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Verfahren und Ofen zur Herstellung von Glas Die vorliegende Erfindung
betrifft die Herstellung von Glas und insbesondere die zum Schmelzen der glasbildenden
Stoffe und zu ihrer Läuterung erforderliche Beheizung.
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Eine solche Herstellung verlangt bekanntlich die Anwendung hoher Temperaturen,
und man konnte bereits große Vorteile bei der Anwendung zur Beheizung des Glases
erzielen, indem man eine Beheizungsart anwandte, die darin bestand, daß man durch
das Bad geschmolzenen Glases den elektrischen Strom hindurchgehen ließ. Eine solche
Beheizung erzeugt die Temperatur in der zu erhitzenden Glasmasse selbst. Außerdem
beruht sie nicht wie die Beheizung durch eine außerhalb der Glasmasse befindliche
Heizquelle auf einer Temperaturdifferenz, die unerläßlich ist zwischen dieser Quelle
selbst und dem Glase, so daß sie nicht, wie beispielsweise bei der Beheizung durch
Flammen, den Nachteil aufweist, die Ausbeute in dem gleichen Maße"zu verringern,
wie die Temperatur des Glases ansteigt.
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Es Nvar daher angezeigt, danach zu streben, den Durchgang eines elektrischen
Stromes durch das Bad zur Herstellung solcher Gläser anzuwenden, die sehr hohe Temperaturen
erfordern, wie die harten Gläser oder die Borsäure enthaltenden Gläser mit geringen
Ausdehnungskoeffizienten. Aber die bisher vorgeschlagenen Mittel gestatteten es
nicht, wirklich vollkommene Ergebnisse zu erzielen, da das erzeugte Glas eine gewisse
Färbung aufwies.
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Ebenso hat die Anwendung dieser Beheizungsart, die bei der Herstellung
von Glas gewöhnlicher Zusammensetzung in zahlreichen Fällen gute Ergebnisse gezeitigt
hat, es noch nicht ermöglicht,
laufend als extraweiß bezeichnete
Gläser herzustellen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren
zur Beheizung des Glasbades im unmittelbaren Stromdurchgang, das die vorteilhaften
Eigenschaften dieser Beheizungsart ausnutzt, ohne die Nachteile der Färbung, die
bisher aufgetreten sind, mit sich zu bringen.
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Dieses Verfahren besteht darin, daß das Glas während seiner Schmelzung
mittels eines elektrischen Stromes beheizt wird, der durch mit dem zti erarbeitenden
Glase in Berührung stehende Elektroden zugeführt wird, und daß die Berührung des
Glases mit diesen Elektroden unterbrochen wird, sobald dessen Schmelzung beendet
ist, d. h. das Glas zur Läuterung fertig ist oder auch vor diesem Augenblick, woraufhin
die Läuterung mittels jeder geeigneten Beheizungsart durchgeführt werden kann unter
Ausschluß der Einwirkung des durch die Elektroden zugeführten elektrischen Stromes.
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Indem sie derart die Anwendung dieser letzteren Beheizungsart auf
die der Läuterung vorangehende Periode der Herstellung beschränken, haben die Erfinder
insbesondere festgestellt, daß es möglich ist, nicht gefärbtes Glas zu erhalten,
wobei eine Berührung des Glases selbst mit Elektroden während einer hinreichenden
Zeit zulässig war, um dem Glas die Vorteile der hohen Temperaturen zuteil werden
zu lassen, die leicht in der Nähe der Elektroden erzielt werden können, und zwar
auch bei Anwendung von Graphitelektroden, deren Eignung, sehr hohe Temperaturen
zu ertragen, bekannt ist, die indes die Neigung haben, das Glas zu färben.
