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Verfahren und Ofen zur Herstellung von Glas Die Erfindung betrifft
die Herstellung von Glas und bezieht sich insbesondere auf die X"erarbeitung des
glasbildenden Gemenges, d. h. also auf das Einschmelzen.
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Gemäß der Erfindung werden diese Stoffe durch die gleichzeitige Einwirkung
zweier Heizmittel erhitzt, wobei das eine unmittelbar in der Glasmasse wirkt und
durch unmittelbaren Stromdurchgang durch die N'lasse erzeugt wird, während das andere,
außerhalb der Masse wirkend, durch jede geeignete Reizungsart dargestellt werden
kann.
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Es ist festgestellt worden, daß, wenn diese beiden arten des Erhitzens
gemeinsam angewendet werden, das Einschmelzen des Gemenges mit einer Geschwindigkeit
und Gleichmäßigkeit vor sich geht, die bei den bisher vorgeschlagenen Methoden nicht
erreicht werden konnten. Unter anderem hat sich ergeben, daß, wenn zur Einführung
des elektrischen Stromes in die Glasmasse Graphitelektroden verwendet werden, diese
während des Schmelzvorganges nicht angegriffen werden, und zwar auch dann nicht,
wenn es sich darum handelt, Gläser zu schmelzen, die einen hohen Gehalt an Borsäure
aufweisen. Dieser Vorteil des Verfahrens bleibt ferner auch dann erhalten, wenn
die Gläser sonstige Stoffe enthalten, die mit den Elektroden in Reaktion treten
können. Dieses Ergebnis dürfte u. a. darauf zurückzuführen sein, daß der Schmelzvorgang
außerordentlich rasch verläuft. Die Schmelzgeschwindigkeit, die gemäß der Erfindung
erreicht wird, ist
darauf zurückzuführen, daß ein Aufheizen der
Wandungen der Wanne oder des Hafens und der anderen Teile, die sich außerhalb der
Glasmasse befinden, durch die in der Masse des Glases im unmittelbaren Stromdurchgang
erzeugte Wärme vermieden wird, d. h. diese Wärmeenergie verbleibt vollkommen in
der Masse und beteiligt sich somit zur Gänze an dem Einschmelzen der glasbildenden
Stoffe. Da die Energiemenge, die in eine gegebene Glasmasse im unmittelbaren Stromdurchgang
eingeführt «erden kann, sich über gewisse Grenzen hinaus nicht steigern läßt, weil
an der Übergangsstelle zwischen Elektroden und Glas nur ein bestimmtes Höchstmaß
an Stromdichte zugelassen werden kann, wenn sich an dieser Stelle keine Unzuträglichkeiten
ergeben sollen, ist es verständlich, daß es sehr wesentlich darauf ankommt, die
sich entwickelnde elektrische Wärmeenergie vollkommen für das Einschmelzen desGlases
selbst auszunutzen, indem ein Abwandern der Wärme aus der Glasmasse heraus vermieden
wird.
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Es konnte festgestellt werden, daß durch diese vollkommene Ausnutzung
der elektrischen Wärmeenergie für das Schmelzen des Glases bei sonst gleichbleibenden
Bedingungen einegleich große Glasmasse in einem mittleren Ofen mit einem fünffach
geringeren Strom eingeschmolzen werden kann, verglichen mit einer Methode, bei der
die erzeugte Wärmemenge auch dazu benutzt wird, um die Wärmeverluste der Wandungen
des Hafens oder der Wanne zu decken, wie dies bei den üblichen Methoden der Fall
ist. Dieses Verhältnis ändert. sich naturgemäß mit den .Abmessungen des Ofens und
ist um so größer, je kleiner der Ofen ist.
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Außerdem trägt die Vermeidung von Wärmeverlusten durch die Wandungen
dazu bei, die Gleichmäßigkeit der Temperatur im Glasbad zu erhöhen, und gestattet,
die Vorteile der Methode des Erhitzens im unmittelbaren Stromdurchgang vollkommen
auszunutzen. Das Erhitzen auf diese Weise kann bekanntlich besonders gleichmäßig
gestaltet werden, weil die Wärme sich im Innern der '.Masse selbst erzeugt, und
kann außerdem auf sämtliche Teile der Masse übertragen werden. Es wird somit ein
rasches Einschmelzen unter Vermeidung sämtlichen örtlichen Überhitzens erreicht
und gleichzeitig ein besonders homogenes Erzeugnis erzielt.
