DE2655142C3 - Keramikelektrode für Glasschmelzöfen - Google Patents
Keramikelektrode für GlasschmelzöfenInfo
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Description
2.
Keramikelektrode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ansehlußorgan (3) in Silber ausgeführt ist.
3. Keramikelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (2) im
Elektrodenkörper (1) und das Ansehlußorgan (3) einander entsprechend konisch ausgebildet sind.
4. Keramikelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektrodenkörper (1) und der Stöpsel (6) in Zinnoxid ausgeführt sind.
5. Keramikelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektrodenkörper (1) in Zinnoxid und der Stöpsel (6) in Zirkon oder Mullit ausgeführt sind.
6. Keramikelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansehlußorgan (3) und der Stöpsel (6) nach hinten
aus dem Elektrodenkörper (1) herausragen.
7. Keramikelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wandung der Bohrung (2) im Elektrodenkörper (1) einen vor dem Einsetzen des Anschlußorgans
(3) aufgetragenen Silberbelag aufweist.
8. Keramikelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußorgan (3) an
seinem aus dem Elektrodenkörper (1) herausragenden Ende mit einer Klemmschelle (7) an eine
elektrische Zuleitung (10) angeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft eine Keramikelektrode für Glasschmelzöfen, bestehend aus einem langgestreckten Elektrodenkörper aus keramischem Material und
einem langgestreckten, hohlen Ansehlußorgan aus elektrisch leitendem Material, wobei der Elektrodenkörper eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung
aufweist und das Ansehlußorgan in die Bohrung im Elektrodenkörper einsetzbar ist.
Bei der bekannten Keramikelektrode für Glasschmelzöfen, von der die Erfindung ausgeht (vgl. die
US-PS 3813468) ist das langgestreckte, hohle Ansehlußorgan aus Kupfer hergestellt und weist in
Längsrichtung verlaufende Dehnungsschlitze auf. In
das Anschlußorgan eingesetzt ist ein Dehnungsorgan
aus elektrisch leitendem Material, Das Dehnungsorgan ist an seinem rückwärtigen Ende mit einem Gewinde versehen, auf das eine am rückwärtigen Ende
des Anschlußorgans zur Anlage kommende Spannmutter aufgeschraubt ist. Auf Grund konischer AnIageflächenr zwischen dem Anschlußorgan und dem
Dehnungsorgan kann das Anschlußorgan gegen den Elektrodenkörper dadurch verspannt werden, daß das
ι ο Dehnungsorgan durch Verdrehen der Spannmvtter in
das Anschlußorgan hineingezogen wird. Die Dehnungsschlitze im Anschlußorgan dienen betriebsmäßig dazu, die Dehnung des Anschlußorgans bei Erwärmung auszugleichen.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei der zuvor beschriebenen bekannten Keramikelektrode die
Dehnungsschlitze für den angestrebten Ausgleich bei Erwärmung des Anschlußorgans nicht ausreichen, daß
nämlich auf Grund der stark unterschiedlichen Wär-
JO meausdehnungskoeffizienten zwischen dem Elektrodenkörper aus keramischem Material einerseits und
dem Anschlußorgan und dem Dehnungsorgan aus elektrisch leitendem Material andererseits so erhebliche Spannungen auftreten, daß im Extremfall der
Elektrodenkörper aus keramischem Material vollkommen zerstört werden kann.