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Bekanntermaßen bewirkt der Graphit bei Berührung mit Glas durch Reduktion
gewisser das Glas bildender Elemente eine Färbung der Masse, die entweder von der
Anwesenheit von Teilchen fein verteilten Kohlenstoffes oder von Schwefelverbindungen
herzurühren scheint. Das Verfahren gemäß dieser Erfindung vermeidet diese Nachteile
der Färhung und ermöglicht hinsichtlich ihrer Färbung, zufriedenstellende Erzeugnisse
zu erzielen. Dies scheint auf der Tatsache zu beruhen, daß die Elektroden nur während
der Schmelzperiode mit dem Glas in Berührung stehen, d. h. einer Periode, während
welcher im Glase im Laufe seiner Verarbeitung oxydierende Stoffe vorhanden sind,
die durch die verglasbaren Stoffe hereingebracht worden sind. Diese oxydierenden
Stoffe wirken der Bildung der Verbindungen entgegen, die dem Glas eine Färbung verleihen,
oder sie gehen mit diesen Stoffen N'erbindungen ein, die nicht färben.
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Wenn diese Wirkung der im Glase im Verlaufe der Verarbeitung vorhandenen
oxydierenden Stoffe nicht in dem Augenblick beendet ist, wo die Berührung des Glases
mit den Elektroden unterbrochen wird, kann sie sich während der Läuterung vollenden,
zufolge der Zeit, die zwischen dem Augenblick, wo die Berührung zwischen Glas und
Elektroden aufhört, und dem Augenblick, wo das Glas vom Ofen abgezogen wird, verstreicht.
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Es versteht sich, daß das Verfahren nach der Erfindung ebensogut in
dem Falle anwendbar ist, wo die Erzeugung im kontinuierlichen Betriebe erfolgt,
wie dann, wenn die Erzeugung im diskontinuierlichen Betriebe geschieht, d. h. ebensogut
dann, wenn es sich um einen sog. kontinuierlichen Ofen mit konstanter Höhe handelt,
in welchem fortlaufend gearbeitet wird, bei welchem an einem Ende die verglasbaren
Stoffe aufgegeben werden und am anderen Ende das fertige Glas abgezogen wird, als
auch dann, wenn es sich um einen Behälter für Tagesproduktion handelt, wo die verglasbaren
Stoffe zu einem, bestimmten Tageszeitpunkt eingebracht und geschmolzen werden und
nach erfolgter Läuterung schließlich zu einem anderen Zeitpunkt das fertige Glas
entnommen wird.
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Wenn es sich um kontinuierliche Ofen handelt, kann die Erfindung dergestalt
verwirklicht «-erden, daß die Anordnung der Elektroden auf den Teil der Glaswanne
beschränkt wird, in welchem die eigentlichen Schmelzoperationen durchgeführt werden,
d. h. unter Ausschluß des Teiles, wo die Läuterung des Glases erfolgt, wobei zwischen
dem Wannenteil, in dem sich die Elektroden befinden, und dem Wannenteil für die
Läuterung Einrichtungen angeordnet sind, die den Rückstrom des geläuterten Glases
in das die Elektroden enthaltende Wannenteil unterbinden oder jedenfalls wesentlich
begrenzen. Auf diese Weise wird erreicht, daß das geläuterte Glas nicht wieder in
Berührung mit den Elektroden gelangt. Diese E=inrichtungen können beispiels«-eise
aus einer Brücke bestehen, die das Glas nur in die Nähe der Oberfläche passieren
läßt und die sich über die ganze Breite des Bades erstrecken kann.
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Bei diskontinuierlichem Betrieb findet die Erfindung dergestalt Anwendung,
daß die Anwesenheit der Elektroden im Glas auf die Periode beschränkt wird, während
der das Einschmelzen der verglasbaren Stoffe stattfindet, indem die Elektroden aus
dem Bad herausgezogen werden, sobald der Hafen mit der zur Läuterung fertigen geschmolzenen
Glasmasse gefüllt ist oder noch vor diesem Augenblick. In dem einen wie in dem anderen
Falle wird die zur Läuterung erforderliche Hitze durch andere Mittel als den urimittelbaren
Stromdurchgang erzielt, und zwar beispielsweise durch Gas- oder Masutbrenner und
gegebenenfalls durch elektrische Mittel, wie Widerstände oder in der Masse selbst
durch Induktion erzeugte elektrische Ströme.
