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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen von
Glasplatten in einem mit Rollen versehenen Temperofen, wobei in
diesem Verfahren die Glasplatten auf einem Rollenförderer durch den
Temperofen geführt
und dabei von oben und unten her erwärmt werden und wobei die Glasplatten
in einer hin- und hergehenden Weise auf den Rollen oszillierend
bewegt und die Rollen in der Anfangsphase des Erwärmungszeitraums
gekühlt
werden.
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Die
Erfindung betrifft zudem einen mit Rollen versehenen Temperofen,
der die folgenden Bestandteile umfasst: Mittel zum Erwärmen der
Glassplatten von oben und von unten, horizontale Rollen innerhalb des
Temperofens, die eine horizontale Glasplatte stützen und für diese einen Förderer bilden,
wobei die Rollen so ausgelegt sind, dass sie die Glassplatte während des
Erwärmens
in einer hin- und hergehenden Weise oszillierend bewegen, sowie
Mittel zum Kühlen
der Rollen in der Anfangsphase des Erwärmungszeitraums.
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Derzeit
eingesetzte Glastempermaschinen verwenden sogenannte Öfen mit
oszillierenden Rollen, in denen Glas hauptsächlich durch Strahlung erwärmt wird.
Im Tempervorgang wird die Temperatur des Glases über den Erweichungspunkt des
Glases erhöht,
um ein Tempern des Glases zu ermöglichen. Diese
Temperatur liegt je nach der Dicke des Glases zwischen 610 und 625 °C. Das Glas
wird mit der gewünschten
Geschwindigkeit üblicherweise
unter Einsatz einer Zwangskonvektion abgekühlt, bei der Luftströme von oben
und von unten auf das Glas geblasen werden. Dieses Verfahren ermöglicht hohe
Wärmetransferkoeffizienten,
die bei dünnem
Glas notwendig sind, um eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen
der Oberfläche
und der Mitte des Glases zu erzielen. Beispiele für Öfen mit
oszillierenden Rollen sind in den EP-Patenten 416 332 und 564 489 offenbart.
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Bei
Rollenöfen
besteht ein Problem darin, dass vor allem in der anfänglichen
Erwärmungsphase
eine Wärmetransmission
von massiven Rollen auf das Glas vor herrscht. Das Glas wird durch
die Rollen die ganze Zeit über
gestützt
und insbesondere zu Beginn der Erwärmungsphase, in der der Temperaturunterschied
zwischen den heißen
Rollen und dem Glas beträchtlich
ist, ist die Wärmeübertragung
von den heißen
Rollen auf das Glas durch Ableitung erheblich. Dies führt dazu,
dass sich die Kanten des Glases nach oben biegen und die Kontaktoberflächen zwischen
dem Glas und den Rollen relativ unklar werden. In diesem Fall ist
eine gleichmäßige Erwärmung des
Glases beinahe unmöglich,
da der Kontaktpunkt, an dem das Glas die Rolle berührt, im Anfangsstadium
erheblich schneller erwärmt
wird als der Rest der Glasoberfläche.
Dies führt
leicht zu einer Krümmung,
die ein gleichmäßiges Erwärmen in
einem normalen Erwärmungszeitraum
beinahe unmöglich
macht. Zudem wird der Oberflächendruck
an dem Kontaktpunkt des die Rolle berührenden Glases so hoch, dass
optische Fehler im Glas entstehen, d.h. weiße Stellen und Krater, die
die Glasoberfläche unterbrechen.
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Zudem
verändern
sich die Bedingungen im Ofen während
des Erwärmungszeitraums
in mit Rollen versehenen Temperöfen.
Die Temperatur des Glases verändert
sich mit der Zeit, wobei sich insbesondere die Wärmeübertragung von den Rollen verringert,
während
sich die Glastemperatur der Rollentemperatur annähert. Andererseits fällt die
Temperatur der Rollen in der Anfangsphase des Erwärmungszeitraums
ab, wenn der vom Glas aufgenommene Wärmestrom am höchsten ist.