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Eine besondere Ausführungsform der Erfindung, die gleichermaßen geeignet
ist, die Geschwindigkeit des Einschmelzens zu steigern und die Gleichmäßigkeit der
Temperatur zu erhöhen, besteht darin, das glasbildende Gemenge in kleinen Mengen
einzusetzen, und zwar in einer großen Anzahl von Einzelzugaben, wobei so verfahren
wird, daß eine neue Charge aufgegeben wird, sobald die erste Charge geschmolzen
ist, und nicht gewartet wird, bis die Läuterung des geschmolzenen Anteiles eingesetzt
hat. Es konnte festgestellt werden, daß unter diesen Umständen ein besonders rasches
Einschmelzen möglich ist. Das Ergebnis ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß
auf diese Weise die jeweils eingeführten kalten Massen das Bad selbst sowenig wie
möglich abkühlen und dessen Widerstand nicht erhöhen, schließlich wird auch die
Rückwirkung der kalten Massen vermieden und infolgedessen eine Verminderung des
durch die Masse hindurchfließenden Stromes ausgeschaltet. Diese Methode gestattet
somit, eine Temperatursenkung zu vermeiden, die bei den üblichen Methoden der Aufgabe
eintritt, gemäß welchen in größeren Zeitabständen und damit in größeren, gleichzeitig
eingeführten Mengen chargiert wird, was dazu führt, die Stärke des elektrischen
Stromes herabzusetzen und das Einschmelzen zu verzögern.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung führt zu einem schnellen Einschmelzen
und gestattet eine maximale Entnahme aus der Gesamteinrichtung. Im Hinblick hierauf
kann die Erfindung in besonders vorteilhafter Weise als Verfahren mit kontinuierlichem
Einsatz durchgeführt werden.
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Wohlverstanden werden auch gute Resultate erzielt, wenn mehr oder
weniger die in der Glasmasse erzeugte Stromwärme unter Anschluß aller anderen `'Wärmequellen
für die Verarbeitung des Glases vollkommen ausgenutzt wird, jedoch kann die Erfindung
vorteilhafterweise auch so ausgeübtwerden, daß eine so starke äußere Beheizung vorgesehen
wird, daß nicht nur ein Verlust der im Bade durch Stromdurchgang erzeugten Wärme
vermieden, sondern der Glasmasse selbst auch Wärme von außen zugeführt wird, die
die im Stromdurchgang erzeugte ergänzt. Das Gefäß, in dem das Glas enthalten ist,
kann ein Hafen oder ein Gebilde sein, das aus feuerfestem Stein 'aufgebaut ist.
Sowohl in dem einen als auch im anderen Falle wird die Glaswanne oder der Glashafen
in einem geheizten Ofenraum eingesetzt, um eine Beheizung ringsum zu erzielen.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die innere Erwärmung des Glases im unmittelbaren
Strotndurchgang durch Zufuhr des Stromes mittels Elektroden, die in das Bad eintauchen.
Ein Erhitzen kann aber auch auf induktivem Wege im Glas erfolgen durch Einrichtungen,
die selbst außerhalb des Bades angeordnet sind.
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Was die äußere Beheizung anbelangt, so kann sie durch jedes geeignete
Mittel, wie beispielsweise durch Flammen, erzeugt werden, die auf die Wandungen
des Glashafens oder der Glaswanne auftreffen, und zwar entweder unmittelbar oder
mittelbar über eine Muffel. Sie kann auch auf elektrischem Wege verwirklicht werden,
beispielsweise unter Anwendung von Widerständen, strahlenden Oberflächen u. dgl.
Insbesondere ist es möglich, den Glashafen oder die Wanne mit an sich bekannten
leitenden Stoffen zu umgeben oder körnige Leitermassen aufzustapeln, die mit dem
Hafen oder der Wanne in Berührung stehen und durch die ein elektrischer Strom zwecks
Erwärmung hindurchgeschickt wird. Es kann ferner das äußere Erhitzen bewirkt werden,
indem der Hafen in ein geheiztes Flüssigkeitsbad gestellt wird; bei dieser besonderen
Ausführungsform der Erfindung besteht das äußere beispielsweise Bad aus geschmolzenem
Glas, das im elektrischen Stromdurchgang genau so erhitzt wird wie die Glasmasse
im Hafen. Diese Methode gestattet
ein besonders leichtes Regulieren
der Temperatur und vornehmlich die Aufrechterhaltung einer gleichen Temperatur sowohl
außerhalb als auch innerhalb des Hafens. Die Gleichheit der Temperatur hat zur Folge,
daß ein Wärmefluß vom Innern zum Äußern des Hafens nicht stattfindet.
