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Elektrischer Glasschmelzofen Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektrischen Glasschmelzofen, bei welchem das Glas selbst als elektrischer Widerstand
dient. Erfindungsgemäß sind die von einem Mehrphasen-, beispielsweise einem Dreiphasen-
oder Zweiphasenstrom gespeisten Elektroden im Ofen derart angeordnet, daß für das
in Schmelzung befindliche Glas zwei symmetrische Fließkanäle entstehen, in welchen
die Temperatur unabhängig von der Stärke und Spannung des zugeführten Stromes geregelt
und verteilt wird.
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Die Regelung der Temperatur in den symmetrischen Kanälen kann durch
Verringerung oder Vergrößerung des freien Durchflußquerschnittes dieser Kanäle erfolgen.
Dadurch wird die Intensität des beim Durchgang des elektrischen Stromes durch das
den elektrischen Widerstand bildende Bad entstehenden jouleschen Effektes geändert.
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Ein Mittel zur Verringerung des Durchflußquerschnittes dieser Kanäle
besteht in der Verwendung eines Schiebers oder sonstigen Sperrorgans, welches mehr
oder weniger tief in das Bad eingetaucht wird. Dasselbe kann übrigens 'auch ausschließlich
dazu verwendet werden, den Schaum und andere auf dem Bad schwimmende Unreinigkeiten
zurückzuhalten.
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Wenn das Sperrorgan nur diese letztgenannte Aufgabe haben soll und
nicht dazu dient, an seiner Eintauchstelle die Temperatur zu erhöhen, so kann der
joulesche Effekt, der sonst durch die Verringerung des Kanalquerschnitts am Sperrorgan
hervörgerüfenwürde;
dadurch-neutralisiert-we-rden; daß man beiderseits des Sperrorgans je eine Elektrode
gleicher Phase anordnet. Durch Zurückziehen derjenigen der Elektroden,..die sich
in- der- -Fließ-. richtung vor dem Sperrorgan befindet, wird der Joulesche Effekt
wiederhergestellt.
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Die angestrebte örtliche Erhöhung der Wärme- -entwicklung ist . notwendig,
um ein homogenes Schmelzen der den Beschickungsstellen des Ofens zugeführten festen
Bestandteile und ebenso um ein Läutern des Glasbades zu erreichen. Damit das Bad
selbst als elektrischer Heizwiderstand wirkt, wird die notwendige Hitze zweckmäßig
in Zonen des Bades konzentriert, welche soweit wie möglich von den Stellen, an denen
sich die Elektroden befinden,-entfernt sind. So kann man die Elektroden in einer
Zone des Bades anordnen, welche einen größeren Querschnitt als die übrigen Zonen
hat, wodurch sich auch für die, Elektroden selbst eine geringere Erhitzung ergibt.
Gleichviel aus welchem Werkstoff die Elektroden hergestellt sind, erreicht man auf
diese Weise eine Schonung und längere Lebensdauer der Elektroden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung eines Glasschmelzofens
werden durch eine Dreiphasenverteilung drei Elektroden gespeist, die in genau gleichen
Abständen auf dem Grundriß des Ofens derart verteilt sind, daß sie das in Schmelzung
befindliche Glas in drei gesonderten Kanälen elektrisch heizen, welche zwei kleine
Beschickungsherde mit dem Entnahmevorherd symmetrisch verbinden, indem ein vollkommener
Dreiphasenstromkreis gebildet wird.
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Nach einer anderen Ausführungsform wird die Bildung von nur zwei Stromkreisen
vorgesehen für den Fall, in dem der Ofen nur mit zwei Phasen gespeist wird.
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Bei der Regelung können natürlich außer den durch die Erfindung vorgesehenen
Mitteln auch außerhalb des Ofens auf die elektrischen Vorgänge wirkende Mittel zur
Anwendung gelangen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen von elektrischen Glasschmelzöfen
gemäß der Erfindung als Beispiele dargestellt.
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Abb. i ist ein waagerechter Schnitt durch einen mit Dreiphasenstrom
gespeisten Ofen von dreieckiger Gestalt, sein Querschnitt weist drei gerade Seiten
auf, die durch Kurvenstücke verbunden sind, wobei Mittel vorgesehen sind, um den
Durchflußquerschnitt der beiden seitlichen Kanäle zu ändern; Abb. 2 bis 4 zeigen
eine Ausführungsform eines Schmelzofens, bei dem die beiden seitlichen Kanäle ebenfalls
in ihrem Querschnitt, und zwar durch eine Erhöhung ihres Bodens, geändert werden;
Abb. 2 ist ein Schnitt nach der geraden Linie A-A" der Abb. 3; die Abb. 3 selbst
ist ein waagerechter Schnitt und die Abb. 4 ein senkrechter Schnitt in der Abwicklung
der Linie A-A'-A" der Abb. 3 ; Abb. 5, 6 und 7 zeigen eine dritte Ausführungsform,
bei welcher die Änderung des Durchflußquerschnitts durch eine Querverengung der
beiden seitlichen Kanäle erzielt wird; Alb. 5 ist ein Schnitt nach der geraden.
