DE2626798A1

DE2626798A1 - Vorrichtung zur gleichmaessigen erhitzung von geschmolzenem glas

Info

Publication number: DE2626798A1
Application number: DE19762626798
Authority: DE
Inventors: Jun Nishidai; Hioshi Shimizu; Toru Yasuta
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1976-12-23
Also published as: BE842978A; JPS51148836A; US4049899A; FI761756A; FR2316562A1; MX142967A; DD125342A5; NO761993L; SE7606856L; NL7606397A; IT1061072B

Description

W 3661

Nippon Electric Glass Company, Limited Otsu-shi- Shiga-ken / Japan

Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung von geschmolzenem Glas

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Materials mit einem elektrischen Widerstand, der bei einer Zunahme der Temperatur des Materials abnimmt, d.h. eines Materials mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten wie geschmolzenem Glas.

Es wurde bereits vorgeschlagen. Glas in einer Vorrichtung zu schmelzen, die aus einem Behälter für das Glas wie einem geschlossenen Tank, mehreren Paaren zugehöriger Elektroden, die in dem Behälter angeordnet sind und in das geschmolzene Glas für den Durchgang eines elektrischen Stroms zwischen den Elektroden jedes Paars und durch das Material in dem Behälter eintauchen, und einer elektrischen Stromquelle besteht, die mit jedem Elektrodenpaar verbunden ist.

Infolge der Tatsache, daß der elektrische Widerstand des Glases bei einer Erhöhung seiner Temperatur abnimmt, erhöht eine konstante Spannung, die zwischen den Elektroden in solch einer Vorrichtung aufrecht erhalten wird, die Temperatur des Glases allmählich, da der elektrische Widerstand des Glases abnimmt, so daß der

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durch das Glas fließende Strom zunimmt. Dieser Nachteil beeinträchtigt die Gleichmäßigkeit der Erhitzung« Sobald die Temperatur des Glases zwischen den Elektrodenpaaren erhöht wird, wird das Glas einer weiteren und schnellen Temperaturerhöhung unterworfen, so daß keine gleichmäßige Erhitzung der gesamten Glasmasse erreicht werden kann.

Wenn dagegen eine Konstantstromquelle verwendet wird, wird der Strom, der zwischen den Elektroden fließt, selbst dann aufrecht erhalten, wenn die Temperatur des Materials ansteigt, jedoch wird die Wärme entsprechend der Verringerung des elektrischen Widerstandes verringert. Somit wird eine Erhöhung der Temperatur des Materials verhindert und in bestimmten Fällen kann die Temperatur sogar abnehmen. Es kann somit eine gleichmäßige Erhitzung erreicht werden.

Allgemein sind jedoch elektrische Leistungsquellen Konstantspannungsquellen und daher müssen bestimmte Messungen durchgeführt werden, um solch eine elektrische Leistungsquelle als Konstantstromquelle zu verwenden.

Nach einem bekannten Verfahren wurde dies dadurch erreicht, daß eine große Impedanz zwischen die Konstantspann ungsquelle und die Last, d.h. die Elektrodenpaare, geschaltet wird, um die Widerstandsänderungen infolge der Erhöhung der Temperatur des Materials weniger wirksam zu machen und somit im wesentlichen Stromänderungen infolge Änderungen des elektrischen Widerstandes zu verhindern. Dies erfordert eine große Leistungsquelle, da die Leistung weitgehend von der Impedanz verbraucht wird. Dies ist im Hinblick auf den Leistungsverlust sehr unwirtschaftlich. Nach einem anderen Vorschlag wird ein Element zur Steuerung der elektrischen Leistung in Reihe zu der Last geschaltet, um den Strom durch Steuerung des Elements konstant zu halten. Dies erfordert eine komplizierte und daher teuere Steuerschaltung.

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In der Japanischen Patentanmeldung 13 317/67 ist eine diese Nachteile beseitigende Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung eines Materials mit einem elektrischen Widerstand/ der bei einer Temperaturerhöhung des Materials abnimmt, beschrieben, bei der ein Transformator zwischen der elektrischen Leistungsquelle und jedem Paar zugehöriger Elektroden angeordnet ist, die Primärwicklungen jedes Transformators zwischen die Leistungsquelle und jedes Elektrodenpaar geschaltet sind, und die Sekundärwicklungen der Transformatoren in Reihe geschaltet sind. Bei einer solchen Vorrichtung wird, selbst wenn die Temperatur des Materials zwischen den Elektroden erhöht wird und eine Zunahme des Stromflusses durch das Materials zwischen den Elektroden verursacht wird, der Primärstrom zu den Elektrodenpaaren verringert, da die Sekundärwicklungen aller Transformatoren in Reihe geschaltet sind und einen geschlossenen Kreis bilden, so daß die Sekundärströme aller Transformatoren gleich sind. Die Ströme, die durch alle Elektrodenpaare fließen, werden somit gleich gemacht, so daß eine gleichmäßige Erhitzung der gesamten Masse des Materials erreicht wird.

