeständige Material bzw. die Schamotte neigt dazu, Wärmeenergie zu speichern. Wenn sich aus irgendeinem Grund auf einem Heizelement 120 ein kühler Bereich bildet, fließt Wärme aus dem Schamottematerial zu diesem kühleren Bereich und unterstützt den Temperaturanstieg dieses Bereichsauf eine im wesentlichen der Umgebungstemperatur gleiche Temperatur.

Fig. 8 zeigt eine Schaltung zum Steuern der den Heizelementen 120 von den Transformatoren 168 und 170 zugeführten elektrischen Energie und folglich zum allgemeinen Steuern der von den Heizelementen 120 abgegebenen Wärmeenergie. Wie dargestellt, sind" die Sekundärwicklung 178 des Leistungs-Transformators 168 und die Sekundärwicklung l80 des Leistungs-Transformators 170 an den benachbarten Enden der Sammelschienen an Anschlüssen 182 bzw. 184 angeschlossen. Geeignete elektrische Einrichtungen speisen über Leitungen L. und Lp die Primärwicklungen 186 und 188 der Leistungstransformatoren 168 bzw. 170 mit elektrischer Leistung. Die elektrische Leistung an den Leitungen L₁ und Lp kann beispielsweise ein 60 Hz-Wechselstrom mit ¹I¹IO V sein. Die Sekundärwicklungen I78 und I80 verringern die Spannung an den Primärwicklungen I86 und I88 zu einer Abgabe von ungefähr 5 bis 6 V an die Sammelschienen mit einem ausreichend hohen Stromfluß von beispielsweise 5ΟΌΟ Ampere zum Aufheizen der Heizelemente 120 durch herkömmliche Widerstands-

60981 8/06b9

heizung auf die hohen Temperaturen, die in dem Schmelzer 52 zum Umsetzen des mineralischen Beschickungsmaterials in Glasschmelze zur Abgabe an die Speisevorrichtung 16 nötig sind.

Eine Steuerschaltung mit einem gesteuerten Siliciumgleichrichter .190 erfaßt die durch Widerstandsänderungen in den Heizelementen 120 verursachten Spannungsänderungen; Änderungen des Widerstands können beispielsweise durch die Unterbrechung des normalen Glasflusses aus der Speisevorrichtung l6 entstehen, die auftritt, wenn die Spulvorrichtung 18 eine Spule 30 fertigstellt und eine Bedienungsperson- einen neuen Aufnahmekörper an der Klemmhülse 3^ anbringt. Die Steuerschaltung' verändert den Versorgungsstrom so, daß an den Heizelementen 120 zur besseren Steuerung des Glasschmelzeflusses durch den Schmelzer 52 zu der Speisevorrichtung l6 eine vorbestimmte Temperatur wieder eingestellt wird. Da die Zeitkonstanten~*^Kennwerte des gesteuerten Siliciumgleichrichters 190 sehr niedrig sind, ist eine Abweichung von einer vorgewählten Flußgeschwindigkeit minimal.

Gemäß der Darstellung wird bei der Steuerschaltung ein Steuertransformator 192 verwendet, dessen Primärwicklung 194 über die Anschlüsse I82 und 184 geschaltet ist. Der Steuertransformator 192 ergibt vorzugsweise eine Spannungsverringerung von 4:Ij dementsprechend wird bei der Steuerschaltung eine mittelangezapfte Sekundärwicklung I96 verwendet. Der Strom in der Sekundärwicklung I96 wird durch Dioden 198 gleichgerichtet. Eine TT-Filterschaltung 200 nimmt den gleichgerichteten Strom auf. Die /T-Filterschaltung 200 weist ein Paar parallel angeschlosse-

6098 18/0659

ner Kondensatoren 202 und 2O4 auf, zwischen die ein Widerstand
206 und eine Induktivität 209 in Serie geschaltet sind.

Das sich ergebende Gleichstromausgangssignal aus
der 7Zl -Filterschaltung 200 wird an einen Spannungsteiler 210
angelegt, der ein.außerordentlich kleines Ausgangssignal von
beispielsweise ungeführ 10 mV Gleichspannung an eine Steuereinheit 212 herkömmlicher Bauart abgibt. Der gesteuerte Siliciumgleichrichter 190 erhält das Ausgangssignal der Steuereinheit
212. Der gesteuerte Siliciumgleichrichter 190 hält den Zeitkonstantenfaktor bzw. Zeitverzögerung faktor der Versorgungsschaltung kleiner als ein Viertel der Periodendauer.