Linie B-B" der Abb. 6, welche ihrerseits ' eineix waagerechter i- ' darstellt; Abb.
7 ist ein Schnitt in Abwicklung der Linie B-B'-B" der Abb.6; Abb. $, 9 und. i.o
zeigen. eine vierte Ausführungsform, bei welcher die Änderung der Temperatur durch
Verstellung der Elektroden bewirkt wird; Abb. 8 ist ein Schnitt nach der geraden
Linie C-C" der Abb. 9; die Abb. 9 selbst ist ein waagerechter Schnitt und die Abb.
io ein Schnitt in Abwicklung der Linie C-C'-C" der Abb. 9; Abb. i i ist ein senkrechter
Schnitt durch einen Ofen von rechteckiger Form, der in Abb. 12 in einem waagerechten
Schnitt dargestellt ist; er ist mit vier Elektroden versehen, durch welche sich
zwei symmetrische Kanäle ergeben, wenn die äußeren Elektroden an eine gleiche Phase,
die Zwischenelektroden je an eine verschiedene Phase angeschlossen sind und der
Entnahmevorherd an einem Ende des Ofens angeordnet ist; Abb. 13 ist ein senkrechter
Schnitt durch einen rechteckigen Ofen mit vier von Dreiphasenstrom gespeisten Elektroden,
von welchen zwei an die gleiche Phase angeschlossen sind und wo der Entnahmeherd
sich an einer der Ofenlängswände befindet; Abb. 14 ist ein waagerechter Schnitt
durch diesen Ofen; Abb. 15 zeigt eine Reihe von in Dreieckschaltung geschlossenen
Stromkreisen mit mehreren Reihen von Elektroden, die mit Dreiphasenstrom gespeist
werden und an den Scheiteln einer Zickzacklinie liegen, die abwechselnd an den entgegengesetzten
beiden Längsseiten eines rechteckigen Ofens angeordnet sind; Abb. 16 ist ein senkrechter
Schnitt und Abb. 17 ein waagerechter Schnitt durch einen rechteckigen Ofen, dessen
Elektroden mit Zweiphasenstrom gespeist werden und dessenEntnahmeherd sich in der
Mitte einer der beiden Längswände befindet; Abb. 18 und i9 zeigen einen Ofen mit
drei mit Dreiphasenstrom gespeisten Elektroden und zwei parallelen seitlichen Kanälen;
dabei :ist Abb. i8 ein senkrechter Schnitt nach der Linie E-E'-E"-E"' der Abb. i9
und die letztere ein waagerechter Schnitt dieses Ofens; Abb.2o ist ein senkrechter
Schnitt nach Linie D-D der Abb.21 und die letztere ein entsprechender waagerechter
Schnitt eines Dreiphasenofens, dessen Entnahmeherd gleichzeitig drei Glasspinndüsen
speist; Abb. 22 ist die schematische Darstellung des Arbeitsprinzips eines Ofens,
der mit einem Schaumwehr versehen ist und in welchem die örtliche Temperaturerhöhung
mittels einer Bodenerhöhung erzielt wird, während die Elektroden in Abteilen größeren
Querschnitts liegen, in welchen die Temperatur demnach niedriger ist, so daß die
Elektroden geschont werden (dieses ist eines der wesentlichen Kennzeichen der Erfindung)
; Abb. 23 und 24 zeigen ein für Zwecke der Küh-
Jung hohles, bewegliches
Schütz, das zwecks Änderung der Durchflußquerschnitte und damit der Temperatur in
den Querschnitten gehoben und gesenkt werden kann; Abb. 25 zeigt eine Ansicht einer
auf einem geeigneten Sitz gelagerten, geneigten Elektrode, wobei der in der Ofenwand
für die Lagerung vorgesehene Durchgang durch einen konischen Stopfen geschlossen
ist, welcher denjenigen Teil der Elektrode abdeckt und schützt, der abwechselnd
von dem Glas bespült und dann wieder von ihm unberührt gelassen wird; Abb. 26 ist
ein Querschnitt nach der Linie k-X der Abb. 25, und .
