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Verfahren und Vorrichtung zum Heizen von Werkstoffbädern, insbesondere
Glasbädern Die Erfindung bezieht sich auf das Heizen von Werkstoffbädern, insbesondere
Glasbädern, mittels elektrischen Stromes, der durch die Masse der Bäder hindurchgeleitet
wird und dabei Joülesche Wärme erzeugt.
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Der elektrische Strom wird in bekannter Weise in das Glasbad dadurch
eingeführt, daB mit den Polen einer Stromquelle verbundene Elektroden ganz oder
teilweise in dasselbe eintauchen. Die Temperaturerhöhung, die man dadurch erhalten
will, hat allgemein den Zweck einer Umbildung des Werkstoffes.
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Bei den zur fortlaufenden Herstellung von Glas dienenden Wannenöfen
wird an einem Ende der Rohstoff eingeführt und am anderen Ende das gebrauchsfertige
Glas abgezogen. Der Rohstoff wird dabei auf seinem Weg durch den Ofen einer Anzahl
aufeinanderfolgender Behandlungen, wie Schmelzen. Läutern und Abkühlen, unterworfen,
für deren jede genau festgesetzte Bedingungen bezüglich des Grades der Temperatur
und der Dauer der Behandlung eingehalten werden müssen.
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Da die Verteilung der elektrischen Energie in dem Bad unter anderem
von der Lage der Elektroden abhängt, ist diese in gewissem Maße bestimmt. Andernteils
gibt es Fälle, in denen die Erwärmung auf erhöhte Temperatur in derjenigen Zone
des Bades unter Beschränkung auf diese bewirkt wird, welche sich in
Berührung
mit den Elektroden oder in deren Nähe befindet, indem man den Elektroden eine solche
Form und solche Abmessungep= gibt, daß die von ihnen ausgehenden StrA-, linier in
dieser Zone stärker sind als anderswo. In diesem Falle muß man dein, Bad in der
den Elektroden benachbarten, vom Strom durchflossenen Zone einen bestimmten Ohmschen
Widerstand geben und durch diese Zone einen Strom von bestimmter Stärke hindurchschicken.
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Die auszuführenden Wärmebehandlungen legen den Elektroden also gewisse
Bedingungen bezüglich Lage, Form, Abmessungen und Stärke des von ihnen in das Bad
einzuführenden Stromes auf.
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In der Praxis steht meistens als elektrische Energie Mehrphasenstrom,
insbesondere Dreiphasenstrom, zur Verfügung. Beim Gebrauch dieses Stromes muß man
eine bestimmte Verteilung der von jeder einzelnen Phase entwickelten Energiemengen
vornehmen und sucht man in der Regel das Gleichgewicht dieser Energiemengen zu erhalten.
In der folgenden Beschreibung werden diese Energiemengen mit dem Wort Belastungen
bezeichnet.
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Es gibt zahlreiche Fälle, in denen den Elektroden für die Durchführung
der Wärmebehandlungen auferlegten Bedingungen nur schwierig ein ausreichendes Gleichgewicht
zu erhalten erlauben.
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Durch die Erfindung wird diesen Schwierigkeiten abgeholfen und ermöglicht,
in einfacher Weise jede gewollte Verteilung der Belastung zwischen den Phasen bei
beliebiger Lage und Anordnung der Elektroden vorzunehmen und in der Zone des Bades,
die den Elektroden unmittelbar benachbart ist, den gewünschten hohen Temperaturgrad
herbeizuführen.
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Die Erfindung besteht darin, daß in dem Bad eingetaucht ein oder mehrere
Körper, die bei der für das Bad in Frage kommenden Temperatur eine höhere Leitfähigkeit
besitzen als das Bad selber, in solcher Lage, mit solchen Abmessungen und in solcher
gegenseitiger Anordnung angebracht werden, daß der Ohmsche Widerstand des Bades
für den Stromdurchgang zwischen den beiden Elektroden, welche derjenigen Phase entsprechen,
deren Belastung gegenüber derjenigen der anderen Phase erhöht werden soll, eine
Verringerung erfährt im Vergleich mit - dein Ohmschen Widerstand des Bades für die
jenen anderen Phasen entsprechenden Elektroden.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, gehört jedoch noch nicht zum
Stande der Technik, daß man den Stromdurchgang zwischen zwei Elektroden, die zur
Heizung eines Werkstoffbaden bestimmt sind, dadurch erleichtert, daß man leitende
Körper in den Teil des Bades :eintaucht, der diese Elektroden enthält. Die vorliegende
Erfindung hat zum Gegenstand die Anwendung dieses Mittels für die Verteilung der
Belastungen zwischen Elektrodenpaaren, die mit einer Mehrphasenstromquelle verbunden
und an durch die zu verwirklichenden Wärmebehandlungen bestimmte Bedingungen gebunden
sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in welcher die Erfindung in mehreren
Ausführungsbeispielen dargestellt ist. Es zeigen: Abb. i einen Längsschnitt durch
die Achse eines Ofens gemäß der Erfindung, Abb. 2 einenOuerschnittnachderLinieIl-II
der Abb. i.