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Das Schmelzverfahren gemäß derErfindung kann sowohl kontinuierlich
als auch diskontinuierlich durchgeführt werden, d. h. das Verfahren ist in solchen
Fällen anwendbar, wo ein Behälter vorgesehen wird, in dem das glasbildende Gemenge
zur Gänze eingesetzt und täglich geschmolzen und alsdann geläutert wird, um nachfolgend
auf einmal entnommen zu werden. Es kann aber auch im kontinuierlichen Ofen durchgeführt
werden, dessen Glasbad ständig auf gleicher Höhe gehalten wird und wobei von einer
Seite ständig glasbildendes Gemenge aufgegeben und am anderen Ende fertiges Glas
abgezogen wird.
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In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt.
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Abb. i und 2 zeigen einenLängs- undQuerschnitt dieser Ausführungsform
eines Ofens, Abb. 3 und 4 einen senkrechten Längsschnitt und einen waagerechten
Schnitt durch eine zweite Ofenform; Abb. 5 und 6 zeigen in Aufsicht und senkrechtem
Querschnitt eine weitereAusführungsformfüreinen Ofen.
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Abb. i und 2 zeigen die Durchführung der Erfindung im diskontinuierlichen
Verfahren. Der Behälter i enthält die zu behandelnden Stoffe 2 und ist in das Innere
eines Ofenraumes 3 hineingestellt. Die Elektroden 4, die der Masse den Strom zuführen,
treten in das Innere des Hafens i am unteren Teil ein. Die Flammen der Gasbrenner
5 brennen im Innern des Raumes 3 und bewirken eine Beheizung des Hafens i von außen.
Die Einführung der Elektroden 4 erfolgt durch eine Aussparung 6, die in Fig. 2 sichtbar
ist. Die Trennwand 7 dieser Aussparung schafft einen Abschluß gegenüber der Atmosphäre
des Ofens 3. In der Wandung des Ofens 3 sind eine oder mehrere Üffnungen 8 vorgesehen,
die der Aufgabe des Gemenges und der Entnahme des Glases während der Ausarbeitungsperiode
dienen.
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Das Einschmelzen einer bestimmten Menge glasbildender Stoffe schließt
folgende Arbeitsschritte ein: Der Ofenraum 3 wird mittels der Brenner 5 auf genügend
hohe Temperatur gebracht, und sodann wird in den Hafen i eine gewisse zu schmelzende
Menge eingebracht, nachdem zuvor eine gewisse Menge flüssigen Glases auf den Boden
der Wanne i eingebracht worden ist. Es kann auch so verfahren werden, daß eine bestimmte
geschmolzene Glasmenge aus dem voraufgehenden Arbeitszyklus im Hafen zurückgelassen
wird. Durch das geschmolzene Glas fließt der elektrische Strom und erwärmt es, so
daß es Wärme an die glasbildenden Stoffe abgeben kann, die im Augenblick der Aufgabe
nicht elektrischleitend sind.
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Die zum Einschmelzen der glasbildenden Stoffe notwendige Wärme wird
somit durch den Stromdurchgang durch die bereits geschmolzene Masse erzeugt. Infolge
der äußeren Erwärmung des im Ofenraum 3 befindlichen Hafens wird außerdem erreicht,
daß die gesamte im unmittelbaren Stromdurchgang erzeugte Wärme in der geschmolzenen
Glasmasse verbleibt, ohne nach außen abwandern zu können. Es ist mithin möglich,
der Temperaturbewegung im Innern des Hafens Rechnung zu tragen, die durch das aufeinanderfolgende
Aufgeben des Gemenges hervorgerufen wird, und die beiden Beheizungsarten im Rhythmus
der Aufgabe zu regeln, so daß die Temperatur außerhalb des Hafens derjenigen im
Bade gleich oder annähernd gleichbleibt.
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Der in Abb. 3 und 4 dargestellte Ofen dient vornehmlich wie der vorhergehende
der Behandlung des Glases im diskontinuierlichen Verfahren. Das äußere Beheizen
des Hafens wird durch eine Flüssigkeit bewirkt, beispielsweise durch geschmolzenes
Glas 9, das mit den Wandungen des Hafens i in Berührung steht und im unmittelbaren
Stromdurchgang erhitzt wird. Die Elektroden sind bei i o angedeutet. Das innere
Beheizen wird mittels senkrechter Elektroden durchgeführt, die das Gewölbe des Ofens
3 durchdringen und bis unten in den Hafen i hineinragen.
