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Elektrischer Ofen, insbesondere zum Schmelzen von Glas oder glasartigen
Stoffen Die Erfindung betrifft elektrische Öfen, insbesondere zum Schmelzen von
Glas oder glasartigen Stoffen, bei welchen die Erhitzung des Schmelzgutes wenigstens
teilweise durch einen durch das als Widerstand wirkende Gut hindurchgeschickten
elektrischen Strom erfolgt, welcher mittels Elektroden zugeführt wird, deren jede
sich von einem Rand des Schmelzraumes bis zum anderen erstreckt. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf einen kontinuierlich arbeitenden Wannenofen des bekannten
Typs, dessen einem Ende das zu verarbeitende Gut aufgegeben wird, während die fertige
Schmelze am anderen Ende entnommen wird, und zwar einen solchen. Ofen, bei dem horizontal
liegende Elektroden quer zur Längsrichtung der Wanne zwischen der Zone, in welcher
das Schmelzgut aufgegeben wird, und der Entnahmezone angeordnet sind. Auf diese
Weise werden eine oder mehrere Erhitzungszonen gebildet, deren jede sich von einer
Längskante der Wanne zur anderen erstreckt und deren beide anderen Begrenzungen
durch -die .beiden Elektroden, zwischen denen der Strom fließt oder durch den Elektroden
im wesentlichen parallele, ihnen benachbarte Linien gebildet werden. Durch einander
parallele Anordnung der Elektroden von zylindrischer Form wird so eine Heizzone,
innerhalb welcher die in .der Längsrichtung verlaufenden Stromlinien in den verschiedenen
längsgerichteten Vertikalebenen im wesentlichen einander gleich sind, und damit
eine gleichmäßige Erhitzung im
Quersinn der Wanne geschaffen. Mit
anderen Worten ist die Erhitzung in einer dem Zentrum des Ofens benachbarten Ebene
praktisch die gleiche wie in einer mehr nach den Wandungen zu gelegenen.
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Es sind aber nun Fälle denkbar, in denen es erwünscht sein kann, diese
Verteilung der Erhitzung im Quersinn zu ändern, sei es beispielsweise, wenn ein
störender, von den Längswandungen der Wanne ausgehender Einfluß berücksichtigt werden
muß, sei es aus anderen Gründen.
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Die Erfindung schafft diese Möglichkeit. Sie besteht darin, daß bei
durch Joulesche Wärmebeheizten Glasschmelzöfen der eingangs beschriebenen Art wenigstens
eine der die beheizte Zone der Wanne abgrenzenden Elektroden eine von der g eravdl!iniigen
abweichende Form besitzt.
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Diese Elektrode bzw. Elektroden sind aus mehreren Elementen zusammengesetzt,
durch deren entsprechende Labore zueinander es derart möglich ist, den Abstand,
welcher die einander entsprechenden Punkte der zwischen sich die heiße Zone der
Wanne einschließenden Elektroden voneinander trennt und damit die Länge der elektrischen
Stromlinien, welche von einer Elektrode zur anderen verlaufen, erheblich zu ändern.
Als Folge hiervon ergibt sich eine Änderung der Beziehung, welche-zwischen den Längen
dieser verschiedenen Stromlinien besteht, je nachdem, ob man mehr oder weniger weit
vom Zentrum oder den Wandungen der Wanne entfernt liegende Längsebenen betrachtet.
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Die Erfindungermöglicht es derart, die Intensität oder Lage der durch
die Elektroden gebildeten heißen Zone in der Querrichtung des Ofens unterschiedlich
zu gestalten.
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Indem häufigsten Fall, daß die beiden Elektroden nicht senkrecht angeordnet
sind, wird diese Regelung der Länge der Stromlinie durch eine Änderung der Lage
der Elemente in der Horizontalebene erreicht: Wenn die Elektroden in senkrechter
Ebene angeordnet sind, erhält man das gleiche Ergebnis durch Änderung der Lage der
die Elektroden bildenden Elemente in der Vertikalebene.