Dies verursacht Probleme bezüglich
der Aufrechterhaltung eines Ausgleichs zwischen der Erwärmung der
oberen und der unteren Teile des Ofens über den gesamten Erwärmungszeitraum
hinweg.
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Das
finnische Patent 62,043 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verhinderung eines Verbiegens der Glasplatte in einem mit Rollen versehenen
Ofen in einer Horizontaltemperanlage. Gemäß der erwähnten Veröffentlichung wird ein Luftstrom
an der Oberseite einer Glasplatte erzeugt, um die Konvektionswärmewirkung,
die auf die Oberseite der Glasplatte gerichtet wird, zu intensivieren.
Das Ein blasen dient zur Kompensation der aktiven Wärmeübertragung
von den heißen
Rollen auf die Unterseite der Glasplatte in der Anfangsphase des
Erwärmungszeitraums,
wobei dieses Einblasen allerdings die Unterschiede in den Wärmeströmen, welche
auf die Ober- und Unterseite einwirken, nicht vollständig ausgleicht,
da die Unterseite des Glases insbesondere während der Anfangsphase des
Erwärmens
einen stärkeren
Wärmestrom
von unten erhält,
was die oben genannten Problem verursacht.
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Das
EP-Patent 416 332 offenbart ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verhinderung eines Verbiegens von Glasplatten in einem mit Rollen versehenen
Ofen in einer Horizontaltemperanlage. Aus dieser Veröffentlichung
ist es bekannt, eine erweiterte Konvektionswärmewirkung auf die Oberseite
der Glasplatte zu richten, indem Luft von nahe der Oberseite der
Glasplatte angeordneten Brennern auf den Ofen geblasen wird. Diese
Veröffentlichung
offenbart zudem, dass der Ofenraum unterhalb der Glasplatte gekühlt wird,
indem die in den Ofen zu blasende Luft über unterhalb der Glasplatte
vorgesehene Wärmetauscherrohre
zu an der Oberseite befindlichen Brennern geleitet wird.
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Die
GB-A-2 159 145 offenbart einen Temperofen, der Abschirmplatten am
Endabschnitt des Ofens zwischen den unteren Heizwiderständen und den
Rollen aufweist. Die Abschirmplatten verringern die Strahlungswirkung
der unteren Widerstände
an den Enden des Ofens und erzeugen einen Wärmefluss im mittleren Abschnitt
des Ofens, während
sie die Konvektionswirkung an den Enden des Ofens verringern.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Anlage zur Verhinderung des Verbiegens von Glasplatten in einem
mit Rollen versehenen Temperofen vorzusehen, die genannten Nachteile
zu vermeiden und eine gute Steuerung des Wärmeausgleichs während des
gesamten Erwärmungszeitraums
zu ermöglichen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Endphase des Erwärmungszeitraums
die Unterseiten der Glasplatten durch Zwangskonvektion erwärmt werden,
die durch ein Aufblasen von Heißluftströmen auf
diese Glasoberflächen
erzielt wird.
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Die
erfindungsgemäße Anlage
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Temperofen Mittel zum Erwärmen der
Unterseiten der Glasplatten durch Aufblasen von Heißluftströmen auf
diese Glasoberflächen
umfasst, wodurch eine Zwangskonvektion während der Endphase des Erwärmungszeitraums
erzielt wird.
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Eine
grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, dass in der Anfangsphase
des Erwärmungszeitraums
der untere Teil des Temperofens gekühlt und in der Endphase des
Erwärmungszeitraums
die Unterseiten der Glasplatten durch Zwangskonvektion erwärmt werden.
