DE3320547A1

DE3320547A1 - Vorrichtung zum erhitzen von geschmolzenem glas

Info

Publication number: DE3320547A1
Application number: DE3320547A
Authority: DE
Inventors: Marvin Lee Elmore Ohio Barkhau; Philip Donald Toledo Ohio Perry; Roland Francis Manteca Calif. Pimm
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-02-02
Also published as: US4389725A

Description

BESCHREIBUNG:

Zum Konditionieren und Steuern der Temperatur von geschmolzenem Glas, das durch einen Vorherd fließt, weist der Vorherd üblicherweise eine Reihe von Gasbrennern auf, die über dem Niveau des Glases an ,jeder Seite angeordnet sind. Die Flammen der Brenner sind unmittelbar über die Glasoberfläche gerichtet, um auf diese Weise den Wärmeverlust des Glases gegenüber der Umgebung des Vorherdes und der Atmosphäre zu steuern.
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Ss ist von Bedeutung, daß die Glastemperatur und Glasviskosität beim AustAen des Glases aus dem Vorherd genau gesteuert wird. Die Abgabe des geschmolzenen Glases aus dem Vorherd erfolgt in Form eines Stromes, der in einzelne Glasposten zur Behälterglasfertigung aufgeteilt wird. Beim Schmelzen und Zuführen von farbigem Glas ist es viel schwieriger,die Temperatur zu steuern, da die über die Oberfläche des Glases geführte Flamme durch Strahlung und Konduktion nicht so schnell das Glas durchdringt^ wie dies bei klarem oder Flintglas der Fall ist.

Das in den Vorherd eindringende Glas wird von einer Läutereinrichtung zugeführt, an der die Austrittstemperatur des Glases normalerweise gesteuert wird, so daß man die Temperatur des Glases im Bereich der Ausflußöffnung des Vorherdes vorhersagen kann. Bei standardmäßig ausgebildeten, gasbeheizten Vorherden ist das entlang der Seiten des Kanales geführte Glas kalter als das in der Mitte des Kanales geführte Glas. Bei farbigem Glas führt dies normalerweise zu einer Seitentemperatur, die um 22-33°C kälter ist als die Temperatur in der Mitte der Leitung. In einigen Fällen betragt diese Temperaturdifferenz sogar 49⁰C. Dieses Temperaturungleichgewicht hat

beträchtliche Auswirkungen auf die Glasverteilung in den aus dem Glas gefertigten Behältern. Da die Produktionsgeschwindigkeiten erhöht und die Gewichte der Glasbehälter erniedrigt werden, wird die Größe des Temperaturgradienten, der toleriert werden kann, kritisch.

Normalerweise finden an der Austrittsöffnung der Läutereinrichtung oder der Eintrittsöffnung des Vorherdes Thermoelemente oder andere Temperaturmeßvorrichtungen Verwendung, die in das Glas eingetaucht sind. Darüber hinaus sind bereits Thermoelemente an verschiedenen Punkten über die Länge des Vorherdes angeordnet worden. Derjenige Abschnitt des Vorherdes, der der Ausflußöffnung oder der Speisevorrichtung unmittelbar benachbart ist, wird als "KonditionieraDschnitt" des Vorherdes bezeichnet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf diesen Abschnitt des Vorherdes.

Das elektrische Beheizen von Glasvorherden ist nicht neu und beispielsweise bereits in der US-PS 4 227 909 beschrieben. In dieser Veröffentlichung ist eine Anordnung offenbart, mit der der Kanal des Vorherdes durch Stromwärme erhitzt werden kann, indem an gegenüberliegenden Seiten des Vorherdes Elektroden unterschiedlicher Polarität angeordnet sind. In dieser Veröffentlichung ist ferner eine Anordnung beschrieben, mit der alle Elektroden im Vorherd auf dem gleichen elektrischen Potential relativ zu einer in die Glasschmelze einget-iuchten Gegenelektrode gehalten werden.