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Abb.3 eine schaubildliche Ansicht eines Teiles des Ofens und Abb.4
bis 7 verschiedene Anordnungen von Leitkörpern, die bestimmt sind. eine bestimmte
Verteilung zwischen den Phasen des Speisesystems des Ofens zu gewährleisten.
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In den dargestellten Ausführungsformen besitzt der Ofen, beispielsweise
ein Wannenofen, Elektroden i, 2 und 3, die zum Heizen des Stoffbades 5, beispielsweise
eines Glasbades, durch Hindurchleiten eines Stromes durch die Masse dienen. jede
Elektrode ist mit einer Phase einer Dreiphasenstromquelle verbunden.
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Bei diesen Ausführungsformen sind die Elektroden i, 2 und 3 wie bei
elektrischen Glasschmelzöfen an sich bekannt, im wesentlichen horizontal quer durch
den Ofen und annähernd in gleicher Höhe angeordnet. Diese Anordnung bietet in gewissen
Fällen Vorteile und kann infolgedessen eine auferlegte Bedingung sein. Auch können
die Elektroden hinsichtlich ihrer Form und Abmessungen nach bestimmten Vorschriften
gestaltet sein.
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Bei einer solchen Anordnung ist der Widerstand des Bades zwischen
den äußeren Elektroden i und 3 größer als der Widerstand des Bades zwischen der
mittleren Elektrode 2 und jeder der äußeren Elektroden i und 3. Hierdurch ergibt
sich allgemein und besonders, wenn es sich um Elektroden mit gleichen Abmessungen
handelt, daß die Leistung sich ungleich zwischen den Elektroden verteilt, weil die
der Phase i bis 3 entsprechende Belastung nicht so hoch ist wie die der anderen
Phasen. ° Gemäß der Erfindung werden in dein Bad Leitkörper 6 und 7 vorgesehen,
die bei der Temperatur des Bades eine höhere Leitfähigkeit haben als das letztere
und in der Weise angeordnet sind, daß der Ohmsche Widerstand des Bades zwischen
dep Elektroden i
und 3 im Vergleich mit dem Widerstand des Bades
für die Elektrodengruppen iund2 und 2 und 3 verringert wird. Zu diesem Zweck sind
die Elemente 6 und 7 in der Nähe der Elektroden i und 3 angeordnet und miteinander,
beispielsweise außen, durch einen Leiter verbunden, um den zwischen ihnen liegenden
Teil des Bades in den Nebenschluß zu legen.
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Bei der in den Abb. i bis 3 dargestellten Ausführungsform ist jedes
der Elemente 6, 7 genau in der durch die entsprechenden äußeren Elektroden gelegten
Vertikalebene angeordnet und, wie schon angegeben, sind sie miteinander, beispielsweise
durch einen Leiterstab 8, verbunden, der außerhalb des Bades angeordnet ist. Der
Strom verläuft also zwischen den Elektroden i und 3 sowohl durch das Glasbad als
auch durch den Nebenschluß. Ohne die Elemente 6, 7 müßte der Strom ausschließlich
durch das Glasbad fließen. Der Nebenschluß erleichtert auch den Stromfluß zwischen
den Elektroden i und 2 sowie .2 und 3, aber in einem viel geringerem Maße als den
zwischen den Elektroden i und 3: Auf jeden Fall hat man es durch die erläuterte
Anordnung in der Hand, die Belastung zwischen den Elektroden i und 3 gegenüber derjenigen
zwischen den Elektroden i und 2 sowie der zwischen den Elektroden 2 und 3 zu vergrößern.
Die Wirkung der in das Bad getauchten Elemente und des Nebenschlusses hängt von
vielen Umständen ab. Erstens wird sie durch den Widerstand des Bades in der Zone
zwischen den Elektroden und Elementen, also von dem Abstand der Elemente von den
Elektroden beeinflußt. Von Einfluß ist ferner der mehr örtliche Widerstand für den
Stromdurchgang in der Zone, die unmittelbar jedes Element 6 und 7 umgibt, und dieser
Widerstand ist um so größer je kleiner die wirksame Berührungsfläche zwischen j
enen Elementen und dem Bad ist. Außerdem hängt die Wirkung der Elemente von dem
Widerstand des sie verbindenden Nebenschlusses ab. Dieser Widerstand kann dadurch
beeinflußt werden, daß in den Leiter 8 ein Ohmscher Widerstand geschaltet oder der
Leiter teilweise als Spule ausgeführt wird, wodurch Selbstinduktion entsteht.
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Auf diese verschiedenen Umstände: Abstand der Elemente von den Elektroden,
wirksame Berührungsfläche der Elemente mit dem Bad. Ausbildung des Nebenschlusses
8, kann also eingewirkt werden, um die gewünschte Verteilung der Belastung zwischen
den drei Elektroden herbeizuführen.
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Die Anordnung der Elemente 6 und 7 nach den Abb. i bis 3 hat den besonderen
Vorteil, daß zufolge des Stromdurchganges zwischen jeder der äußeren Elektroden
und jedem der senkrecht unter ihnen liegenden Elemente än den beiden Enden des von
den Elektroden eingenommenen Badabschnittes senkrechte heiße Zonen geschaffen werden.