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Die Beheizungsart des Glasbades mittels Elektroden, die Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist, kann für die Schmelzung selbst mit äußeren Erhitzungsinitteln
für die Glaswanne vereinigt werden, beispielsweise einer Beheizung von oberhalb
des Glasbades oder einer das Glasbad vollständig umgebenden Beheizung. Diese Anordnung
gestattet, wenn im übrigen alle Anordnungen für das elektrische Beheizen unverändert
gelassen werden, ein schnelleres Schmelzen zu erzielen und die Dauer der Schmelzperiode
herabzusetzen, also eine Verminderung der Dauer der Berührung des Glases mit den
Elektroden herbeizuführen. Es ist alsdann möglich, ohne eine Verfärbung des Glases,
in der Masse des
Glases selbst durch den dort wirkenden elektrischen
Strom die Temperatur während des Schmelzens auf höhere Werte zu bringen.
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Verschiedene Merkmale der Erfindung und ihre Vorteile ergeben sich
deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung, die auf die Zeichnung Bezug nimmt,
welche lediglich als Beispiel verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens nach
der Erfindung zeigt.
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Es sind in der Zeichnung Abb. t und 2 Schnitte vom Grundriß und Aufriß
eines Ofens für kontinuierlichen Betrieb nach der Erfindung, Abb. 3 und .4 Schnitte
von Grundriß und Aufriß einer abgeänderten Ausführungsform eines Ofens für diskontinuierlichen
Betrieb nach der Erfindung; von Abb. 5 und 6 zeigt die eine eine Aufsicht und die
andere einen senkrechten Schnitt eines Ofens für diskontinuierlichen Betrieb, der
die Anwendung der Erfindung ermöglicht, während die Abb.7 und 8 senkrechte Schnitte
durch einen gleichen Ofen für diskontinuierlichen Betrieb wälrrend zweier Arbeitsperioden
darstellen.
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Bei dem in Abb. r und 2 dargestellten Ofen für kontinuierlichen Betrieb
weist die Wanne r an einem Ende eine Aufgabeöffnung 2 auf, durch welche die Ausgangsstoffe
aufgegeben werden, und am anderen Ende Öffnungen 3, durch welche das fertige Glas
abgezogen wird. Die Wanne weist nebeneinander die Schmelzzone 4, die Läuferzone
5 und die Zone 6 auf, in der die Masse auf Verarbeitungstemperatur gebracht und
entnommen wird.
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Ein elektrischer Strom wird in die Glasmasse mittels Elektroden 7
eingeführt, die in der SchnrelzzOne 4 angeordnet sind. Diese Elektroden ragen senkrecht
durch die Bodenfläche der Wanne hindurch.
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Erfindungsgemäß befindet sich keine Elektrode in der Zone 5, und es
ist außerdem eine Brücke 8 zwischen den Zonen 4 und 5 vorgesehen. Diese Brücke ist
derart angeordnet, daß sie die Glasmasse vom Raum 4 in den Raum 5 übertreten läßt,
aber ihre Rückkehr vom Raum 5 zu den Elektroden 7 hin verhindert.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß in der Scheidewand oder Brücke
eine Durchtrittsöffnung vorgesehen wird, deren Querschnitt hinreichend klein ist,
um zu erreichen, daß die beim normalen Abziehen des Glases entstehende Strömung
von 4 nach 5 keinen Raum für einen Rückstrom läßt. Die Öffnung kann auf jeder Höhe
in der die Zonen 4 und 5 trenenden Brücke angeordnet sein, und sie kann, wie beim
dargestellten Ausführungsbeispiel, vorteilhafterweise in der Höhe des Glasbades
selbst vorgesehen sein, um eine Art Türschwelle geringer Tiefe zu bilden.