In der US-PS 4 247 733 ist ein elektrisch beheizter Glasvorherd beschrieben, bei dem sich die Elektroden y, übet- die gesamte Breite des Vorherdes erstrecken, wobei benachbarte Elektroden eine unterschiedliche Polarität besitzen, um dadurch eine Erhitzung mittels

Stromwärme zu erreichen. Diese Elektroden teilen den Vorherd in eine Vielzahl von Einzelbereichen auf, die getrennt gesteuert v/erden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum elektrischen Erhitzen von Glas entlang den Seitenwand en eines Vorherdes ausschließlich an dessen vorderem Ende bzw. Konditionierabschnitt. Es versteht sich, daß dem Vorherd in üblicher Weise durch Gasverbrennung weitere Wärmenergie zugeführt wird, so daß sich die Erfindung mit einer Temperaturerhöhung am vorderen Ende des Vorherdes durch elektrisch erzeugte Wärmeenergie befaßt. Erfindungsgemäß wird ein System zur Verfügung gestellt, bei dem ein von der Bedienungsperson ausgewählter Sollstrom den im Konditionierabschnitt angeordneten Elektroden zugeführt werden kann. Diese Elektroden und die entsprechende Einstellung bewirken, daß die Seiten des Vorherdes ein bestimmtes lilaß einer Temperaturerhöhung erfahren. Drei eben en-Thermoelemente bzw. entlang der Mittellinie des Vorherdes benachbart zur Ausflußöffnung in drei Ebenen angeordnete 'Thermoelemente überwachen die Glastemperatur in diesen drei Ebenen. Ein zweiter Temperaturfühler, der benachbart zur Seitenwand des Vorherdes angeordnet ist, führt einer Überholschaltung, die einen einstellbaren Temperaturindikator, der Digitalform aufweisen kann, besitzt, ein Signal zu. Die Bedienungsperson kann die. gewünschte Temperatur einstellen, und die Überholschaltung führt dem System in Abhängigkeit von der Seitenwandtemperatur zusätzlichen Strom zu, um die Seitenwandtemperatur auf die Solltemperatur zu bringen. Auf diese Weise kann die Seitentemperatur in Übereinstimmung mit der Temperatur der Mittellinie gebracht werden, so daß auf diese optimale Bedin- gvmgen zur Herstellung von Glasbehältern gegeben sind.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführuncs- beispielsix einzelnen erläutert. Sämtliche beschriebenen und gezeigten Teile können dabei von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf den Konditionierabschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Vorherdes, wobei die elektrische Schaltung sowie die entsprechende Steuerung in schematischer Weise darge

stellt sind;

Figur 2 einen Schnitt entlang Linie 2-2 in Figur 1; und

Figur 3 einen Schnitt entlang Linie 3-3 in Figur 1.

In Figur 1 ist der Konditionierabschnitt eines Vorherdes 10 dargestellt. Dieser Abschnitt des Vorherdes, der im Querschnitt in Figur 3 dargestellt ist, umfaßt einen aus keramischem Material hergestellten Kanal 11. Der Kanal 11 besitzt etwa parallele Seitenwände, die sich von der Läutervorrichtung bis zu einem Punkt 12 erstrecken, von dem an die Seitenwände zusammenlaufen.

Am vordersten Ende des Kanales 11, an dem die En ti err; .^inzwischen den Seitenwänden am geringsten ist, ist eine Ausflußöffnung oder Speisevorrichtung 13 angeordnet. Die Speisevorrichtung 13 besitzt die l-orra eines halbkreisförmigen Ketallelementes 14, das mit hit'zebeständigen Schamottsteinen 1ό ausgekleidet ist. Die Speisevorrichtung weist an ihrer Unterseite eine Kreisförmige Öffnung 16 auf. Diese Öffnung wird durcr eiri Keramikelement b verschlossen, das nach unten zusammenlaufende Strömungskanale aufweist, um einen oder mehrere Glasströme zu DiIden, die m einen oder mehrere getrennte Glasposten aufgetrennt werden können.

BAD ORIGINAL

Das die Öffnung 16 verschließende Element c ist herkömmlich ausgebildet, so daß daher keine genaue Beschreibung erforderlich ist. Es genügt zu sagen, daß dieses Element, in einer Öffnungspfanne gelagert ist, die normalerweise an der Speiseschale angelenkt ist, so daß es aufwärts an die Stelle der Öffnung oder von dieser weg bewegt werden kann.

Konzentrisch über der Öffnung 16 ist ein zylindrisches Rohr 17 angeordnet,.das als Speiserohr bezeichnet wird, Dieses Element wird um seine Vertikalachse gedreht und dient dazu, das Glas um seine Außenseite umzuwälzen und dadurch die Temperatur des Glases in der Speisevorrichtung auszugleichen. Das untere Ende des Rohres 17 ist relativ zu dem oberen Rand der Öffnung 16 derart angeordnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Glases vom Vorherd durch die Öffnung 16 gesteuert werden kann. Bei einem Vorherd, bei dem Glasposten zur Zuführung zu PiaschenherStellmaschinen gebildet werden, ist ein Vertikalkolben im Rohr 17 angeordnet, der in Vertikalrichtung hin- und herbewegt wird, um das Glas in einem oder mehreren Strömen abzugeben. Durch ein Anheben des Kolbens wird der Glasfluß unterbrochen, und das abgegebene Glas in einzelne Posten durchtrennt. Dieser Zyklus wird wiederholt, so daß die einzelnen Posten von der Speisevorrichtung 13 abgegeben und durch Schwerkraftwirkung der Formmaschine zugeführt werden.