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Man kann ferner aber auch die Lage der Elemente regeln,, ohne den
Abstand zu ändern, welcher zwei Punkte einander zugeordneter Elektroden voneinander
trennt. Um dies zu erzielen, genügt es, wenn es sich um zwei in horizontaler Richtung
vonein-_ arider entfernte Elektroden handelt, beispielsweise die Lage der Elemente
j eder Elektrode in ihrer eigenen Vertikalebene- zu ändern und hierbei gleichzeitig
dieselbe Änderung bei den Elementen der zugeordneten Elektroden vorzunehmen. Eine
solche Regelung ermöglicht es, den Stromlinien, welche von einer Elektrode zur anderen
verlaufen, verschiedene Tiefen zu geben, je nachdem, ob man mehr oder weniger weit
vom Zentrum oder von den Wandungen entfernte Längsebenen betrachtet. Hierdurch ergibt
sich ein zweites Mittel, um auf die Verteilung der Erhitzung in der Querrichtung
der Wanne auf das in ein und derselben Horizontalebene befindliche Gut einzuwirken.
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Die Zusammensetzung einer sich quer über die Wanne erstreckenden Elektrode
aus mit ihren Enden in Längsrichtung aneinanderstoßenden Einzelelementen ist an:
sich bekannt. Diese Maßnahme hat aber, wie ersichtlich, obwohl auch gemäß der Erfindung
aus mehreren Teilen zusammengesetzte Elektroden verwendet werden, schon hinsichtlich
der Problemstellung nichts mit der Erfindung zu tun.
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Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung an
Hand der Abbildungen beschrieben, ohne daß aber die Erfindung auf die l-edli@glich
beispielsweise beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen beschränkt
wäre. Die Abbildungen zeigen jeweils schematisch einen Horizontalabschnitt durch
verschiedene Typen von Wannenöfen.
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In Abb. I ist mit I der Wannenofen mit den Längswandungen 2, 2a bezeichnet.
Der Weg des Schmelzgutes zwischen der Aufgabestelle für das GemwschundiderErntnahmesbelleist@durch
idenPfeil f angedeutet. Mit 3 und 4 sind zwei im Wege des Schmelzgutes liegende
und jede an einen anderen Pol einer Stromquelle 5 angeschlossene Elektroden bezeichnet.
Jede dieser Elektroden erstreckt sich in der Querrichtung,der Wanne von einer Wandung
2 zur anderen Wandung 2@. Jede der Elektroden oder die beiden in der Abbildung dargestellten
werden aus zwei Elementen 6, 6a und 7, 7a gebildet, die mit ihren Enden gegeneinandengestoßen
sind und deren jede nach der Erfindung eine von der der anderen unabhängige Lage
besitzt, so daß die Elektrode in ihrer Gesamtheit eine einer gebrochenen Linie entsprechende
Form aufweist. Die Elemente 6 und 611 jeder Elektrode besitzen das gleiche Potential,
und jedes der Elemente ist, vorzugsweise durch eine unabhängige Verbindung, an den
gleichen Pol der Stromquelle angeschlossen. Das Element 6 der Elektrode 3 ist so
gelagert, daß die Länge der Stromlinien 8,, welche zwischen der Elektrode 3 und
der Elektrode 4 verlaufen, sich mit Vergrößerung des Abstandes von der Wandung 2
bis zur Längsachse 9 der Wanne erhöht. Das Element 6a der Elektrode 3 besitzt selbst
eine andere Lage, derart, daß die zwischen den Elektroden 3 und 4 verlaufenden Stromlinien
an Länge in dem Maße abnehmen, in welchem man sich nach Überschreiten der Mittellinie
der Wanne von der Wandung 2 entfernt. In bezug auf horizontal einander parallel
angeordnete Elektroden ergibt die Anordnung nach Abb. i den Vorteil einer Verstärkung
der Erhitzung längs der Wandungen zum Nachteil der Erhitzung in den mittleren Zonen,
wobei diese Änderung der Verteilung der Erhitzung progressiv von jeder Wandung bis
zur Wangenmitte erfolgt. Diese Anordnung ist besonders dann von Verteil, wenn die
Erhitzung längs der Wandungen gesteigert werden soll,, um deren abkühlende Wirkung
auf die Schmelze auszugleichen.
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In Abb. 2, die sich auf einen Ofen des gleichen Typs wie der nach
Abb. i bezieht und in der die gleichen Bezugszeichen die gleichen Organe bezeichnen,
sind das Element 6 der Elektrode 3 und das Element 7 der Elektrode 4, welche der
gleichen Wandung 4 der Wanne entsprechen,'so gelagert, daß sie konvertieren und
sich hierbei L-leichzeitia von
der Wandung derart entfernen, daß
der Abstand, der sie voneinander trennt, in dem Maße abnimmt, wie man mehr von .der
Wandung entfernte Längsebenen betrachtet. Auf diese Weise kann die Beheizung längs
der Wandung verringert und gleichzeitig die der Mitte verstärkt werden, was sich
als wünschenswert in dem Fall erweisen kann, daß man beispielsweise die Abnutzung
des feuerfesten Materials an den Wandungen, welches sich im Kontakt mit einer Schmelze
von erhöhter Temperatur befindet, verringern will. Dank der gebrochenen Form der
Elektroden kann man die gleiche Anordnung auf der anderen Hälfte der Wanne,. welche
der Wandung 2a entspricht, treffen und für diese Wandung .das gleiche Ergebnis erzielen.
