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Dokumentenidentifikation DE102004033714B4 18.10.2007
Titel Einrichtung zur elektrischen Erdung einer Glas-Floatanlage
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Pfeiffer, Thomas, Dr., 55218 Ingelheim, DE;
Röth, Gernot, 55278 Dalheim, DE;
Claussen, Olaf, Dr., 55218 Ingelheim, DE;
Jakobi, Knut, 07743 Jena, DE;
Roters, Andreas, Dr., 55118 Mainz, DE;
Duch, Klaus-Dieter, Dr., 65232 Taunusstein, DE;
Schüssler, Ottmar, 55288 Udenheim, DE
Vertreter Fuchs Patentanwälte, 65201 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 13.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004033714
Offenlegungstag 16.02.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse C03B 18/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C03B 18/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C03B 18/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C03B 18/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C03B 5/027(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C03B 5/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C03B 5/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Erdung einer Glas-Floatanlage bestehend aus einer Floatwanne mit einem Metallbad, aus einer Glaswanne, bestehend aus einer Schmelzwanne mit Oberofen zur Erzeugung einer Glasschmelze und mindestens einer Läuterwanne zum Entgasen der Glasschmelze, und aus Aggregaten zum Zuführen der Glasschmelze aus der Glaswanne auf das Metallbad der Floatwanne, einschließlich der notwendigen Hilfsaggregate.

Die Herstellung von Floatglas, insbesondere von Spezialgläsern, erfolgt in sogenannten Floatanlagen. Unter einer Floatanlage im Sinne der Erfindung ist eine Gesamtanlage aus typischen Aufbauten, d. h. Produktionsaggregaten zu verstehen, die den gesamten Heißbereich von der Schmelz- und Läuterwanne über das Homogenisierungssystem bis hin zur Floatwanne einschließt. Da das heiße Glas ein guter Ionenleiter ist, d. h. sich wie ein Elektrolyt verhält, sind die Produktionsabschnitte des „Heißbereichs" unvermeidbar auch elektrolytisch miteinander verbunden. Die typische Gestaltung der Produktionsaggregate führt nun dazu, dass Teile der heißen Glasschmelze zumindest lokal direkten leitenden Kontakt zu metallischen Bauteilen dieser Aggregate besitzen. Derartigen Bauteilen kann man deshalb im elektrochemischen Sinne den Charakter von Elektroden zuschreiben. Mit jeder äußeren niederohmigen Verbindung zwischen je zwei oder mehreren dieser Elektroden, z. B. über die gemeinsame Erde, ist daher auch eine kurzgeschlossene elektrochemische Batterie realisiert. Der zugehörige Kurzschlussstrom fließt als Gleichstrom durch den Elektrolyten Glas und kann die Ursache für blasen- oder legierungsbildende Nebenreaktionen im so genannten Interface, dem Bereich zwischen Glaswanne und Floatwanne, sein.

Beispiele für potentielle Elektroden mit direktem Glaskontakt sind Erdungselektroden, Heizelektroden aus Pt, Mo, Ir, etc., Glasstandsmesser (nach dem Prinzip der Widerstandsmessung), direkte Thermoelemente, Mo-Wälle (nach Korrosion der feuerfesten Umwandung), Bodenabläufe, Rinnen, Rührer und Absperrschieber (auch „Tweel" genannt) aus Platin oder dessen Legierungen mit anderen Edelmetallen bzw. mit Überzügen aus diesen Metallen, sowie das Zinnbad.

Neben diesen sozusagen „offenkundigen" direkten Elektrodentypen existieren weitere potentielle Elektroden, die zwar keinen unmittelbaren Kontakt zum Glas besitzen aber trotzdem im elektrochemischen Verbund zur Glasoberfläche stehen. Gemeint sind alle metallischen Einbauten im Oberofen der Schmelz- und Läuterwanne oder von Rinnen mit freier Oberfläche. Hierzu zählen u. a. direkte Thermoelemente im Gewölbe, Schaulochklappen, Teile von Überläufen, Gas- und Ölbrenner sowie Teile der Einlegemaschine. Der elektrolytische Kontakt dieser indirekten Elektroden erfolgt in diesem Falle über die heiße Gasatmosphäre. Das elektrochemische Gleichgewicht zwischen der freien Glasoberfläche und den betreffenden Metallteilen ist dann gewährleistet, wenn die Gasatmosphäre ausreichende Mengen an redoxchemisch aktiven Komponenten enthält. Beispiele hierfür sind Mischungen der Redoxpaare Wasser/Wasserstoff oder Wasser/Methan oder CO2/CO. Entsprechende Grenzflächenreaktionen sowie der schnelle Transport der Gasmoleküle in der Atmosphäre garantieren Austausch und Weitergabe von Ladungsäquivalenten über größere Distanzen – die Gasatmosphäre hat damit quasi-elektrolytische Eigenschaften.