Ausgehend von dem zuvor dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Keramikelektrode der in Rede stehenden Art an
zugeben, bei der das Auftreten von Spannungen zwi
schen dem Elektrodenkörper und dem Anschlußorgan weitestgehend vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Keramikelektrode für Glasschmelzofen, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe
r> gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußorgan in Edelmetall ausgeführt und mit Feinpassung in die Bohrung im Elektrodenkörper eingesetzt ist, daß in das Anschlußorgan ein langgestreckter
Stöpsel mit Feinpassung eingesetzt ist und daß das
■to Material des Stöpsels einen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Elektrodenkörpers im wesentlichen übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Keramikelektrode ist ein grundsätzlich
4*> anderes Konstruktionsprinzip verwirklicht als bei der bekannten Keramikelektrode, von der die Erfindung
ausgeht. Anstatt das Anschlußorgan in die Bohrung im Elektrodenkörper mit Spiel einzusetzen und anschließend mit Hilfe eines Dehnungsorgans gegenüber
■ο dem Elektrodenkörper zu verspannen, wird erfindungsgemäß das Anschlußorgan von vornherein mit
Feinpassung in die Bohrung im Elektrodenkörper eingesetzt. Der anstatt eines Dehnungsorgans in das
Anschlußorgan mit Feinpassung eingesetzte Stöpsel
Vi ist erfindungsgemäß aus einem solchen Material hergestellt, daß er bei Erwärmung genau dasselbe Verhalten zeigt wie der Elektrodenkörper. Damit können
Spannungen zwischen dem Elektrodenkörper einerseits und dem Stöpsel andererseits auf Grund unter-
M) schiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht
auftreten. Allein verbleibende Quelle für Spannungen auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten ist das Anschlußorgan selbst, das jedoch
auf Grund seiner Ausführung in Edelmetall extrem
h~> dünnwandig ausgebildet werden kann, ohne daß der
elektrische Widerstand unerträglich hoch würde. Damit aber wird das Anschlußorgan selbst hinsichtlich
des Auftretens von wärmebedingten Spannungen
praktisch irrelevant, so daß im Ergebnis das Auftreten
von Spannungen zwischen dem Elektrodenkörper und dem AnschliiUargan nahezu vollständig vermieden
wird,
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Keramikelektrode werden im folgenden nur beispielhaft erläutert.
Wegen seiner besonders guten Leitfähigkeit ist es vorteilhaft, als Edelmetall für das Anschlußorgan Silber
zu verwenden, das Anschlußorgan also in Silber auszuführen. Ein in Silber ausgeführtes Anschlußorgan
kann eine ganz besonders geringe Wandstärke haben, was hinsichtlich der Kosten natürlich anzustreben
ist.
Um einen besonders guten Kontakt zwischen dem Anschlußorgan und der in Längsrichtung verlaufenden
Bohrung des Elektrodenkörpers zu erhalten sind die Bohrung im Elektrodenkörper und das Anschlußorgan
zweckmäßigerweise einander entsprechend konisch ausgebildet.
Hinsichtlich der Materialauswahl für den Elektrodenkörper
und/oder den Stöpsel geilt eine weitere Lehre der Erfindung dahin, den Elektrodenkörper
und den Stöpsel in Zinnoxid auszuführen. Insbesondere zum Schmelzen von Bleiglas eignet sich Zinnoxid
besonders gut, da es nicht wie z. B. Molybdän oder Graphit das Bleioxid zu Blei reduziert. Außerdem ergibt
sich bei Verwendung von Zinnoxid für den Elektrodenkörper keine merkbare Verfärbung des zu
schmelzenden bzw. geschmolzenen Glases. Im Zusammenhang mit der Verwendung von Zinnoxid als
Material für den Elektrodenkörper und den Stöpsel ist die Ausführung des Anschlußorgans in Silber besonders
vorteilhaft, da hier eine unerwünschte Oxidation und anschließende Reaktion mit dem Zinnoxid
vermieden wird. Ist der Elektrodenkörper in Zinnoxid ausgeführt, so ergibt sich im übrigen auch die Möglichkeit,
den Stöpsel in einem mit Zinnoxid verträglichen feuerfesten Material wie beispielsweise Zirkon
oder Mullit auszuführen.
Vorzugsweise ragen das Anschlußorgan und der Stöpsel nach hinten aus dem Elektrodenkörper heraus
Dadurch ist einerseits auf einfache Weise ein elektrischer Anschluß des Anschlußorgans möglich,
andererseits kann die Elektrode selbst mit ihrem hinteren Ende vollständig innerhalb der Ofenwandung
liegen, so daß die Möglichkeit einer Beschädigung der Elektrode praktisch ausgeschaltet ist. Der Anschluß
des Anschlußorgans an eine elektrische Zuleitung er· folgt hier praktischerweise über eine Klemmschelle.
Schließlich ergibt sich a. U. ein besonders geringer Übergangswiderstand zwischen dem Elektrodenkörper
und dem Anschlußorgpn, wenn die Wandung der Bohrung im Elektrodenkörper einen vor dem Einsetzen
des Anschlußorgans aufgetragenen Silberbelag aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgeschnitten, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Keramikelektrode,
Fig. 2 im Längsschnitt die Keramikelektrode gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 einen Schnitt durch den Gegenstand nach Fig. 2 entlang der Linie 3-3.