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Mit der elektrischen Beheizung ist eine Beheizung mittels Flammbrennern
9 und to vereinigt. Flammbrenner r r gewährleisten die Beheizung der Glasmasse in
der Läuferzone.
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Der Ofen nach Abb. 3 und 4 unterscheidet sich vom vorhergehenden insbesondere
dadurch, daß der Wirkungsbereich der Elektroden, d. h. die Zone, wo der elektrische
Strom den Schmelzraum durchströmt, auf einen Teil dieser Wannenabschnitte begrenzt
ist, entsprechend dem Abschnitt 4b, der unmittelbar der Läuferzone vorgeschaltet
ist. Eine Brücke 12, nach Art der Brücke 8 angeordnet, trennt diesen Abschnitt
4b vom vorangehenden Abschnitt 4°, in welchem die Beschickung der Stoffe vorgenommen
wird und ihre Schmelzung beginnt. Die Brücke 12 verhindert, daß Glas, das von 4°
nach 4b geflossen ist, in den Abschnitt 4° zurückkehren kann. So wird die Wirkung
des elektrischen Stromes auf eine Menge Glas beschränkt, die verllältnismäßig gering
ist, denn der Ahsclinitt4b weist ein reduziertes Fassungsvermögen auf, und die Glasmasse
in diesem Abschnitt ergänzt sich ausschließlich entsprechend der durch Ausheben
abgezogenen Glasmenge unter Ausschluß jedes Zustromes infolge von Konvektionsströmen.
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Von einem Brenner r r° ausgehende Flammen durcliströinen die gesamte
Ausdehnung des Ofens und entweichen durch Austrittsöffnungen i ib und die Kanäle
r r c. Diese Flammen. die immer von r r° nach r rb gerichtet sind, gewährleisten
insbesondere beim Verlassen des Brenners r r° die kräftige Beheizung, die zur Läuterung
iir Zone 5 erforderlich ist. Zu diesem Zwecke wird die Verbrennung so geregelt,
daß zu Kopf die Flamme am heißesten ist, während das Ende der Flammen ohne -Nachteile
am wenigsten heiß sein kann, da sie hier nur die aufgegebenen, auf verhältnismäßig
niedriger Temperatur befindlichen Stoffe zu beheizen hat. Eine solche Anordnung
ist besonders vorteilhaft zur Herstellung harterGläser mit Borsäure, die bekanntlich
eine sehr hohe Temperatur zur Läuterung erfordern und die ebenso nur bei hoher Temperatur
bearbeitet werden können. Bei der dargestellten Anordnung weist die Zone 6 zum Ausheben
des Glases den Vorteil der Nachbarschaft mit dem heißesten Teil der Flammen auf.
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Die ausschließliche Anordnung der Elektroden im Abschnitt :4b gestattet,
den Vorteil zu erzielen, daß das Glas, wenn es in 4b eintritt, bereits durch die
Flammen im Abschnitt ,4° erhitzt worden ist und dank seiner Temperatur eine gute
Leitfähigkeit besitzt, die sogleich den Durchtritt eines elektrischen Stromes erheblicher
Stärke ermöglicht.
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Unter .'Xmvendung gleichwertiger elektrischer Einrichtungen ist mithin
die entwickelte Energie bei einer solchen Anordnung viel größer, als wenn der Strom
in der gesamten Schmelzzone ; fließen würde. Die Schmelzdauer wird dadurch herabgemindert,
und es kann mit einer Wanne gleichen Volumens eine viel größere stündliche Leistung
bei einer geringeren Dauer der Berührung des Glases finit den Elektroden erzielt
werden.
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In den Abb. 5 und 6 ist der Behälter 13 ein Hafen zur Tagesproduktion,
die für diskontinuierlichen Betrieb bestimmt ist. Während einer ersten Periode des
Arbeitsspiels werden nach und nach portionsweise die Stoffe aufgegeben und geschmolzen,
bis der Hafen mit geschmolzenem Glas gefüllt ist. In der folgenden Periode wird
das geschmolzene Glas geläutert.