Die Spannungserfassungsschaltung ist ein viel schnelleres Erfassungssystem als ein thermoelektrisches System. Durch die in Fig. 8 dargestellte elektrische Versorgungs- und Steuereinrichtung liefert der Schmelzer 52 eine stabilere Temperatur
zum Schmelzen des Beschickungsmaterials in Glasschmelze während der Verdünnung der an den Auslaßöffnungen der Speisevorrichtung 16 zugeführten Schmelzeströme zu Glasfasern durch die Spulmaschine 18. Das Ergebnis sind Glasfasern, deren Abmaße inner- ■ halb einer hergestellten Spule und zwischen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Spulen gleichmäßiger sind.

Die Fig. 9 zeigt eine andere Anordnung der Heizelemente 120 in dem Schmelzer 52. Gemäß Fig. 9 ist eine gerade Zahl von
Heizelementen 120 vorhanden, wobei der Abstand "D" zwischen den

609818/06 5 9

oberen Stegen (Weg I) der mittleren beiden Heizelemente 120 annähernd dem Doppelten des Abstandes zwischen den anderen Heizelementen 120. entspricht. Da der Abstand zwischen benachbarten Heizelementen 120 normalerweise 2,5*1 bis 7₃β2 cm beträgt j beträgt der Abstand "D" üblicherweise 5 »08 bis 15j24 cm und zumeist 10,16 cm. Zur Erzielung gleichförmigerer Wärmewege für die Glasschmelze in dem Schmelzer 52 sind bei dieser Anordnung die meisten der Heizelemente 120 mit einer Neigung zu dem mittleren Bereich der Schmelzkammer· 122 hin ausgerichtet. Wie dargestellt, bilden alle Heizelemente 120 bis auf die äußersten oder Endelemente mit der Senkrechten einen Winkel Θ'. Während die Endelemente senkrecht stehen, sind die anderen Elemente zu dem mittleren Bereich des Schmelzers 52 hin mit einem fortschreitend ansteigenden Winkel θ geneigt; normalerweise ändert sich der Winkel θ von 5 bis 25 , wobei der Winkel θ für die mittigsten Heizelemente 120 am größten ist. Bei der in Fig. 9 gezeigten Anordnung sind die unteren Stege (Weg II) unter im wesentlichen gleichen Abständen ausgerichtet.

Wenn die Heizelementeanordnung nach Fig. 9 das mineralische Beschichtungsmaterial in Glasschmelze umwandelt, unterliegt die Glasschmelze während ihres Flusses entlang ihres Weges zur Auslaßöffnung des Schmelzbehälters im wesentlichen der gleichen Wärmebehandlung.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein" weiteres .elektrisches Stromleit-Heizelement nach den Grundsätzen der Erfindung, nämlich das Heizelement 220. Das Heizelement 220 besitzt ein langgestreck-

6 0 9818/0659

- 51 -

tes, allgemein rechteckförmiges Mittelteil 244 mit aus den Enden des Mittelteils 244 herausragenden Anschlußteilen 246. Das Mittelteil 244 weist zwei unter Abstand angeordnete Seitenwandungen 248 und zwei unter Abstand angeordnete Dicke-Wandteile 250 auf, die zur Bildung einer hohlei Einheit vereinigt sind. Das Innere des Mittelteils 244 ist mit hitzebeständigem Material bzw. Schamotte 252 gefüllt. Das Mittelteil weist eine Tiefe oder Breite ¹V¹ und eine Stärke oder Dicke "t" auf..

Das Mittelteil 244 besitzt schräge Endwandungsabschnitte 254 und mittlere Endabschnitte 256, aus denen die Anschlußteile 246 herausragen.

Die Anschlußteile 246 sind gebogene röhrenförmige Elemente und besitzen allgemein die gleiche Gestalt wie die Anschlußteile 146. Ein Teilbereich 246a erstreckt sich für eine kurze Strecke axial von dem mittleren Endabschnitt 256 des Mittelteils 244 weg; dann sind die Anschlußteile 246 mit einem schräg zur Längsachse des Heizelements ragenden Teilbereich 246b abgebogen, bevor sie wieder zu einem in Achsrichtung von dem Mittelteil 244 stehenden Teilbereich 246c gebogen sind.

Wie im Falle der Heizelemente 120 weisen die Anschlußteile 246 Metallstreifen 258 und 260 auf, die allgemein der Länge nach entlang den Teilbereichen 246a und 246b verlaufen. Diese Metallstreifen ergeben wie die Metallstreifen 152 und 154 zusätzliches Leitermetall, das die gleichmäßige Aufteilung des elektrischen Stroms auf zwei allgemein unterschiedliche Strom-

609818/0 6.5 9

wege längs des Mittelteils 2^4 unterstützt.

Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 10 angedeutet ist, neigt der Stromfluß von den Anschlußteilen 246 zu dem Mittelteil 2kk dazu, zwei allgemein verschiedenen elektrischen Wegen, nämlich einem oberen Weg I und einem unteren Weg II zu folgen.