Zudem besteht die Idee bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darin,
dass der untere Teil des Temperofens mittels Kühlrohren gekühlt wird,
die in jedem zweiten Rollenspalt vorgesehen sind, und dass die Unterseiten
der Glasplatten in entsprechender Weise mit Hilfe von in jedem zweiten
Rollenspalt angeordneten Wärmerohren
durch Zwangskonvektion erwärmt
werden. Die Idee bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass die Kühlrohre
mit Löchern
versehen sind, aus denen Luftströme
mit Zimmertemperatur auf die Rollen geblasen werden, um die Oberflächentemperatur
der Rollen und des unteren Teils des Temperofens zu senken. Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel
besteht die Idee darin, dass das Kühlen durch eine Veränderung
der das Rohr passierenden Luft einstellbar ist.
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Ein
Vorteil der Erfindung liegt in der Vermeidung eines Verbiegens des
Glases, wodurch man ein optimal ebenes Glas erhält. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass sich der in der anfänglichen Erwärmungsphase
von den Rollen auf das Glas ausgeübte Wärmeschock verringern lässt. Darüber hinaus
besteht ein Vorteil darin, dass sich der Wärmeausgleich im Temperofen
sehr gut einstellen lässt
und die Ofenleistung erhöht
werden kann.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in
der
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1 eine
schematische, geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen horizontalen Temperofens
zeigt,
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2a und 2b eine
geschnittene Seitenansicht eines Details der Vorrichtung gemäß 1 zeigen,
und
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3 eine
Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1 von unten
zeigt.
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1 zeigt
eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Horizontaltemperofens 1 gemäß der Erfindung.
Der Temperofen 1 umfasst ein Gehäuse 2 und Rollen 3,
auf die Glasplatten 4 platziert sind. Während des Temperverfahrens
werden die Glasplatten 4 mit Hilfe der Rollen 3 in
Richtung des Pfeils A transferiert. Wie sich der Zeichnungsfigur
entnehmen lässt,
ist auf der linken Seite des Temperofens 1 ein Beschickungstisch
angeordnet, während
sich auf der rechten Seite des Temperofens 1 eine Kühleinheit
für die
Glasplatten 4 befindet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind der Beschickungstisch
und die Kühleinheit
in 1 nicht gezeigt. Die Glasplatten 4 werden
auf dem Beschickungstisch auf die Rollen 3 platziert. Bei
den Rollen 3 handelt es sich typischerweise innerhalb des
Temperofens 1 z.B. um Keramikrollen und außerhalb
des Ofens beispielsweise um Metallrollen, die mit Kevlar-Band überzogen
sind. Die Glasplatten 4 werden als eine Ladung in eine
Wärmekammer
verbracht, welche durch das Gehäuse 2 begrenzt
ist. Die Glasplatten 4 werden typischerweise von oben her
mit Hilfe oberer Widerstände 5 und von
unten her mit Hilfe unterer Widerstände 6 in einer an
sich bereits wohlbekannten Weise erwärmt. Eine andere Art der Erwärmung, wie
etwa die Zwangskonvektion oder eine Kombination unterschiedlicher
Erwärmungsarten,
ist ebenfalls denkbar. Im Ofen wird die Temperatur des Glases abhängig von
der Dicke des Glases auf 610° bis
625°C erhöht.
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Im
Temperofen 1 werden die Glasplatten 4 in an sich
wohlbekannter Weise einer Vor-und-Zurückbewegung unterzogen, d.h.
oszilliert, um die Rollenabstützpunkte
während
der gesamten Erwärmungsphase
gleichmäßig auf
dem ganzen Glas zu verteilen. Auf diese Weise werden durch ein ungleichmäßiges Abstützen des
Glases verursachte Deformationen in der Glasoptik minimiert.
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In
jedem zweiten Rollenspalt zwischen den Rollen 3 sind quer
zur Bewegungsrichtung der Glasplatte 4 Kühlrohre 7 angeordnet.
Durch diese Kühlrohre 7 wird
typischerweise Luft mit Zimmertemperatur geblasen. Das Rohr dient
als Schatten für
eine von unterhalb des Glases kommende Wärmestrahlung und zudem als
ein Mittel zum Ableiten von Wärme
nach außen.