Obwohl diese Vorrichtung die großen Leistungsverluste bzw. die komplizierten Steuerungen der zuerst beschriebenen Verfahren beseitigt, hat sie den Nachteil doppelt so viele Transformatoren wie Elektrodenpaare zu benötigen, was die Vorrichtung großvolumig macht. Da außerdem der Stromausgleich das Stromungleichgewicht beseitigen muß, das durch örtliche Temperaturerhöhungen hervorgerufen wird, muß die gesamte Spannungskapazität erhöht werden, um eine vollständige (100 %) Korrektur zu erhalten. Weiterhin korrigieren die Transformatoren, die mit den jeweiligen Elektrodenpaaren verbunden sind, nur Stromungleichgewichte und daher ist ein weiterer Transformator erforderlich, der als Stromquelle zwischen der elektrischen Leistungsquelle und den das Stromungleichgewicht korrigierenden Transformatoren dient.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirksame und relativ einfache Vorrichtung zur zuverlässigen und gleichmäßigen Erhitzung eines Materials mit einem elektrischen Widerstand zu schaffen, der hei einer Erhöhung der Temperatur des Materials abnimmt. Die Vorrichtung soll einen kompakten Aufbau haben und sich aus Einheiten mit einer beliebigen Anzahl von Heizelektrodenpaaren zusammensetzen lassen.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung eines Materials mit einem elektrischen Widerstand, der bei einer Temperaturerhöhung des Materials abnimmt, bestehend aus einem Behälter für das Material, mehreren Elektrodenpaaren, die in dem Behälter für den Durchgang eines elektrischen Stroms zwischen den Elektroden jedes Paares und durch das Material in dem Behälter angeordnet sind, und einer elektrischen Stromquelle, die mit jedem Elektrodenpaar verbunden ist, gemäß der Erfindung dadurch, daß die Stromquelle mehrere gleiche Transformatoren mit je einer Primär- und einer Sekundärwicklung und eine.elektrische Leistungsquelle umfaßt, wobei die Primärwicklungen in Reihe an die elektrische Leistungsquelle angeschlossen sind und jede Sekundärwicklung mit einem zugehörigen Elektrodenpaar verbunden ist, so daß die Transformatoren den elektrischen Strom, der an die Elektrodenpaare abgegeben wird, zuführen und steuern, um den Strom unabhängig von den elektrischen Widerstandsänderungen in dem Material zwischen den Elektroden auszugleichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der anliegenden Zeichnung beschrieben, die ein elektrisches Schaltbild einer Ausfuhrungsform der Erfindung zeigt.

Der elektrische Heizofen 1 enthält ein Material mit einem elektrischen Widerstand, der bei einer Zunahme der Temperatur des Materials abnimmt, d.h., ein Material

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mit einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten wie geschmolzenes Glas. Vier Paar zugehörige Heizelektroden 2, 3 sind in dem Behälter 1 für den Durchaang eines elektrischen Stroms zwischen den Elektroden jedes Paares und durch das Material in dem Ofen angeordnet. Wie gezeigt ist, sind die Elektrodenpaare längs der Seitenwände des Ofens, die aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, in Abständen angeordnet.

Die Sekundärwicklungen 6 von vier Transformatoren mit Kernen 4 sind durch Sekundärkreis-Leitungen 7 und 8 mit den jeweiligen Elektroden 2 und 3 der Elektrodenpaare verbunden. Der Sekundärkreis eines jeden Transformators besteht somit aus der Wicklung 6, den elektrischen Leitungen 7 und 8, den Elektroden 2 und 3 der zugehörigen Elektrodenpaare und dem Materials, d.h. dem geschmolzenen Glas zwischen den Elektrodenpaaren, und bildet somit einen unabhängigen geschlossenen Kreis.

Die Primärwicklungen 5 aller Transformatoren sind miteinander in Reihe an eine Wechselspannungsquelle 10 durch eine gemeinsame Primärkreis-Leitung 9 angeschlossen.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind ein Spannungsregler 11 und ein Spannungs- und Stromdetektor 12 in Reihe zwischen die Primärwicklungen 5 und die Spannungsquelle 10 geschaltet, so daß die Spannungsquelle nicht direkt mit den Primärwicklungen verbunden ist. Der Detektor 12 erfaßt und kontrolliert den Momentanstrom und die Momentanleistung, die den Elektroden zugeführt werden. Der Spannungsregler wird von einem Steuerelement 14 so gesteuert, daß die von dem Detektor 12 kontrollierte Leistung gleich einem Wert gehalten werden kann, der von einem Leistungswähler 13 zur wahlweisen

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Einstellung einer Leistung für eine gewünschte Erwärmung voreingestellt wird. Auf diese Weise wird die Temperatur des gesamten Materials, d.h. der Masse geschmolzenen Glases in dem Behälter 1 auf einer gewünschten und gleichmäßigen Temperatur gehalten. Da das Material in dem Behälter von dem Strom erhitzt wird, der durch den Transformator-Sekundärkreis fließt, haben die Sekundäreströme aller Transformatoren einen gemeinsamen Wert, wobei der Strom, der zwischen den Elektrodenpaaren 2, 3 fließt, gleich und die Erhitzung des gesamten Materials in dem Behälter gleichmäßig ist. Alle Transformatoren sind gleich, die Sekundärströme haben alle den gleichen Wert, da die Primärwicklungen der Transformatoren in Reihe geschaltet sind und es fließen die gleichen Primärströme durch sie.