Die Abb. 6 zeigt den Ofen im Verlaufe
der ersten Periode. Der verglasbare Stoff 14, der durch die Oftnung 1,5 eingeführt
worden ist, ruht auf einem Bade bereits geschmolzenen Glases 16. Während dieser
ersten Periode haben in der Stellung 17° angeordnete Elektroden 17 Berührung mit
dem Glase und ermöglichen einen Durchtritt des Stromes durch die :Masse. Bei Beendigung
des Schmelzens und gegebenenfalls auch vordem das Schmelzen beendet ist werden die
Elektroden 17 gehoben und in die Stellung 17b außerhalb des Ofens gebracht. Von
dieseln Augenblick an wird die Beheizung des Ofens mittels Flammbrennern durchgeführt,
beispielsweise mittels der mit 18 bezeichneten 1lasutbrenner.
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Die Brenner 18 können vorteilhafterweise auch schon während der Schmelzperiode
in Betrieb genommen werden, um mit der elektrischen Beheizung durch die Elektroden
17 eine äußere Beheizung des Glases zu kombinieren und die Vorteile zu erzielen.
die aus dieser Vereinigung herrühren und die bereits angegeben sind. Insbesondere
können die Brenner 18 auch während der anfänglichen Periode des Aufgebens der verglasbaren
Ausgangsstoffe in Betrieb gesetzt werden, um sie für den Strom leitend zu machen.
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ficht dargestellte Einrichtungen können vorgesehen sein, um die Elektroden
im Ofen selbst oder auch gegen Oxydation zu schützen, wenn sie sich außerhalb des
Ofens befinden.
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In den ebenfalls auf Tagesfabrikation bezüglichen Abb. 7 und 8 ist
der Hafen 13 im Innern eines Ofenraumes 1g angeordnet, der durch Flammbrenner 20
beheizt wird, so daß während des Schmelzens selbst und anschließend während des
Stromdurchganges durch das Glasbad 16 eine äußere Beheizung des Glashades gewährleistet
ist, deren Wirkung sich rings um den Hafen 13 erstreckt, um ein besonders schnelles,
nur eine kurze Berührungsdauerties Glases mit den Elektroden erforderndes Schmelzen
zu erzielen. Eine solche Anordnung eignet sich vorteilhaft zur Herstellung von harten
Gläsern mit Borsäure in diskontinuierlichem Verfahren.
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Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 wird der elektrische
Strom durch Elektroden 17 zugeführt, die vor der Läuterung aus dem Bad zurückgezogen
werden. Die Abb. 7 stellt den Ofen während der Periode des Einschmelzens und vor
der vollkommenen Füllung des Hafens dar: Abb. 8 veranschaulicht den Ofen während
der Läuterungsperiode des Glasbades 21. Im ersteren Falle nehmen die Elektroden
die Stellung 17° ein und-im zweiten Falle die Stellung 17b. Feuerfeste Umhüllungen
22 können zum Schutze der Elektrodenhalter oder der Elektroden selbst gegen Berührung
mit den Flammen während der einen oder anderen dieser beiden Perioden vorgesehen
sein. Erfindungsgemäß kann gegebenenfalls bei diesem diskontinuierlichen Herstellungsverfahren
die Wirkung des elektrischen Stromes und demgemäß die Berührung der Elektroden,
wie es oben für den Fall kontinuierlicher Ofen angegeben worden ist, auf einen Teil
des Schmelzens beschränkt werden, indem das Beheizen zu Beginn des Schmelzens mit
anderen Mitteln durchgeführt wird. In diesem Falle werden die Elektroden erst in
dem Augenblick eingeführt, wo der Behälter mit einer gewissen Menge geschmolzenen
Glases gefüllt ist, so daß unmittelbar vom Einsetzen des Stromdurchganges an eine
erhöhte Wirkung erzielt wird.