In Fig. 1 ist eine Keramikelektrode für Glasschmelzofen
gezeigt, die zunächst einen langgestreckten Elektrodenkörper 1 aus keramischem Material
mit einer in Längsrichtung verlaufenden Bohrung 2 aufweist, In die Bohrung 2 im Elektrodenkörper 1 ist
ein hohles Anschlußorgan 3 aus elektrisch leitendem Material einsetzbar,
Erfindungsgemäß ist das Anschlußorgan 3 in Edelmetall,
nämlich in Silber ausgeführt und mit Feinpassung in die Bohrung 2 im Elektrodenkörper 1 eingesetzt,
Das Anschlußorgan 3 wird praktisch von einer zylindrischen Hülse 4 aus Silber gebildet, die einen
Längsschlitz S aufweist. Seinerseits mit Feinpassung in das Anschlußorgan 3 eingesetzt ist ein langgestreckter
Stöpsel 6. Das Material des Stöpsels 6 weist erfindungsgemäß einen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Materials des Elektrodenkörpers 1 im wesentlichen übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf. Als Material für den Elektrodenkörper 1 bietet sich Zinnoxid an, als Material
für den Stöpsel 6 Zinnoxid, Zirkon oder Mullit.
>o Wie aus den Fig. 1 und 2 deutlich wird, ragen das
Anschlußorgan 3 und der Stöpsel 6 nach hinten aus dem Elektrodenkörper 1 heraus. D-iiiei ist das Anschlußorgan
3 mit einer Klemmschelle 7 zum Anschluß an eine elektrische Zuleitung 10 versehen.
Der Elektrodenkörper 1 mit dem Anschlußorgan 3 und dem Stöpsel 6 ist in eine entsprechende Einsatzöffnung
8 in einer Ofenwandung 9 eingesetzt, und zwar so, daß das hintere Ende 11 des Elektrodenkörpers
1 sich vollständig innerhalb der Ofenwandung 9 befindet. Damit sind Beschädigungen des Elektrodenkörpers
1 praktisch ausgeschlossen.
Um die Leistungsmerkmale einer erfindungsgemäßen Keramikelektrode zu prüfen, wurde ein Elektrodenkörper
1 aus Zinnoxid mit einem Durchmesser von 70 mm und 350 mm Länge axial von einem Ende
her bis zu einer Tiefe von 115 mm unter Verwendung eines Kernbohrers mit einem Außendurchmesser von
38,6 mm aufgebohrt. Anschließend wurde die Wandung der Bohrung 2 mit einer Siibersuspension bestrichen
und der Elektrodenkörper 1 anschließend bei 600° C gebrannt, um eine festhaftende Silberschicht
auszubilden. Aus einem Silberblech mit einem Reinheitsgrad von 99,9% und einer Dicke von 0,4 mm
wurde eine zylindrische Hülse 4 von 38 mm Durchmesser und 150 mm Länge hergestellt. Die zylindrische
Hülse 4 wurde in die Bohrung 2 im Elektrodenkörper 1 eingeschoben. Ein Stöpsel 6 aus Zinnoxid
mit einem Durchmesser von 37,7 mm und 150 mm Länge wurde dann in die zylindrische Hülse 4 einge-
v) drückt. Durch das feste Eindrücken des mit Feinpassung
in die zylindrische Hülse 4 hineinpassenden Stöpsels 6 wurde dir zylindrische Hülse 4 fest gegen
die versilberte Wandung der Bohrung 2 im Elektrodenkörper 1 gepreßt. Der elektrische Anschluß an die
Hülse ί wurde durch zwei halbkreisförmige Klemmschellen
7 erzielt, welche nach dem Zusammenschrauben allseits fest an der Hülse 4 antagen und
diese gleichzeitig fest auf den innenliegenden Stöpsel 6 preßten, so daß ein einwandfreier elektrischer
bo Kontakt erzielt v/urde.
Um den Einsatz in einem Glasschmelzofen zu simulieren, wurde an das andere Ende des Elektrodenkörpers
1 eine elektrische Leitung angeschlossen um den Stromkreis zu schließen, welcher in der Praxis
b5 durch die Glasschmelze geschlossen wird. Zu diesem
Zweck wurde der Elektrodenkörper 1 außen versilbert und mit halbkreisförmigen klemmschellen bestückt,
an welche die elektrische Leitung direkt ange-
schlossen wurde.