Eine ähnliche Situation liegt in der geerdeten Floatwanne vor. Die Erdung des Glases erfolgt typischerweise über das flüssige Sn und die metallische Einhausung. Die Formiergasatmosphäre hat unmittelbaren, großflächigen Kontakt zu beiden und sie erfüllt mit der Komponentenmischung Wasser/Wasserstoff die Anforderungen an ein pufferndes Redoxsystem. Damit wäre normalerweise sichergestellt, dass das am Einlaß der Floatwanne angeordnete, Pt-verkleidete „Tweel" potentialmäßig mit der Floatbad-Erde verbunden ist. Das Ausmaß des Kurzschlusses kann über die lokale Zusammensetzung des Formiergases gesteuert werden: hohe Wasserstoffanteile im Tweelbereich fördern z. B. den Stromfluss von der Schmelzwanne zur Floatwannenerde.

Hauptursache für das Entstehen einer Gleichspannung in der Anlage ist die enorme Differenz in der Konzentration des Sauerstoffs zwischen Glaswanne und Floatwanne. Bei sauerstoffgeläuterten Spezialgläsern müssen in der Glaswanne Sauerstoffdrücke von 1 bis 2·105 Pa erreicht werden, um die Bildung von Läuterblasen sicherzustellen. Im Gegensatz dazu muss man in der Floatwanne Sauerstoffdrücke von 10–10 bis 10–13 Pa einstellen, um zu verhindern, dass sich das Zinnbad mit einer Zinnoxidschicht überzieht. Eine Verringerung der Konzentrationsdifferenz ist somit nicht möglich.

Kommt es hier zu einem Aufbau einer kurzgeschlossenen elektrochemischen Kette, so fließen im Glas Gleichströme von der Anode zur Kathode (positive Stromrichtung). Der Innenwiderstand dieser kurzgeschlossenen Batterie setzt sich aus der Summe aller Teilwiderstände zum Ladungstransport und Grenzflächenübertritt zusammen. Die Stromstärke ist dann der Quotient aus Batteriespannung und Gesamtwiderstand.

Die Ströme haben Konsequenzen für

  • • die lokale Blasenbildung an allen Phasenübergängen zwischen Glas und Metall, z. B. an den Trennstellen zwischen Rinnensegmenten aus Pt, an den Rühreroberflächen, am Tweel und am Kontakt Glas/Sn.
  • • die lokale Korrosion von Pt-Bauteilen im Interface durch verstärkten Einbau von legierungsfähigen Glasbestandteilen, insbesondere von Sn, Si, ...
  • • die Überwachung von elektrochemischen Potentialen von metallischen Bauteilen, speziell Rührer, Rinnensegmente oder Tweel. Bei der Auswertung von elektromotorischen Kräften, die zwischen dem betreffenden Bauteil und einer geeigneten Referenzelektrode gemessen werden, sind immer auch die Gleichströme auf der Messstrecke Referenz/Bauteil mit zu berücksichtigen.

Wesentliche Voraussetzung für das Auftreten von Gleichströmen mit den o. a. nachteiligen elektrochemischen Effekten ist die Existenz einer ausreichend niederohmigen Verbindung zwischen mindestens zwei potentiellen Elektroden. Im Produktionsalltag werden derartige Verbindungen bewusst oder unbewusst durch sogenannte Erdschaltungen verwirklicht.

Bewusste Erdverbindungen stehen häufig in enger Verbindung mit Vorschriften zur Gewährleistung der Personensicherheit. Sie ersetzen aufwendige oder im Alltag umständlich zu handhabende Sicherungsmaßnahmen. Ebenso häufig stellt die erdfreie Konstruktion eines Aggregats einen teureren Weg in der Auswahl von Materialien, im Design dar oder sie existiert schlichtweg nicht als „Schubladenlösung".

Am nachhaltigsten wirkt aber, wenn die prinzipielle Erdfreiheit nicht zur Spezifikation der Anlage gehört. Einmal gebaut, lassen sich viele Erdungen mit vernünftigem Aufwand nicht mehr auftrennen.