Wärme wird
auf das Rohr von der es umgebenden Ofenluft durch Konvektion und
durch direkte Strahlung von nahen Oberflächen, etwa den Keramikrollen 3 und
den unteren Widerständen 6 des Ofens übertragen.
Die Wärme
wird durch das Rohr von der Außenoberfläche des
Rohrs auf seine Innenoberfläche übertragen,
von der sie durch Konvektion in die Luft übertragen wird, mit der sie
dann abgeleitet wird. Bei der Erfindung wird die Temperatur der
Außenoberfläche des
Kühlrohrs 7,
falls nötig, durch
die durch das Kühlrohr 7 strömende Luft
erheblich unter der Temperatur des Temperofens 1 gehalten.
Die Größe des Wärmestroms,
der auf das Kühlrohr 7 übertragen
wird, lässt
sich leicht durch eine entsprechende Einstellung der Geschwindigkeit
der Luft in dem Kühlrohr 7 einstellen.
Die Notwendigkeit einer Kühlung
verändert
sich mit der Zeit, da die vom Temperofen 1 abzuleitender
Wärmemenge
um so geringer wird, je geringer der Temperaturunterschied zwischen
der Glasplatte 4 und der Rolle ist. Aus diesem Grund wird
die Luftgeschwindigkeit über
die gesamte Erwärmungsperiode
hinweg reduziert. Die Wirkung eines einzigen Kühlrohrs 7 lässt sich
verbessern, indem der Durchmesser des Rohrs vergrößert oder
das Rohr mit Rippen versehen wird.
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In
nicht von den Kühlrohren 7 besetzten
Rollenspalten sind Heizrohre 8 angeordnet, wobei sich diese
ebenfalls vorzugsweise in jedem zweiten Rollenspalt befinden. Die
Heizrohre 8 sind mit spanend hergestellten Löchern versehen,
durch die Warmluftströme,
typischerweise mit 650 bis 720°C
vom Heizrohr 8 aus dem Zwischenraum zwischen den Rollen 3 auf
die Unterseite der Glasplatte 4 geblasen werden können. Der
Durchmesser der Löcher
im Heizrohr 8 beträgt
typischerweise 1 bis 2 mm, wobei er jedoch von Fall zu Fall in stärkerem Maße variieren kann.
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Die
Heizrohre 8 werden zum Erwärmen in der Endphase des Erwärmungszeitraums
eingesetzt, wenn die Erwärmung
der Glasplatte 4 typischerweise relativ langsam erfolgt,
wobei es im Volllastbetrieb sogar zu einer übermäßigen Abkühlung der Keramikrollen 3 kommen
kann. In diesen Fällen
erhöht
dieses zusätzliche
Erwärmen
in der Endphase des Erwärmungszeitraums
die Leistung des Temperofens 1. Es ist offensichtlich,
das die Kühlung
durch die Kühlrohre 7 und
das Erwärmen
durch die Heizrohre 8 nicht simultan erfolgt, sondern dass
das System so gesteuert werden muss, dass ein gleichzeitiger Einsatz verhindert
wird.
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1 zeigt
zudem, dass die Luft, die den zwischen den Rollen 3 angeordneten
Heizrohren 8 zugeführt
wird, so geführt
wird, dass sie unterhalb der unteren Widerstände 6 angeordnete
Rohre 8a passiert. Dabei sorgen die unteren Widerstände 6 für eine Erwärmung der
Luft in den Rohren 8a. Beim Einsatz von Wärmegebläsen können die
unteren Widerstände 6 anfangen,
sich abzukühlen,
wobei allerdings bei diesen Lösungen
die in ihnen verbleibende Wärme
immer noch zum Erwärmen
der Erwärmungsluft
eingesetzt werden kann.
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Die 2a und 2b zeigen
geschnittene Seitenansichten eines Details des Temperofens 1 der 1.
Die Bezugszeichen in den 2a und 2b entsprechen
denjenigen in 1. In 2a zeigen die
Pfeile B die Bewegung der aus den Heizrohren 8 geblasenen
Luftströme
an. Falls gewünscht,
kann die aus dem Heizrohren 8 geblasene Warmluft auch direkt
auf die Rollen 3 gerichtet werden.