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Bei den in den Abb. q. bis 7 dargestellten @A,nordnungen liegen die
Leitelemente 6 und 7 in genau der gleichen Ebene wie die Elektroden.
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Die Abb. q. zeigt eine Anordnung, bei der je ein Leitelement zwischen
die äußeren und die mittlere Elektrode gesetzt ist. Das Element 6 liegt in dem Zwischenraum
zwischen den Elektroden i und 2 in der Nähe der Elektrode i und das Element 7 in
dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 2 und 3 in der Nähe der Elektrode 3. Auf
diese Weise wird der Widerstand des Bades zwischen den äußeren Elektroden i und
3 sowie auch, aber in einem geringerem Maße, derjenige zwischen den äußeren Elektroden
i, 3 und der mittleren Elektrode 2 verringert, so daß die Belastung der drei Phasen
ins Gleichgewicht gebracht ist. Im übrigen ergibt diese Anordnung den Vorteil, daß
jeder der Widerstände zwischen den Elektroden so verringert ist, daß mit derselben
Speisespannung eine Vergrößerung der Leistung erreicht wird.
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Bei der in der Abb. 5 dargestellten Anordnung ist jedes Element 6
und 7 in die Nähe je einer der äußeren Elektroden i und 3 außerhalb des Zwischenraumes
zwischen den äußeren Elektroden und der mittleren Elektrode gesetzt. Man vermindert
so den Widerstand des Bades zwischen den äußeren Elektroden i und 3. Dagegen wird
der Widerstand des Bades zwischen den äußeren Elektroden und der mittleren Elektrode
praktisch wenig beeinflußt, so daß es in diesem Falle besonders leicht ist, die
Belastung der Phase i bis 3 gegenüber den Belastungen der beiden anderen Phasen
zu vergrößern. Diese Anordnung, die den Widerstand des Bades zwischen der mittleren
Elektrode und den äußeren Elektroden nur wenig ändert, kann vorteilhaft sein, wenn
man durch die Verwendung der Elemente 6 und 7 die aufgewendete Stromstärke bei gleicher
Spannung möglichst wenig zu vergrößern wünscht.
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Bei der Anordnung nach Abb. 6 liegt das Element 6 in der Nähe der
äußeren Elektrode i in dem Zwischenraum zwischen dieser und der mittleren Elektrode.
Das Element 7 ist in der Nähe der äußeren Elektrode 3 außerhalb des Zwischenraumes
zwischen dieser und der mittleren Elektrode 2 angeordnet. Hierdurch wird der Widerstand
des Bades zwischen den äußeren Elektroden verringert, aber der Widerstand zwischen
der mittleren Elektrode 2 einerseits und jeder der äußeren Elektroden i und 3 anderseits
verschieden beeinflußt. Die Verminderung des Badwiderstandes zwischen den Elektroden
2 und 3 ist praktisch schwach, dagegen die zwischen den
Elektroden
z und 2 stärker. Dieser unsyininetrische Einfluß der nach Abb. 6 angeordneten Elemente
6 und 7 kann in gewissen Fällen vorteilhaft ausgenutzt werden, zum Beispiel in dem
Falle, wo die Elektroden i und 3 nicht symmetrisch zu der mittleren Elektrode liegen,
sei es, daß ihre Abstände nicht gleich sind oder daß sie voneinander verschiedene
Abmessungen haben. Es ist dann durch Verwendung einer Einrichtung nach Abb. 6 möglich,
das Gleichgewicht zwischen der Phase i und 2 und der Phase 2 und 3 wiederherzustellen.
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Bei der in Abb. 7 dargestellten Abänderung ist das Element 7 in zwei
Stücke 7, 7 a geteilt, die je auf entgegengesetzten Seiten der äußren Elektrode
3 in deren Nähe liegen. Diese Anordnung hat den Vorteil, den von der Elektrode 3
ausgehenden Stromlinien Gelegenheit zu geben, sich gleichmäßiger zu verteilen, da
der Strom, der durch den Nebenschluß fließt, zwei Wege statt einen hat.
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Die in den Abb. d. bis 7 gezeigten Ausführungsformen erlauben, wie
oben mit Bezug auf die Abb. i bis 3 erwähnt, den Belastungen genau die gewünschte
Verteilung zu geben, indem man auf folgende Faktoren einwirkt: Abstand der Elemente
von den Elektroden, wirksame Berührungsfläche mit dem Bad und Ausbildung des Nebenschlusses
B.
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Es ist ersichtlich, daß den gemäß der Erfindung zur Erzielung der
gewünschten Verteilung der Belastungen in das Bad eingetauchten Leitelementen jede
gewollte Form gegeben werden kann. Insbesondere können sie aus einer Mehrzahl von
Elementen bestehen, die inner- oder außerhalb des Ofens miteinander verbunden sein
können. Ebenso ist die Erfindung bei Speisung durch irgendeinen Mehrphasenstrom
anwendbar, d.li. auch bei einer Zahl von Elektroden, die von der oben betrachteten
verschieden ist, und bei Anordnungen der Elektroden, die von der dargestellten abweichen.