Wichtigstes Beispiel ist hier das Sn-Bad in der Floatwanne, deren nachträgliche Enterdung unmöglich ist. Allerdings, bliebe das flüssige Sn im gesamten Heißbereich die einzige direkte Verbindung zur Erde, so wäre aus elektrochemischer Sicht immer noch alles in Ordnung, da wegen der fehlenden zweiten und weiterer Erdungen der Stromkreis nicht geschlossen ist.

Man darf aber davon ausgehen, dass weitere Erdungen existieren. In Frage kommen hierbei die Einlegemaschine, die Überläufe und die Brenner der Schmelzwanne. Eine nachträgliche Enterdung ist zwar prinzipiell, aber zum Teil nur mit hohem Aufwand möglich. Der Kontakt erfolgt hier über die Ofenatmosphäre, d. h. ein realisierter Erdschluss ist eher hochohmig. Typisch ist auch, dass die Erde nicht eindeutig zu lokalisieren ist, man bezeichnet sie dann auch als virtuelle Erde.

Ohne weiteres erdfrei einbaubar sind üblicherweise alle Messgeräte (Thermoelemente, Glasstandsmesser), die Schaulochverschlüsse, Rührer und alle Bauteile des Interface, die aus Platin oder dessen Legierungen mit anderen Edelmetallen bestehen.

Jedes edelmetall-ummantelte „Tweel" ist konstruktionsbedingt über die Formiergasatmosphäre „schwach" (i. e. hochohmig) geerdet.

Weitere Erden mögen am sogenannten kalten Ende, d. h. ab Kühlband existieren; sie sind aber aus elektrochemischer Sicht alle unschädlich und müssen deshalb nicht weiter betrachtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Einrichtung zur elektrischen Erdung der Glas-Floatanlage so auszubilden, dass der durch elektrochemische Effekte bedingte Gleichstromfluß zwischen der Glaswanne und der nachgeschalteten Floatwanne zwecks Unterdrückung der Grenzflächenreaktionen (Minimierung der Blasenbildung und der Korrosion) im Produktionsprozess zumindest minimiert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von einer Einrichtung zur elektrischen Erdung einer Glas-Floatanlage bestehend aus einer Floatwanne mit einem Metallbad, aus einer Glaswanne, bestehend aus einer Schmelzwanne mit Oberofen zur Erzeugung einer Glasschmelze und mindestens einer Läuterwanne zum Entgasen der Glasschmelze, und aus Aggregaten zum Zuführen der Glasschmelze aus der Glaswanne auf das Metallbad der Floatwanne, einschließlich der notwendigen Hilfsaggregate, gemäß der Erfindung dadurch, dass einmal die Floatwanne mit dem Metallbad elektrisch mit Erde verbunden ist und zum anderen mindestens eine mit Erde verbundene Hilfselektrode im Kontakt mit der Glasschmelze an der Glaswanne angebracht ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können auf überraschend einfache Weise die störenden Gleichstromflüsse minimiert werden.

Aus der DE 199 55 827 A1 ist es zwar schon bekannt, in einer Glasschmelze eine oder mehrere Elektroden anzuordnen und diese elektrisch leitend mit einem aus Edelmetall bestehenden Teil einer Glasschmelzvorrichtung zu verbinden, insbesondere mit der Edelmetallauskleidung einer Speiserinne. Dabei geht es aber um die Vermeidung der Bildung von O2-Gasblasen an der Kontaktfläche zwischen Glasschmelze und Edelmetall als Folge der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff sowie der Wasserstoffdiffusion durch die Edelmetallwandung nach außen und nicht um die Unterdrückung eines unerwünschten Gleichstroms durch Erdung. Diese Druckschrift ist demnach sowohl hinsichtlich Aufgabenstellung als auch hinsichtlich der Lösungsmerkmale nicht mit dem Anmeldungsgegenstand vergleichbar.

Aus der US 43 66 571 und der US 44 30 109 ist es ferner bekannt, die Seitenwände einer im Übrigen gegen Erde isoliert aufgestellten Glasschmelzvorrichtung aus Sicherheitsgründen zu erden. Auch hier werden weder das dem Anmeldungsgegenstand zugrunde liegende Problem noch Lösungsmerkmale beschrieben, die mit den erfindungsgemäßen vergleichbar wären.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet, sowie ergeben sich aus den Figurenbeschreibungen.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher beschrieben.