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Die Abb. 3 -und q. beziehen sich auf einen Wannenofen mit mehreren
Abteilen, deren Achsen nicht untereinander parallel sind und die beispielsweise
in einer Anordnung entsprechend den Zweigen eines Y, eines T od. -dgl. zueinander
liegen.
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Die Abb. 3 zeigt einen Wannenofen von der Form eines Y mit zwei Abteilen
io und ii für -die Aufgabe des Schmelzgutes ilnd einen Kanal 12, welcher in Richtung
des Pfeils f in eine in der Abbildung nichtdargestellte Entnahmezone mündet. Die
Achsen der Abteile sind durch,die Linien 13 und 1d. und die Achsen .des Kanals i2
durch den Pfeil f angedeutet. Der Ofen ist für den Betrieb mit Dreiphasenstrom vorgesehen
und mit drei Elektroden, 15,
16 und 17 ausgerüstet, von denen je eine
in einem der Abteile angeordnet ist, und zwar so, daß sie sich über die ganze Breite
,dieser Abteile erstrecken.
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Gemäß der Erfindung wird jede dieser Elektroden durch Elemente gebildet,
welche hinsichtlich ihrer Lage unabhängig voneinander regelbar sind. Insbesondere
kann, wie die Abb. 3 zeigt, das Element 18 der Elektrode 16, welches die Wandung
i9 der Wanne durchdringt, parallel dem Element 2o der Elektrode 15 angeordnet sein,
welches dieser gleichen Wandung ig entspricht. Ebenso kann das Element 2 i der Elektrode
15, welches der Wandung 22 entspricht, parallel zu dem Element 23 der Elektrode
17 angeordnet sein, welches der gleichen Wandung 22 entspricht. Gleichzeitig
können ferner die beiden Elemente 2q. und 25 der Elektroden 17 und 16 parallel zueinander
in dem Teil, welcher der Wandung 26. .der Wanne entspricht, angeordnet sein. Auf
diese Weise erhält man für die Gesamtheit der Elektroden eine Anordnung, bei welcher
in der Nachbarschaft jeder Wandung der Abstand zwischen einander zugeordneten Elektroden
in den verschiedenen Ebenen parallel zu den Wandungen im wesentlichen .der gleiche
ist. Dieses Ergebnis wird trotz der nicht einander parallelen Lage der Achsen der
Abteile erzielt und durch die Form einer gebrochenen Linie, die jeder der Elektroden
gegeben wird, ermöglicht. Es wird so vermieden, .daß in der Nachbarschaft der Wandungen
einander zugeordnete Elektroden in bezug aufeinander in ihrer Richtung divergieren,
was der Fall sein würde, wenn man bei einem Wannenofen diesen Typs geradlinig verlaufende
Elektroden verwenden würde, in der durch die punktierten Linien 27 und 28 in der
Abbildung angedeuteten Anordnung. Durch Vermeidung dieses Divergierens der Elektroden
wird die Dichte der Stromlinien längs dier Wandungen, gegenüber der in den von diesen
Wandungen entfernteren Zonen verringert und damit im gewissen Grade die Beanspruchung
bzw. die Abnutzung der Wandungen.
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In dieser Hinsicht wird ein sehr wirksames Ergebnis erzielt, wenn
die entsprechenden Elemente zweier Elektroden, wie der Elektroden 18 und 2o, Lagen
erhalten, welche in Richtung auf das Innere der Wanne konvergieren.
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In zahlreichen Fällen wird man jedoch eine hinreichend gemäßigte Temperatur
längs der Wandungen erzielen, wenn man diesen Elementen die gleiche Lage oder sogar
Lagen gibt, die zwar etwas divergieren, aber weniger verschieden sind als die, welche
einer geradlinigen Ausbildung der Elektroden senkrecht zu den Achsen 13 und 1q.
entsprechen würden, wie sie die punktierten Linien 27, 28 andeuten.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß .die Widerstandsfähigkeit der Wandungen
gegen Abnutzung durch eine zu hohe Temperatur des Bades erhöht wird, wenn diesen
Wandungen, wie i9, zwischen zwei Elektroden ein geradliniger Verlauf ohne irgendwelche
Vorsprünge gegeben wird. Eine solche Anordnung wird in Abb. 3 .dargestellt. In diesem
Fall erhält man gute Ergebnisse, indem man rechtwinklig zu der Wandung Elektrodenelemente
anordnet, welche diese durchdringen.