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Die Wanne i und der Raum 3 haben kreisrunde Formen, und sowohl die
Elektroden io als auch die Elektroden 4 sind in den Eckpunkten gleichseitiger Dreiecke
angeordnet, um eine gleichmäßige Verteilung der Phasen zu erreichen, wenn Dreiphasenstrom
verwendet wird. Die Zugabe der schmelzenden Stoffe als auch die Zugabe des fertigen
Glases erfolgt durch die Öffnung 8, die auf die Mitte der Wanne gerichtet ist.
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Abb. 5 und 6 beziehen sich vornehmlich auf das kontinuierliche Verfahren.
Die Wanne i ist im Innern des Raumes 3 aufgestellt und wird von innen mittels der
Elektroden 4 geheizt, und da die Wanne ständig gefüllt ist, können sie im oberen
Teil des Bades angebracht sein. Die Beheizung des Raumes 3 erfolgt in der gleichen
Weise, wie in Verbindung mit Fig. i und 2 geschildert, mittels Gasbrenner 5. Die
Wanne i steht mit ihrem unteren Teil über einen Kanal mit dem Arbeitsraum 12 in
Verbindung, an dem sich die Vorrichtung zur Ausarbeitung des Glases bei 13 anschließt,
z. B. ein Speiser. Das bis zur Stelle 13 gelangende Glas, das sich unter Umständen
abkühlen kann, kann, wie an sich bekannt, durch Brenner 14 oder elektrische Widerstände
wieder auf die erforderliche Temperatur gebracht werden.
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Bei kontinuierlichen Ofen, auf die sich die Abb.5 und 6 beziehen,
wie auch bei sogenannten Tageswannen, auf die sich Abb. i bis 4 beziehen, ist es
gemäß der Erfindung vorteilhaft, das Einbringen des Gemenges in kleinen Mengen zu
bewirken, die rasch aufeinanderfolgend ausgeführt werden, oder sogar kontinuierlich
mit Hilfe einer Schnecke, die fortlaufend glasbildende Stoffe zuführt und in die
Wanne einlaufen läßt. Diese Methode der Aufgabe gibt nur zu einem geringen Abströmen
der Wärme Anlaß, da die Offnung nur geringen Querschnitt
besitzt.
\lan kann in diesem Falle in einfacher Weise die Wanne i mit einem Deckel verschließen,
der mit einer Öffnung für die Aufgabe versehen ist. Die Wanne bildet so eine Muffel,
die vorteilhafterweise ebenfalls dazu beiträgt, die Temperatur gleichmäßig zu halten,
und die auf der anderen Seite verhindert, daß bei Flammenbeheizung eine reduzierende
oder oxydierende Wirkung hervorgerufen wird. Außerdem wird verhindert, daß unerwünschter
Staub in die Masse gelangt und glasbildendes Gemenge außerhalb der Wanne verstäubt
wird. Das in dieser Weise durchgeführte Verfahren ist besonders geeignet für die
Erzeugung viin Spezialgläsern.
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In Abb. 6 ist eine derartige Muffel beispielsweise durch gestrichelte
Linien angedeutet.
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Wie ersichtlich, umspülen die Flammen im Ofen grni'il3 Abb. 6 alle
Flächen der Wanne gleichmäßig, was mit Rücksicht auf ein gleichmäßiges Einschmelzen
vorteilhaft ist. \%'eiter ist ersichtlich, daß eine solche Muffel, die bei den üblichen
Verfahren das Aufheizen der geschützten Stoffe verlangsamt, im vorliegenden Falle
nicht zu diesem Nachteil führt, da die diesen Stoffen zugeführte Energie unmittelbar
in der Masse selbst erzeugt wird, ohne daß es notwendig wäre, Wärme durch die Wandungen
der Wanne hindurchzuführen.
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Obwohl es grundsätzlich wünschenswert ist, bei der äußeren Belieizung
des Ofenraumes so zu verfahren, daß die Flammen auch unter dem Boden der Wanne hindurchstreichen
können, werden befriedigende Ergebnisse auch darin erzielt, wenn die Wanne unmittelbar
auf den Boden des Raumes 3 Clestellt wird. Die Erfindung soll daher nicht auf den
l# all beschränkt sein, wo die Wanne von Jeder Wand des Ofenraumes 3 einen gewissen
Abstand hat.