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Auch
die Kühlrohre 7 können dazu
eingesetzt werden, Luft direkt auf die Rollen 3 zu blasen, um
die Rollen 3 und den Teil des Temperofens 1 unterhalb
der Glasplatte 4 zu kühlen.
Dieser Kühlluftstrom
ist in 2b durch Pfeile C dargestellt.
Die Lösung
gemäß den 2a und 2b ermöglicht es, dass
kalte Luft zu Beginn der Erwärmungsphase
direkt auf die Rollen 3 geblasen wird, wodurch die Rollen
abkühlen,
während
Warmluft am Ende der Erwärmungsphase
eingeblasen wird, wodurch die Temperatur der Rollen 3 angehoben
werden kann.
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3 zeigt
den erfindungsgemäßen Temperofen
von unten in einer Schnittdarstellung. Die Bezugszeichen in 3 entsprechen
denjenigen der 1 und 2. 3 zeigt
die Anordnung der Heizrohre 8 in jedem zweiten Rollenspalt,
wobei jedoch zur besseren Übersichtlichkeit
die Kühlrohre 7 nicht
dargestellt sind, die ebenfalls in jedem zweiten Rollenspalt angeordnet
sind, wobei es sich jedoch um jeweils andere Rollenspalte handelt
als bei den Heizrohren. Warmluft wird den Heizrohren 8 über Zuführrohre 9 zugeführt. Die
Heizrohre 8 und die Zuführrohre 9 sind
in einer Weise angeordnet, dass Warmluft den Heizrohren 8 von
beiden Seiten des Temperofens 1 so zugeführt wird,
dass die Luft jedem zweiten Heizrohr 8, wie in 3 dargestellt,
von oben und den übrigen
Heizrohren 8 von unten zugeführt wird. Dies schließt aus,
dass die Wärme
innerhalb des Temperofens 1 sich auf die Temperatur der
innerhalb der Heizrohre 8 strömenden Luft auswirkt. Weitaus wichtiger
ist jedoch die Tempe ratur der innerhalb der Kühlrohre strömenden Luft, so dass die Kühlrohre
in einer entsprechenden Weise angeordnet werden müssen, damit
Kühlluft
abwechselnd von unterschiedlichen Seiten des Temperofens 1 zugeführt werden
kann. Dies ist eine einfache Art, eine potentielle einseitige Kühlung der
Rollen 3 auszugleichen.
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Als
Druckquelle für
die durch die Heizrohre 8 geblasenen Luft kann z.B. ein
Verdichter 10 dienen. Nach Passieren des Verdichters 10 wird
die Luft in einem so genannten Wärmestrahler 11 erwärmt. Im Wärmestrahler 11 wird
die einzublasende Luft vorab auf die Temperatur des Temperofens 1 und
in einigen Fällen
sogar noch weiter erwärmt.
Der Wärmestrahler 11 kann
z.B. eine Kammer sein, in der eine Kombination aus Rohen und Widerständen so
eingebaut wurde, dass die in den Ofen eingeblasene Luft dazu gebracht
wird, innerhalb der Rohre mehrere zehn Meter in aneinander angrenzenden
Spiralen zu zirkulieren. In der direkten Nachbarschaft der Rohre,
und dabei vorzugsweise in Kontakt mit dem Rohre, sind Wärmewiderstände zum
Erwärmen
der Rohre und der Luft in den Rohren auf die gewünschte Temperatur angeordnet.
Der Wärmestrahler 11 kann
auch in einer anderen an sich wohlbekannten Weise ausgelegt sein,
so dass hier auf eine genauere Beschreibung des Wärmestrahlers 11 verzichtet
wird. Es ist von grundlegender Bedeutung, dass die in den Temperofen 1 eingeblasene
Luft auf die gewünschte Temperatur
erwärmt
werden kann und nicht wesentlich abkühlt, ehe sie in den Temperofen 1 gelangt.