Die Stromleit-Heizelemente 220 passen wie die Heizelemente 120 quer durch den Schmelzer 52.

Wenn in einem Behälter wie z.B. der Schmelzkammer die Temperatur der Glasschmelze an dem oberen Weg I der Heizelemente 220 niedriger wird als die Temperatur der Glasschmelze nahe dem unteren Weg II, wird der Widerstand des Metalls in den Heizelementen 220 entlang des Weges I kleiner als der Widerstand des Metalls entlang des Weges II. Dementsprechend fließt entlang des Weges I zusätzlicher Strom zur Erhöhung der Temperatur des oberen Teilbereichs der Heizelemente, Wenn durch die · Gegebenheiten die Temperatur des Metalls' an dem unteren Weg II der Heizelemente 220 verringert ist, fließt auf ähnliche Weise zusätzlicher Strom entlang des Wegs II zur Erhöhung der Temperatur an dem unteren Teilbereich der Heizelemente. Folglich bewirken die Temperaturgegebenheiten entlang der Länge und der Tiefe "w" einen Stromfluß, der die thermische Behandlung der durch die Heizelemente 220 verarbeiteten Glasschmelze ziemlich kompensiert und gleichmäßiger macht„ Die Funktion der Heizelemente 220 ist daher gleichartig der Funktion der Heiz-

6 09818/0659

elemente 120.

Gemäß den Fig. 3 und 4 besitzt die Speisevorrichtung oder Durchführung 16, die sich unterhalb und in Deckung mit dem Ausflußdurchlaß 124 des Schmelzers befindet, eine Bodenwandung 270, Seitenwandungen 272 und Stirnwandungen 274. Die Seitenwandungen und die Stirnwandungen schließen mit seitlich herausstehenden Flanschen 276 ab. Hitzebeständige Elemente isolieren die Flansche 276 der Speichervorrichtung 16 thermisch und elektrisch von den Boden-Flanschen 140 des Futters 130. Das Äußere der Speisevorrichtung ist ferner mit hochtemperaturbeständigem Schamotte oder Ofenmaterial 280 umgeben, das auf herkömmliche V/eise von Rahmenteilen 282 gestützt ist.

Wie das Futter 130 und die Stromleit-Heizelemente bestehen die Wandungen 272, 274 und 270 aus Platin oder einer Platinlegierung.

Aus dem Äußeren der Bodenwandung 270 erstreckt sich eine Gruppe von Düsenspitzen oder rohrförmigen Nasen 284. Durch diese rohrförmigen Nasen 284 wird die Glasschmelze aus der Speisevorrichtung l6 in Form der Glasschmelzeströme 14 abgegeben.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 deutlich ersichtlich ist, weisen die Stirnwandungen 274 Anschlüsse 286 auf, die über Zuleitungen 290 elektrische Energie aus einem Leistungstransformator 288 aufnehmen. Der der Speisevorrichtung l6 über die An-

609818/0659

Schlüsse 286 zugeführte elektrische Strom erwärmt die Speisevorrichtung l6 durch Widerstandsheizung, um so die Glasschmelze in der Speisevorrichtung 16 bei gewünschten Temperaturen und Viskositäten·zu halten.

Angrenzend an die Bodenwandung 270 der Speisevorrichtung 16 und geringfügig unterhalb ihr angeordnet befindet sich ein Verteiler 292. Seitlich aus dem Verteiler 292 ragen Flossen oder Flügel 29¹I heraus, die die Wärme von den Glasschmelzeströmen I¹J ableiten, um das Glas in den Strömen.für eine wirksame Verfeinerung der endlosen Glasfäden 20 zähflüssiger zu machen. Der Verteiler 292 besitzt ein Eintrittsrohr 296 und ein Austrittsrohr 298, durch die hitzeabsorbierende Flüssigkeit wie Wasser über den Verteiler 292 umläuft. Ein an einem Rahmenteil 301 befestigter Befestigungsträger 300 trägt den Verteiler 292.

Wie. in den Fig. 1 und 2 dargestellt, weist die Verarbeitungseinheit 12 eine Abdeckung oder Haube 302 auf, die über dem Beschickungszuführteil 60 und dem Beschickungsverteiler 62 angeordnet ist. Aus dem Oberteil der Haube ragt ein Abzugsrohr· oder eine Pfeife 30A heraus, mittels der verhindert wird, daß der Beschickungsverteiler 62 den Fadenausbildungsbereich an der Bodenwandung 270 mit feinen Teilchen des Beschickungsmaterials verschmutzt. Die Abzugspfeifa 30*1 kann an ein Sauggebläse angeschlossen werden, um so einen Zwangsluftumlauf um den Beschickungsverteiler 62 herum hervorzurufen.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsform 809818/065 9

eines den Gesichtspunkten der Erfindung entsprechenden elektrischen Stromleit-Heiζelements, das mit dem Bezugszeichen 32Ό bezeichnet ist. Wie die· anderen Heizelemente weist das Heizelement 320 im Vergleich zu seiner Dicke oder Stärke eine beträchtliche Tiefe oder Breite auf. Es ist aus dem gleichen elektrisch leitfähigen röhrenförmigen Material wie das Heizelement 120 hergestellt; innerhalb des röhrenförmigen Materials befindet sich wie bei dem Heizelement 120 hxtzebeständiges Material in Form von Schamotte oder Ofenziegel (Aluminiumoxyd).