Es zeigen:

1 den schematischen Aufbau des gesamten Heißbereiches einer Floatanlage zur Herstellung von Floatglas, mit Glaswanne, Interface und Floatwanne, einschließlich der dort ablaufenden Reaktionen,

2 eine Floatanlage entsprechend 1, modifiziert im Interface, mit einer direkten Messung des Stroms, der durch das Interface fließt,

3 eine Floatanlage entsprechend 2, jedoch mit einer indirekten Messung des Stroms, der durch das Interface fließt,

4 die Glaswanne der Floatanlage nach 1, ausgerüstet mit zwei Hilfselektroden. Um dabei zu verhindern, daß der Strom durch beide Hilfselektroden in unterschiedlicher Richtung fließt (Kurzschlussstromkreis) sind Gleichrichter in jeden Hilfselektrodenstromkreis eingebaut, und

5 eine Floatanlage nach 2 mit einer automatisierten Stromregung.

Das erste Produktions-Aggregat einer derartigen Floatanlage besteht aus einer Glaswanne 1 mit Schmelzwanne und Oberofen, in welcher auf bekannte Weise aus einem vorgegebenen Gemenge das zu floatende Glas erschmolzen wird. Die notwendige Schmelzenergie wird dabei in bekannter Weise zugeführt. Die Schmelzwanne ist in Längsrichtung in an sich bekannter Weise strukturiert (nicht dargestellt). Es gibt zunächst einen Einlegebereich für das Gemenge. Der Schmelzbereich bis zu den Blasdüsen oder bis zum Durchflusswall (falls vorhanden) bildet die „eigentliche" Schmelzwanne, welcher der sogenannte Oberofen zugeordnet ist, in dem die Gasbrenner für das Schmelzen des Gemenges angeordnet sind. Der sich anschließende Bereich zwischen Blasdüsen und Überströmwall ist die Läuterwanne I, und der Bereich zwischen Überströmwall und Durchfluss ist die sogenannte Läuterwanne II.

In der Schmelzwanne oder in der Läuterwanne I kann optional auch eine Elektro-Zusatzbeheizung vorgesehen sein.

Die Läuterwannen und die Schmelzwanne bilden die Glaswanne 1.

Die Glaswanne 1 hat einen bekannten Aufbau aus feuerfesten Materialien, die weitgehend unbekannte Erdungen mit einem ebenfalls unbekannten, hohen Innenwiderstand aufweist.

Wie aus 1 ersichtlich ruht das Feuerfestmaterial der Glaswanne 1 auf symbolisch dargestellten Stahlträgern 17, die ihrerseits im Fundament der Glaswanne 1 einbetoniert sind und dort leitenden Kontakt zur Potentialausgleichsschiene (Sicherheitserde) des Bauwerks haben. Der unbekannte Gesamtwiderstand dieser Anordnung ist durch den Widerstand 4 symbolisch dargestellt. Dieser hohe Innenwiderstand wird maßgebend von der oberhalb des Schmelzbades befindlichen Oberofen-Atmosphäre 1a bestimmt. Ferner ist an der Glaswanne 1 mindestens eine in das Schmelzbad eintauchende Elektrode 2 angebracht, deren Funktion später erläutert wird.

Die prinzipiellen elektrochemischen Verhältnisse am symbolischen Erdungspunkt 3 der Glaswanne 1 sowie an der Elektrode 2, die vorzugsweise aus Molybdän besteht, sind dabei in herausgezogenen Ausschnitt-Darstellungen angegeben.

An die Glaswanne 1 schließt sich mindestens ein Rührtiegel 5 mit je einem hier nicht dargestellten metallischen Rühren an. In den 1-3 ist dabei ein Aufbau mit zwei Rührtiegeln dargestellt.

Die Glasschmelze 6 fließt danach in eine langgestreckte Rinne, die aus mindestens einem elektrisch beheizten Edelmetall-Rinnensegment 7 besteht, wobei in 1 drei und in den 2 und 3 zwei Segmente dargestellt sind. Am Ende der Rinne fließt die Schmelze 6 durch einen Überlauf mit einem Regelschieber 7a, dem sogenannten Tweel, und einem schräg nach unten geneigten Lippenstein 8, dem sogenannten „Spout-Lip", auf ein Zinnbad 9 in der Floatwanne 10. Dort breitet sich die Glasschmelze aus und wird auf die gewünschte Dicke gebracht.

Um den unerwünschten Gleichstrom durch das sogenannte Interface, bestehend aus mindestens einem Rührtiegel 5, mindestens einem Rinnensegment 7 und dem Tweel zu minimieren, werden zwischen allen Platinteilen Scheiben 15 aus isolierendem Keramikmaterial angebracht.