In der Praxis wird dies erreicht, indem der Wärmestrahler 11 und
die zwischen dem Wärmestrahler 11 und dem
Temperofen 1 vorgesehenen Rohre mit einer geeigneten Isolierung
versehen werden. Zudem ist mit den Rohren ein Regulierelement 12 verbunden, um
den Luftstrom und somit den Umfang der gewünschten zusätzlichen Erwärmung einzustellen. Die
Rohre umfassen zusätzlich
ein Ventil 13, das zum Beispiel ein Magnetventil sein kann.
Mit Hilfe dieses Ventils 13 kann der Luftstrom, falls gewünscht, vollständig abgesperrt
werden.
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Ähnliche
Rohre und Vorrichtungen, wie sie in 3 in Verbindung
mit den Heizrohren 8 dargestellt sind, sind auch in Verbindung
mit den Kühlrohren
vorgesehen, wobei hier natürlich
kein Wärmestrahler 11 vorhanden
ist.
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Während einer
Erwärmungsphase
werden zuerst die Kühlrohre
in Betrieb genommen, wodurch Luft bei Zimmertemperatur durch zwischen
den Rollen 3 angeordneten Kühlrohre 7 geblasen
wird. Die Luft erwärmt
sich, wenn sie durch den Temperofen 1 transportiert wird,
und transportiert Wärme
vom Temperofen 1 und insbesondere von den Rollen 3 weg. Die
Erwärmung
der Unterseite wird so ganz oder teilweise abgeschaltet. Danach
wird die Glaslast bei Zimmertemperatur zum Temperofen 1 transportiert, wobei
sie in einer hin- und hergehenden Weise oszilliert und von oben
und unten erwärmt
wird. Das Abkühlen
der Unterseite wird kontinuierlich durch ein Senken der Geschwindigkeit
der durch die Kühlrohre 7 strömenden Luft
verringert. Gleichzeitig wird normalerweise die Wärmeleistung
der unteren Widerstände 6 des
Temperofens 1 erhöht.
Daraufhin wird in etwa in der Mitte des Erwärmungszeitraums die Erwärmung vollständig eingestellt
und eine direkte Erwärmung
der Unterseite der Glasplatte 4 durch Zwangskonvektion
ausgelöst.
Die direkte Erwärmung
der Unterseite der Glasplatte 4 wird nun graduell zum Ende
des Erwärmungszeitraums
hin verstärkt,
wobei gleichzeitig die Wärmeleistung
der unteren Widerstände 6 erhöht wird.
Schließlich
wird das Glas in die Kühleinheit
transferiert, die direkte Wärmeeinblasung
an der Unterseite wird abgeschaltet und die Kühlrohre werden eingeschaltet.
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Zur
besseren Übersichtlichkeit
zeigen die beigefügten
Figuren beispielsweise nicht die Halterungsstrukturen der Rohre
und Rollen oder die Steuerungs- und Drehmittel der Rollen, wobei
diese an sich dem Fachmann bereits bekannt sind. Zudem sind der
besseren Übersichtlichkeit
wegen beispielsweise weniger Rollen 3 dargestellt, wobei
diese im Vergleich zu ihrer tatsächlichen
Größe größer dargestellt
sind.
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Die
Zeichnung und die zugehörige
Beschreibung dienen nur zur Verdeutlichung der Idee der Erfindung.
Was Einzelheiten betrifft, so kann die Erfindung innerhalb der Reichweiter
der Ansprüche
variieren. Dies bedeutet, dass die Kühlrohre und die Heizrohre beispielsweise
auch in demselben Rollenspalt angeordnet sein können, wobei in diesem Fall
beispielsweise das Heizrohr oberhalb des Kühlrohrs angeordnet und an dem
Kühlrohr
befestigt sein kann. In diesem Fall können in allen Rollenspalten
sowohl Kühlrohre
als auch Heizrohre vorgesehen sein.