Das langgestreckte Elemente 320 weist ein Mittelteil 324 auf, das aus zwei in Abstand angeordneten parallelen Elementen 326 und 328 und die Elemente 326 und 328 miteinander verbindenden kürzeren geraden Elementen 330 gebildet ist. Aus den Enden des Heizelements 320 ragen jeweils gerade Anschlußteile 334. Wie dargestellt,'sind die Anschlußteile 33^ Verlängerungen des geraden Elements 326. ■

Damit besitzen die Heizelemente 320 wie die Heizelemente 120 jeweils ein langgestrecktes Mittelteil mit zwei unter Abstand parallelen geraden zylindrischen Teilen, die geraden Teile ver- · bindende kürzere Endteile und von jedem Ende entlang der Längsachse des Heizelements herausragende Anschlußteile. Dabei sind die Anschlußteil.e 33^ gerade.

Für das Schmelzen sind die Heizelemente 320 wie die in den Fig. 3uid 4 dargestellten Heizelemente 120 angeschlossen.

609818/0659

Mit der Erfindung ist eine Heizeinheit für verflüssigbares Material wie Glasschmelze geschaffen, die einen Behälter für das verflüssigbare Material, Heizelemente mit einer im Vergleich zu.ihrer Stärke beträchtlichen Tiefe in einer Masse verflüssigbaren Materials in dem Behälter, wobei die Tiefe der Heizelemente in einer gewöhnlich senkrecht zur Oberfläche der Masse stehenden Richtung ausgerichtet sind, sowie eine Einrichtung zum elektrischen Speisen der Heizelemente aufweist.

609818/0659

Claims

Patentansprüche

IyElektrische Schmelzvorrichtung mit einem Schmelzbehälter aus hochtemperaturbeständigem Material zur Aufnahme geschmolzenen Materials, der eine. Bodenöffnung zur Abgabe geschmolzenen Materials aus demselben aufweist, und einem elektrischen Heizelement in dem Schmelzbehälter, gekennzeichnet durch parallele Heizelemente (120; 320), die vorzugsweise auf an sich bekannte Art einen hitzebeständiges Material enthaltenden hohlen äußeren elektrisch stromleitenden Teilbereich aufweisen und die sich quer durch das Innere des Schmelzbehälters (52) erstrecken, wobei jedes der Heizelemente eine Tiefe (w) besitzt, die beträchtlich größer als .seine Stärke (t) ist, und jedes- der Heizelemente (120; 320) zwei senkrecht unter Abstand angeordnete, vorzugsweise gerade, zylindrische und untereinander parallele Mittelelemente (148; 326, 328), die sich der Länge der Heizelemente (120; 320) nach erstrecken, und die Enden der Mittelelemente (148; 326, 328) verbindende Endteile (150; 330) aufweist, die jeweils kürzer sind als die Mittelelemente (148; 326, 328).

2. Elektrische Schmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (120; 320) von dem Schmelzbehälter (52) elektrisch getrennt sind.

3. Elektrische Schmelzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Heizelement (120; 320) an jedem Ende ein vorzugsweise nicht-lineares Anschlußteil (146; 334) besitzt, das in Längsrichtung des Heizelements

609818/0659

(120; 320) aus dem jeweiligen Endteil (150; 330) herausragt.

h. Elektrische Schmelzvorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußteile (146; 33*0 nach außen und längs derselben herausragende Metallstreifen (152, 258, 260) zur Förderung der gleichmäßigen Aufteilung des elektrischen Stroms zu den Mittelelementen (148; 326, 328) besitzen.

5. Elektrische Schmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Beschickungszuführeinrichtung (50) zur Abgabe von mineralis.chem Beschickungsmaterial in pulverisierter Form an den Schmelzbehälter (52) über eine öffnung in der Oberseite des Schmelzbehälters (52).

6. Elektrische Schmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Speisevorrichtung (l6), die mit dem Schmelzbehälter (52) über dessen Bodenöffnung (1^2) zur Aufnahme des geschmolzenen Materials (141) aus demselben in Verbindung steht und deren Boden mit öffnungen (284) für das Durchfließen des geschmolzenen Materials (1^1) in Form von Schmelzströmen (14) versehen ist.

6098 18/0659