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Abb. 27 ist eine schaubildliche Darstellung des Stopfens, der den
Elektrodendürchgang schließt. In Abb. i bezeichnen i, 2 und 3 die geraden Wände
eines in Form eines Dreiecks gebildeten Ofens, welche nicht in scharfen Winkeln
sich schneiden, sondern durch entsprechende Kurvenstücke .4, 5 und 6 ineinander
übergehen. 7 ist eine feststehende Elektrode. 8 und 9 sind zwei bewegliche Elektroden,
die mit Bezug auf die feststehende Elektrode 7 jede Stellung zwischen den der Elektrode
7 am nächsten liegenden Punkten 8, 9" und den entfernt liegenden Punkten
8b, 9b einnehmen können, wodurch die Temperatur in den leiden seitlichen Kanälen
io und i i geändert werden kann, in welchen das geschmolzene Glas von den kleinen
Beschickungsherden 12, 13 aus fließt, die in der Nähe der festen Elektrode
7 liegen und die zu schmelzenden festen Bestandteile aufnehmen. Die beiden Kanäle
io und ii erstrecken sich zu dem Entnahmeherd 14, in dessen Nähe sich die beiden
verstellbaren Elektroden 8 und 9 befinden. Diese beiden Kanäle werden von den Außenwänden
i und 2 des Ofens und von den Wänden 15 und 16 des dreieckförmigen Hohlkörpers 17
aus feuerfestem Werkstoff gebildet, der in der Mitte des Ofens angeordnet ist.
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Die seitlichen Kanäle io und ii sind gleich lang und liegen symmetrisch
zur. senkrechten Mittelebene des Ofens. Ihr Gesamtquerschnitt ist gleich dem Querschnitt
des Kanals i9, in welchem sie sich vereinigen und der über das Wehr 18 in den Entnahmeherd
14 mündet. Quer zu den seitlichen Kanälen io und i i tauchen in diese Schütze 2o
und 21, die nicht nur dazu dienen, den Schaum der geschmolzenen flüssigen Masse
zurückzuhalten, sondern auch die Aufgabe haben, den Durchgangsquerschnitt zu verengen
und dadurch eine örtliche Temperaturerhöhung zwecks Homogenisierung und Läuterung
des Glases zu bewirken (Abb. i und folgende).
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Zur Verengung des Durchflußquerschnitts können auch örtliche Erhöhungen
des Bodens an geeigneten Stellen der seitlichen Kanäle vorgesehen sein (Abb. 3 und
4.). Gegebenenfalls kann dieses Mittel auch allein zur Anwendung gelangen.
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Weiter kann man eine Änderung der Temperatur erreichen, indem man
zu beiden Seiten der Schütze oder Wehre 20, 2 1 Hilfselektroden (Abb. 4)
24, 25 anordnet. Wenn man die Elektrode 24 herausnimmt, so entsteht in dem Kanal
eine örtliche, d. h. auf den Bereich des Drosselorgans beschränkte Temperaturerhöhung,
weil der elektrische Strom das Bestreben hat, durch die gedrosselte Stelle 27 hindurch
zur Elektrode 25 zu gelangen. Natürlich sind die beiden Elektroden 24, 25 an die
gleiche Phase angeschlossen. Bei der Anordnung der Elektroden in der in Abb. 4.
dargestellten Weise ergibt sich in dem betreffenden Bereich eine niedrigere Temperatur,
als wenn die Elektrode 24 entfernt wäre.
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Die Abb. 5, 6 und 7 zeigen eine andere Methode zur örtlichen Erhöhung
der Temperatur. In den Kanälen io und i i ist bei ioa, i i, eine Querschnittsverengung
dadurch herbeigeführt, daß die beiden einander gegenüberliegenden Wände jedes Kanals
einander um ein geringes genähert sind, 2o und 21 sind, wie vorbeschrieben, Schütze,
die senkrecht von oben quer zu den Kanälen in diese tauchen und sowohl zum Abschöpfen
des Schaumes als auch zur weiteren Drosselung des Durchgangsquerschnitts für das
geschmolzene Glas dienen. 17Q ist der mittlere Hohlkörper des Ofens aus feuerfestem
Werkstoff. 18" ist das Wehr, welches den Sammelkanal i9« von dem Entnahme- oder
Ziehherd 14" trennt.
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Abb. 7 zeigt eine Abänderung der Anordnung der Hilfselektroden, und.
zwar ist nur eine Hilfselektrode an jedem Drosselorgan 20, 21 vorgesehen. Man erzielt
eine Änderung der Temperatur, wenn man die Hilfselektrode aus der Stellung 24ü in
die Stellung 24ä oder umgekehrt bringt.
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Bei der Ausführung nach Abb. 9 und io wird die Änderung der Temperatur
ausschließlich mittels Sperrorganen tob, gib und zwei Hilfselektroden 24b; erreicht,
je nachdem, ob die Elektroden in der Fließrichtung vor oder hinter den Sperren angeordnet
werden.
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Die Abb. ii und 12 zeigen einen Dreiphasenofen mit rechteckigem Tank,
in dem die Elektroden in Reihen angeordnet sind. Die äußeren Elektroden 28, 29 sind
an die gleiche Phase und die Zwischenelektroden 30, 31 an zwei verschiedenen Phasen
angeschlossen. 32 ist eine Sperre, welche nur dazu dient, den Schaum des Bades zurückzuhalten.