Wie in Figur 2 gezeigt, umfaßt die Speisevorrichtung 13 einen oder mehrere Gasbrenner 16, die um den Umfang der Speisevorrichtung herum angeordnet sind, um die Oberfläche des Glases in der Speisevorrichtung auf einer beständigen Temperatur zu halten.

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Vorherd ist der Vorherdkanal 11 mit einer Deckwand 19 ver-

sehen, die aus einer Vielzahl von Schamottsteinen 20 besteht. Normalerweise ist diese Deckwand nicht unterbrochen. Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, weist sie jedoch drei Zugangslöcher 21, 22 und 23 auf. Durch jedes Loch erstreckt sich ein Temperaturfühler 24· Wie in Figur 3 dargestellt ist, sind drei Temperaturfühler vorgesehen, wobei jeder Fühler ein Lagerelement 25 umfaßt, das drei getrennte Thermoelemente 26, 27 und 2ö trägt.

Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist das obere Thermoelement mit 26, das mittlere thermoelement mit 27 und das unterste Thermoelement mit 28 bezeichnet. Jeder Temperaturfühler wird als Drei-Ebenen-Thermoelement bezeichnet. Es handelt sich hierbei um einen Temperaturfühler, der drei mit vertikalem Abstand angeordnete Thermoelemente aufweist. Naturgemäß können auch mehr Thermoelemente vorgesehen sein, falls dies gewünscht wird.,

In dem vorliegenden Fall, bei dem das im Vorherd befindliche Glas beim Eindringen in den KonditionieraDschnitt eine Tiefe von etwa 15,2 cm besitzt, können die einzelnen Thermoelemente in einem Abstand von 2,5 cm, 7,6 cm und 12,7 cm vom Boden des Kanales angeordnet sein. Die Thermoelemente sind somit alle in die Glasschmelze eingetaucht und erfühlen die tatsächliche Glastemperatur an der entsprechenden Stelle.

Wie die Erfahrung zeigt, ist es beim Betrieb eines Vorherdes wünschenswert, die von den auf .der Mittellinie angeordneten Thermoelementen erfühlten Temperaturen nach Möglichkeit auf einen gleichen Wert zu bringen. Um dies zu erreichen, muß die Temperatur des von der Läutervorrichtung abgegebenen Glases so ge-

steuert werden, daß Wärmeverluste infolge von Oberflächenstrahlung verhindert oder kompensiert werden, indem die Gasbrenner entlang den Seiten des Kanales gezündet werden, bevor das Glas zu dem Kondition!erabschnitt des Vorherdes gelangt. In einigen Fällen kann das am Boden im Bereich der Mittellinie strömende Glas zu heiß sein, was eine Kühlung des in diesem Bereich fließenden Glases erforderlich macht. Es versteht sich jedoch, daß immer dann, wenn eine Extrakühlung im Vorherd erforderlich ist, um einen Temperaturausgleich zu erzielen, Brennstoff vergeudet wird. Der Idealzustand würde darin bestehen, daß das Glas das Dreiebenen-Thermoelement in einem Zustand erreicht, in dem alle drei Thermoelemente die gleiche Idealtemperatur für die Glasschmelze anzeigen.

Wie vorstehend erwähnt, ist es bekannt, daß das Glas an den Seiten des Vorherdkanales im Konditionierabschnitt etwa 11 bis 22 C kühler ist als das im Bereich der Mittellinie befindliche Glas. Um dies zu verhindern, ist eine Vielzahl von Elektroden 29 vorgesehen, die sich durch die Seitenwand des Kanales 11 erstrecken und deren Enden um etwa 7»6 cm in die Glasschmelze eingetaucht sind. Benachbarte Elektroden besitzen eine entgegengesetzte Polarität, während gegenüberliegende Elektroden die gleiche Polarität aufweisen. Somit fließt der Hauptteil des Stromes zwischen benachbarten Elektroden, und nur ein kleinerer Teil fließt durch den Kanal. Ein Erhitzen mittels Stromwärme findet daher in erster linie entlang der Seitenwand statt, und zwar nur im Konditionierabschnitt vor der Speisevorrichtung bzw. AusflußÖffnung. Das genaue Verhältnis zwischen benachbarten Elektroden fließenden Stromes zu dem zwischen gegenüberliegenden Elektroden fließenden Strom ist von den Relativabständen abhängig.