Wenn das Materials teilweise oder stellenweise einer Temperaturänderung unterworfen wird, wird das örtliche Temperaturungleichgewicht beseitigt, da die Sekundärströme aller Transformatoren stets einander gleichgehalten werden. Wenn die Temperatur des Materials stellenweise erhöht wird, wird der elektrische Widerstand dieses Materials teils entsprechend verringert, so daß die Impedanz des Sekundärkreises, der durch diesen Teil verläuft, verringert wird und der Stromfluß erhöht werden würde. Da jedoch, wie zuvor beschrieben wurde, alle Primärwicklungen 5 in Reihe geschaltet und mit einer Konstantspannungsquelle verbunden sind, haben die Primärströme aller Transformatoren den gleichen Wert. Die Stromgröße ist das Verhältnis zwischen der konstanten Spannung der Spannungsquelle und den gesamten primären Eingangsimpedanzen der jeweiligen Transformatoren. Wenn daher die Sekundärimpedanz eines dex Transformatoren verringert wird, wie zuvor beschrieben wurde, wird auch die Primärimpedanz dieses einen Transformators verringert. Daher werden die Primärströme aller Transformatoren erhöht, so daß die Sekundärströme

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aller Transformatoren erhöht werden. Die Ströme, die zwischen den jeweiligen Elektrodenpaaren fließen, werden daher gleichgehalten. Wenn das Material daher eine Stelle hat, an der die Temperatur angestiegen ist und der elektrische Widerstand entsprechend abgenommen hat, nimmt die verbrauchte Leistung an den anderen Teilen zu. Daher wird der normale Zustand, d.h. die gleichmäßige Erhitzung, wieder hergestellt.

Die Änderung der primären Eingangsimpedanz eines Transformators infolge der Änderung des elektrischen Widerstandes eines Teils des Materials, dessen Temperatur sich ändert, ist so klein im Vergleich zu den gesamten primären Eingangsimpedanzen aller Transformatoren, daß die tatsächlichen Stromänderungen sehr klein sind. Wenn daher solche örtliche Temperaturerhöhungen auftreten, wird die gesamte, dem Ofen 1 von der Spannungsquelle zugeführte Leistung nahezu konstant gehalten. Die Gesamtleistung bzw. der Gesamtstrom, der dem Ofen zugeführt wird, wird dadurch absolut konstant gehalten, daß die momentane Leistungszufuhr durch den Detektor 12 kontrolliert und mit dem durch den Leistungswähler 13 an der Eingangssteuerung 14 voreingestellten Wert verglichen wird. Die Eingangssteuerung 14 steuert den Spannungsregeler 11, so daß die Leistungszufuhr zu dem Ofen konstant gehalten wird.

Da jedes Elektrodenpaar 2, 3 mit einem Transformator verbunden ist und die Transformatoren nur durch die Reihenschaltung ihrer Primärwicklungen verbunden sind, können jeder Transformator und das zugehörige Elektrodenpaar zu einer Einheit zusammengebaut werden. Eine beliebige Anzahl solcher Einheiten kann dann leicht entsprechend der Kapazität des Ofens zusammengebaut werden.

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Claims

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Ansprüche

j Vorrichtung zur gleichmäßigen Erhitzung eines Materials mit einem elektrischen Widerstand, der bei einer Temperaturerhöhung des Materials abnimmt, bestehend aus einem Behälter für das Material, mehreren Elektrodenpaaren, die in dem Behälter für den Durchgang eines elektrischen Stroms zwischen den Elektroden jedes Paares und durch das Material in dem Behälter angeordnet sind, und einer elektrischen Stromquelle, die mit jedem Elektrodenpaar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle mehrere gleiche Transformatoren mit je einer Primär- und einer Sekundärwicklung und eine elektrische Leistungsquelle umfaßt, wobei die Primärwicklungen in Reihe an die elektrische Leistungsquelle angeschlossen sind und jede Sekundärwicklung mit einem zugehörigen Elektrodenpaar verbunden ist, so daß die Transformatoren den elektrischen Strom, der an die Elektrodenpaare abgegeben wird, zuführen und steuern, um den Strom unabhängig von den elektrischen Widerstandsänderungen in dem Material zwischen den Elektroden auszugleichen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichndet durch einen Spannungsregler und einen Spannungs- und Stromdetektor, die in Reihe zwischen die Primärwicklungen und die elektrische Leistungsquelle geschaltet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Leistungswähler, der zwischen die Primärwicklung und die elektrische Leistungsquelle geschaltet ist.

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