Der Entnahmeherd iq.b befindet sich an dem dem Beschickungsende gegenüberliegenden
Ende des Ofens.
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Die Abb. 13 und 14 zeigen einen Ofen ähnlich demjenigen der Abb. i
i und 12, wobei der Unterschied darin besteht, daß der Entnahmeherd 14, in der Mitte
einer der Längswände des Ofens angeordnet ist.
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Bei der schematischen Darstellung gemäß Abb. i 5 soll der Ofen ebenfalls
von rechteckiger, länglicher Form sein. In ihm werden mehrere Dreiphasenstromkreise
gebildet, die so hintereinandergeschaltet sind, daß jeweils eine Seite zwei aufeinanderfolgenden
Stromkreisen gemeinsam ist. Die Elektroden der drei Phasen liegen hintereinander
auf den Scheiteln einer Zickzacklinie, d. h. die Elektroden I, II, III; I, 1I, III
liegen abwechselnd und versetzt zueinander an den beiden Längswänden 31,
32 des rechteckigen Tanks.
Die Abb. 16 und 17 zeigen einen rechteckigen
Tank mit Elektroden 33, 33', welche durch Zweiphasenstrom gespeist werden. Die Elektroden
haben eine festliegende Entfernung voneinander, und die Regelung der Temperatur
kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Zahl der Elektroden einer
bestimmten Polarität mit Bezug auf die Zahl der Elektroden einer anderen Polarität
geändert wird.
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Die Abb. 18 und ig zeigen einen Dreiphasenofen mit zwei parallelen
seitlichen Kanälen ioe, i i, die in dem Kanal 18" zusammenfließen. Der Boden jedes
Kanals iäe, i i, besitzt eine Erhöhung 41 bzw. 42. Eine Elektrode 37 befindet sich
in dem Verbindungskanal 18" in der Mitte des zwischen den beiden Seitenkanälen vorgesehenen
Steges. 14e ist der Entnahme- oder Ziehherd. 39 und 40 sind die Beschickungsherde
und 33, 33* die in der Nähe der Beschickungsherde liegenden Elektroden. Die Erhöhungen
41 und 42 verringern im mittleren Teil der Kanäle die Tiefe des Bades und bewirken
dadurch eine entsprechende örtliche Erhöhung der Temperatur.
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Bei dem Ofen gemäß den Abb. 20 und 21 speist ein Vorherd i4f gleichzeitig
drei Spinndüsen 43, 44, 45. Ein derartiger Ofen kann unmittelbar auf einer Maschine
zum Spinnen von Glas angeordnet werden. Mit festen Rohstoffen gespeist, gestattet
eine solche Anlage sowohl ein kontinuierliches Schmelzen als auch ein kontinuierliches
Spinnen.
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Gemäß der schematischen Darstellung der Abb. 22 tauchen die Elektroden
47, 48 in sehr große Abteile 49, 5o des Glasbades. Hier herrscht die niedrigste
Temperatur. Das Sperrorgän 51 hält den Schaum und andere auf dem Bad schwimmende
Unreinigkeiten zurück und trägt gegebenenfalls noch zu der bereits durch die Bodenerhöhung
59 bewirkten Querschnittsverminderung des Bades bei, um die Temperatur des Bades
entsprechend zu erhöhen.
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Aus den Abb. 23 und 24 ist ersichtlich, wie sich eine genaue Einstellung
der Höhenlage des Drosselschiebers 51" mittels Seilen 52, 53 bewirken läßt, die
mit Gegengewichten 52", 53' versehen sind. Die Verstellung erfolgt durch
um Rollen geführte Verstellseile 54, 55.
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Bei der Lagerung der Elektrode 6o gemäß Abb. 25 ruht die schräg in
das Bad eintauchende Elektrode auf einem geneigten, halbzylindrischen Sitz 57, der
auf dem oberen Rand der Ofenwand 58 vorgesehen ist. In dem Bereich, in welchem die
Elektrode von der flüssigen Schmelze bespült, manchmal aber von dieser auch frei
gelassen wird, ist die Elektrode durch einen pyramiden- oder kegelförmigen Stopfen
59 abgedeckt. Dieser Stopfen schließt gleichzeitig den Durchgang zwischen der Ofenwand
58 und der Unterkante 61 der darüber befindlichen Wand. Abweichend von den bisher
benutzten senkrechten Elektroden wird bei dieser schrägen Anordnung die Elektrode
gegen die Angriffe der chemischen Bestandteile .des Bades, nämlich Natriumsulfat
und -oxyd sowie andere Schmelzmittel geschützt, welche sich besonders in denjenigen
Zonen schädlich auswirken, in welchen die Elektroden wechselweise vom Bad bespült
und trocken werden.