Die Elektroden sind an einen Transformator 30 angeschlossen, der wiederum mit einer Stromregelvorrichtung 31 und dann mit einer Stromquelle in Verbindung steht. Die Stromregelvorrichtung 31 kann von der Bedienungsperson auf einen vorgewählten Wert eingestellt werden. Von dem ausgewählten Wert wird angenommen, daß damit die Seitenwandtemperatur und die Temperatur im Bereich der Mittellinie sehr nahe beieinander gehalten werden können.

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Alle Thermoelemente 26, 27 und 28 des mittleren Temperaturfühlers 24 sind über eine Leitung 32 an einen Temperaturindikator 33 angeschlossen. Die drei Thermoelemente des im Loch 23 montierten rechten Fühlers sind ebenfalls über eine Leitung 34 an den Indikator 33 angeschlossen. Bei dem Indikator 33 kann es sich um eine Mehrkanal-Temperaturmeßvorrichtung handeln, beispielsweise eine von der Pa. Doric Instrument. Company vertriebene Doric Digital Read Out Device. Mit Hilfe dieses Instrumentes können die Daten von allen Thermoelementen abgelesen und, falls gewünscht, über eine Zeitdauer aufgezeichnet werden. Die von dem Indikator 33 angezeigten Daten können die Einstellung der Regelvorrichtung 31 durch die Bedienungsperson beeinflussen und der Bedienungsperson eine Handhabe zur Hochstellung der Glastemperatur beim Eindringen in den Vorherd geben.

Das mittlere Thermoelement des im Loch 21 an der linken Seite der Figur 3 montierten Temperaturfühlers ist über eine Leitung 35 an eine Uberholschaltung 36 angeschlossen. Die Uberholschaltung 36 ist mit einer Solltemperaturskala 37 versehen, wobei die Solltemperatur durch die Bedienungsperson ausgewählt werden kann und normalerweise so ausgewählt wird, daß diese Temperatur der der Kittel-

linie des Vorherdes entspricht. Die Überholschaltung bewirkt in Abhängigkeit von Abweichungen der JJuten der Seitenwandthermoelemente eine Regelung des dem Transformator 30 zugeführten Stromes, wobei diese Regelung automatisch durchgeführt wird. Die überholschaltung regelt somit den den Elektroden zugeführten Strom so, daß die Seitenwandtemperatur des Vorherdes auf die Temperatur des Bereiches der Mittellinie oder die in die Skala 37 eingeführte Solltemperatur gebracht wird. Auf diese Weise wird ein Temperaturungleichgewicht, das beträchtliche Auswirkungen auf die Glasverteilung des zu Flaschen geformten, vom Vorherd abgegebenen Glases besitzt, vermieden, und das System bewirkt eine Temperaturerhöhung am vorderen Ende des Vorherdes, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad und einer verbesserten Produktqualitat führt.

Erfindungsgemäß wird somit eine Vorrichtung beschrieben, mit der Temperaturdifferenzen im Konditionierabschnitt unmittelbar vor der Ausflußöffnung eines Vorherdes für geschmolzenes Glas vermieden werden können. Das aus einer Läutervorrichtung abgegebene Glas passiert im Vorherd normalerweise zwei Kühlabschnitte und danach einen Konditionierabschnitt. Im Vorherd wird dem Glas über Gasbrenner, die seitlich über dem Glaspegel angeordnet sind, Wärmeenergie zugeführt. Die Flammen der Gasbrenner sind über die Oberfläche des im Vorherd befindlichen Glases gerichtet. Der Kühl-Vorgang kann mit Hilfe von Luft oder mit Hilfe von eingetauchten, wärmeabgebenden Gewichten durchgeführt werden. Typische Vorherde zum Speisen von Behälterformmaschinen enthalten Glas in einer Tiefe von ca. 15,2 cm und einer Breite von ca. 91,4 cm, wobei sich diese Breite am Pfanneneintritt bis aui ca. 55, 9 cm verengt. Durch Anordnung einer Vielzahl von, Elektroden,

die sich im Konditionierabschnitt durch die Vorherdseitenwand in das Glas hinein erstrecken, und durch Anschließen von benachbarten Elektroden an entgegengesetzte Pole einer Stromquelle kann das im Vorherd benachbart zu dessen Seitenwänden angeordnete Glas mittels Stromwärme örtlich erhitzt werden.