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Abgesehen von der Regelung der Temperaturen vom Gesichtspunkt der
Erhaltung der Wandungen und der Behandlung des Schmelzgutes selbst, ermöglicht es
die Anordnung nach der Erfindung, auf die Verteilung der Belastungen auf die Phasen,
beispielsweise die drei Phasen eines Dreiphasenstroms, einzuwirken. In dieser Hinsicht
ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung es gestattet, die Längen der Stromlinien
zu beeinflussen, ohne die Lage der Stellen zu ändern, an welchen die Elektroden
die Wandungen der Wanne durchdringen.
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In Abb. 4. ist eine Wanne mit drei Abteilen 2g, 30 und 31 dargestellt,
welche auf ein gemeinsames Abteil 32 zu verlaufen. Das Schmelzgut wird jedem der
ersteren Abteile, welche sich in dem Abteil 32 vereinigen, aufgegeben und gelangt
so in die Entnahmezane. Es sind drei Elektroden 33, 34 und 38 vorgesehen, von denen
je eine in jedem der drei Abteile angeordnet ist. Die Elektroden können durch Dreiphasenstrom
gespeist werden.
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Gemäß ,der Erfindung besteht jede Elektrode aus mehreren, beispielsweise
zwei Elementen, wie dies in Abb. q. dargestellt ist. Hierdurch wird trotz des Winkels,
welchen die Achse der Abteile 2.9 bis 31
mit der Achse des Abteils 3o bildet,
eine Elektrodenanordnung möglich, bei welcher die Elektroden sowohl in der Nachbarschaft
der Wandung 35 wie der der Wanidung 36 untereinander paralliel unid beispielswei,se
senkrecht zu diesen Wandungen liegen.
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Vorstehend ist :davon ausgegangen worden, daß die Lage der Elemente
bei jeder Elektrode in einer horizontalen Ebene erfolgt, so daß jede Elektrode
nach
der Erfindung im Grundriß die Form einer gebrochenen Linie besitzt.
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In dem nicht in den Abbildungen dargestellten Fall, in welchem die
Erfindung zur Regelung _ der Lage .der Elektrodenelemente in einer vertikalen Ebene
benutzt wird, ergibt sich die gebrochene Form der Elektrode in einer vertikalen
Ansicht.
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Bei allen vorstehend beschriebenen und beispielsweisen Ausführungsformen
bestehen die Elektroden aus zylindrischen Stäben, die durch in den Wandungen der
Wanne unterhalb des Badspiegels vorgesehene Öffnungen in -das Innere der Wanne hineinreichen.
Diese Bauart der Elektroden ermöglicht eine leichte Auswechslung derselben, da es
zwecks Einführung eines neuen Elektrodenelements in das Innere des Ofens genügt,
mit Hilfe dieses Elements das gebrauchte Element hineinzustoßen, so daß es in das
Innere der Schmelze gelangt, von wo es leicht entfernt werden kann. Diese Maßnahme
wird dadurch erleichtert, daß die beiden Elemente, welche die Elektrode bilden,
gemäß der Erfindung untereinander einen Winkel bilden und daher nicht das eine in
der Verlängerung des anderen liegt. Es ist daher leicht, durch Zurückschieben des
einen der Elemente um ein gewisses Maß die Möglichkeit dafür zu schaffen, daß das
andere ohne Hindernis in das Innere der Wanne hineingestoßen werden kann.
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Die Erfindung kann auch unter Verwendung anderer als -der in den Abbildungen
dargestellten Elektrodentypen ausgeführt werden. So kann man jede der Elektroden
aus stabförmigen Elementen bilden, die in vertikaler Richtung, sei es durch das
Gewölbe, sei es durch den Boden der Wanne, in diese eingeführt sind und in ihrer
Gesamtheit einen vertikalen Rost aus nahe aneinanderliegenden Stäben bilden, der
sich von einem Rand der Wanne zum anderen erstreckt. In diesem Fall besteht die
Anordnung nach,der Erfindung darin, daß die Linie, welche durch die Enden der Stäbe
hindurchgeht, in einer horizontalen. oder vertikalen Ebene eine- gebrochene Kurvenform
erhält.