Das Anschlußorgan 3 (Hülse 4) wurde dadurch getestet, daß die gesamte Keramikelektrode in einen
Ofen eingesetzt wurde, der dazu diente, die Temperatur der gesamten Keramikelektrode zu erhöhen und
so Betriebsbedingungen zu simulieren. Drei Thermoelemente T1, T2, T3 zeichneten die tatsächlich erreichten Temperaturen auf. Der Test erstreckte sich
über eine Zeitspanne von 698 Stunden (29 Tage), wobei folgende Temperaturen aufgezeichnet wurden:
Bereich
8650C
8O5°C
6700C
800-920° C 750-830° C
580-725° C.
Innerhalb der gesamten Testzeit von 698 h wurde durch die Keramikelektrode über das Anschlußorgan 3 Strom während 111h in 21 getrennten Zeitspannen von jeweils annähernd 5 h hindurchgeleitet.
Der Durchschnittsstrom betrug während dieser Zeit 130 A, d. h. viel mehr, als für eine Keramikelektrode
mit diesem Durchmesser in Glasschmelzöfen üblich ist. Der Strom wurde jeweils zu Beginn einer jeden
der 21 Perioden eingeschaltet, so daß die volle Stromstärke praktisch sofort wiiksam war, und nicht allmählich, wie dies im praktischen Betrieb der Fall ist.
Auf diese Weise wurden Elektrodenkörper 1 und Anschlußorgan 3 Bedingungen unterworfen, welche den
härtesten Betriebsbedingungen in der Praxis entsprechen.
Unter diesen Bedingungen wurde der Strom einwandfrei durch die Keramikelektrode hindurchgeleitet, d. h. es wurde keine Schwankung in der angelegten
Spannung oder Stromstärke aufgezeichnet. Das be-
weist, daß während des gesamten Tests ein einwandfreier elektrischer Kontakt vorhanden war. Nach Abkühlung der gesamten Anlage auf Raumtemperatur
wurde sie erneut auf Testtemperatur erhitzt und der Strom erneut eingeschaltet. Auch hier blieb die Lei-
stung voll zufriedenstellend.
Wie zu erwarten war, wurde beim Durchgang des Stromes durch die Keramikelektrode eine Leistung
von annähernd H)OW verbraucht. Dies reichte aus. um 7", um etwa 50° C zu erhöhen und außerdem die
1^ Temperatur des Anschlußorgans 3 (T1 bzw. T}) um
30° C. Dieser Temperaturanstieg erfolgte innerhalb
weniger Minuten nach Eischalten des Stroms und es
ergaben sich keinerlei nachteilige Wirkungen.
schnitten, und zwar in der vom Anschlußorgan 3 eingenommenen Fläche, wobei nur geringe Veränderungen im Zustand der Hülse 4 und des Zinnoxides des
Elektrodenkörpers !festgestellt werden konnten. Die einzig bemerkenswerte Beobachtung war die, daß die
Hülse 4 mit dem Zinnoxid des Elektrodenkörpers 1 am heißeren Ende eine schwache Bindung gebildel
hatte. Dies ist jedoch als günstiger Faktor anzusehen, da dadurch die Wirksamkeit des elektrischen Kontaktes verbessert wird. Es ergaben sich keinerlei Anzei-
in chen einer chemischen Reaktion noch irgendwelche
Anzeichen einer physikalischen Beschädigung.
Claims (1)
1. Keramikelektrode für Glasschmelzöfen, bestehend aus einem langgestreckten EJektrodenkörperaus keramischem Material und einem langgestreckten, hohlen Anschlußorgan aus elektrisch
leitendem Material, wobei der Elektrodenkörper eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung aufweist und das Ansehlußorgan in die Bohrung in
den Elektrodenkörper einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansehlußorgan (3) in
Edelmetall ausgeführt und mit Feinpassung in die Bohrung (2) im Elektrodenkörper (1) eingesetzt
ist, daß in das Anschlußorgan (3) ein langgestreckter Stöpsel (6) mit Feinpassung eingesetzt
ist und daß das Material des Stöpsels (6) einen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Materials des Elektrodenkörpers im wesentlichen übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
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