Das von einer Läutervorrichtung zugeführte Glas wird so behandelt, daß dessen Temperatur entlang der Mitte des Glasstromes unmittelbar vor dessen Eintritt in die Speisevorrichtung an der Oberfläche, am Boden und zwischen diesen beiden Punkten gleich ist. Em Dreiebenen-Thermoelement befindet sich etwa in einem Abstand von 22,b cm von der Speisevorrichtung an der Mittellinie des Glasstromes und dient zur Überwachung dieser Temperaturen. Das Thermoelement unterstützt ferner die Bedienungsperson beim Steuern der tatsächlichen Glastemperatur. An gegenüberliegenden Seiten des Vorherdes, etwa in einem Abstand von 20,3 cm von der Mittellinie, sind ebenfalls Dreiebenen -Thermoelemente angeordnet. Dabei sind die jeweiligen drei Elemente in den gleichen Höhen bzw. Tiefen angeordnet wie die Elemente an der Mittellinie. Das Ausgangssignal des mittleren Thermoelementes an der rechten Seite wird als Steuertemperatur für eine Temperaturüberholschaltung verwendet, die an die Elektroden angeschlossen ist. Diese Überholschaltung besitzt einen Solltemperaturindikator, dessen Sollwert von der Bedienungsperson eingestellt und mit dem Ausgangssignal der mittelren Seitenelektrode verglichen wird. Die Solltemperatur wird dabei von der Bedienungsperson üblicherweise so eingestellt, daß sie der Temperatur entspricht, die relativ zu den Temperaturindikatoren der Mittellinie wünschenswert ist. Idealerweise stimmen alle diese Temperaturen überein, und

das Glas erhält eine Temperatur, bei der optimale Verarbeitungseigenschaften des Glases erreicht werden.

Claims

3 3 2 ΰ 5 4 UW.-Isi:. H. IVlEdKNjSANk-(V)W)* IIAICK. SCHMITZ, GRAALFS. WEIINERT, DÖRING HAMBURG MÜNCHEN DÜSSELDORF M-5953 München, den 7. Juni 1983 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Glas, das durch den Konditionierabschnitt eines Vorherdes fließt, gekennzeichnet durch:

eine Vielzahl von. Elektrodenpaaren (29), die sich durch die Seitenwände des Vorherdes (10) erstrecken und deren Enden benachbart zu den Seitenwänden angeordnet sind;

TO eine an die Elektrodenpaare (29) angeschlossene Schaltung (30-37), mittels der das zu den Seitenwänden des Vorherdes (10) benachbarte Glas durch Stromwärme erhitzbar ist;

eine elektrische Stromquelle, die an die Schaltung (30-37) angeschlossen ist;

einen ersten Temperaturfühler (24), der im Konditionerabschnitt (11 ) des Vorherdes an dessen Mittellinie benachbart zu dessen Ende angeordnet ist und ein in das Glas eingetauchtes Thermoelement (26, 27, 26) umfaßt;

einen zweiten Temperaturfühler (24), der sich in Ausrichtung zu dem ersten Temperaturfühler in den Vorherd benachbart zu dessen Seitenwand erstreckt;

eine in der Schaltung enthaltene Stromregelvorrichtung (31);
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eine an die Schaltung angeschlossene einstellbare Temperaturüberholschaltung (36, 37); und

Einrichtungen (35) zum Anschließen des zweiten Temperaturfühlers (24) an die Überholschaltung (36, 37), so daß der den Elektroden zugeführte Strom so eingestellt werden kann, daß die Seitenwandtemperatur auf die ausgewählte Solltemperatur der Überholschaltung gebracht werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Temperaturfühler (24) um ein Thermoelement (26, 27, 28) mit drei Ebenen handelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Thermoelement ein erstes, benachbart zu der Glasoberfläche angeordnetes, jedoch in das Glas eingetauchtes Thermoelement (26) und zwei andere Thermoelemente (27,.28) umfaßt, die tiefer im Glas angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Temperaturfühler (24) um ein Thermoelement (27) handelt, das etwa bis in die mittlere Tiefe des Glases eingetaucht ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Temperaturfühler (24) um ein Thermoelement (26, 27, 26) mit drei Ebenen handelt, dessen mittleres Thermoelement (27) an die Überholschaltung (36, 37) angeschlossen ist.

Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren einen Temperaturindikator (33) und Einrichtungen (32) zum Anschließen aller Thermoelemente (26, 27, 28) an den Indikator umfaßt, so daß die Temperatur in den drei Ebenen ablesbar ist.