Nachdem das entstandene Glasband die gewünschte Feuerpolitur erhalten hat, wird es kontinuierlich von der Zinnoberfläche abgezogen, in einem Rollenkühlofen entspannt und in der Schneidsektion konfektioniert. Diese Stufen sind jedoch, weil sie für das erfindungsgemäße Erdungsproblem ohne Bedeutung sind, in den Zeichnungen nicht dargestellt.

Die Floatwanne 10 besteht aus einem Stahlbassin 11, das mit der Erde 3 verbunden und mit einer feuerfesten Materialauskleidung zur Aufnahme des Zinnbades 9 versehen ist, sowie aus einem (nicht dargestellten) Oberbau zur Aufnahme der Hängedecke und der Floatbadheizer. Über der Floatwanne wird eine reduzierende Atmosphäre eingestellt (6-12 % H2, 88-94 % N2). Die dabei zwischen der mit negativ geladenen Sauerstoff-Ionen beladenen Glasschmelze 6 und dem Zinnbad 9 entstehenden wesentlichen elektrochemischen Prozesse sind in einer Ausschnitt-Vergrößerung näher dargestellt.

Wie eingangs dargestellt, beeinträchtigen die elektrochemischen Prozesse aufgrund der „unbewussten" Erdschaltungen, insbesondere in der Glaswanne 1, die Glasschmelze 6 in nachteiliger Weise. Es ist ferner erläutert, dass, um diese Effekte zu vermeiden, sowohl beim Bau neuer Produktionsaggregate wie auch bei der Optimierung bestehender Anlagen eine nachträgliche, vollständige Enterdung der Glaswanne 1 nicht mehr möglich ist.

Der quasi „elektrochemisch richtige" Bau einer insoweit idealen Floatanlage besteht ganz schlicht darin, dass es in der gesamten Anlage nur eine Erdverbindung gibt, z. B. über das Metall-Gehäuse des Stahlbassins 11 der Floatwanne 10.

In realen Anlagen existiert neben der Floatbad-Erde mindestens noch eine Erdung der Glaswanne 1 unter Beteiligung der Oberofenatmosphäre 1a. Der relativ hohe Eigenwiderstand des Gases und der Grenzfläche Glas/Gas eröffnet nun aber die Möglichkeit zum erfolgreichen Einsatz von „Kunstschaltungen". Der Sinn dieser Kunstschaltungen besteht darin, Ladungsflüsse so umzuleiten, dass sie zu keinen schädlichen Folgen im Interface, am Tweel 7a oder in der Floatwanne 10 führen.

Der Eigenwiderstand der Oberofenerde bestimmt maßgeblich den Innenwiderstand 4 der entsprechenden Batterieschaltung, so dass jede zusätzliche Strombelastung prinzipiell zu einem Abfall der Klemmspannung führen muß. Dies gilt natürlich für jede Batterie, aber erst Versuche und Messungen an einer Floatwanne haben gezeigt, dass die im Oberofen potentiell verfügbaren Ladungsmengen tatsächlich stark begrenzt sind.

Die Erfindung besteht u. a. darin, erkannt zu haben, dass notwendige Limitierungen dieser Batterieströme in üblichen Schmelzwannen durch den Einbau von zusätzlichen Hilfserden leicht erreicht werden können. Die Hilfserden führen somit schädliche Gleichströme vom Oberofen über die geerdete Hilfselektrode direkt zum Floatbad ab, bei dann gleichzeitiger Schwächung des unerwünschten Stromes im Interface.

Die zusätzlichen Erden sind am vorteilhaftesten als geerdete Mo- oder W-Elektrode 2 ausgeführt. Pt-Elektroden nützen als kurzzeitiger Behelf, sind aber stärker durch Legierungsbildung und anschließende Auflösung gefährdet. Zusätzliche geerdete Hilfselektroden 2, wie in 4 dargestellt, verstärken den gewünschten Effekt.

Mo und W haben als Hilfselektrode 2 weiterhin einen Nebeneffekt. Sie fungieren mit der Grenzfläche Mo/Glas bzw. W/Glas auch selbst als aktive Elektroden und sie generieren deshalb im geerdeten Zustand eine zusätzliche Batterieschaltung zwischen Hilfselektrode 2 und Tweel/Floatwanne. Dieser Strom ist dem üblichen Strom zwischen Oberofen und Tweel/Floatwanne entgegengerichtet. Die Ströme lassen sich aber durch Einbau eines regelbaren ohmschen Widerstandes 12 zwischen Hilfselektrode 2 und Erde 3 so austarieren, dass der Reststrom im Teil zwischen Schmelzwanne und Floatwanne, dem Interface, zu Null wird.

In Glaswannen mit Elektro-Zusatzbeheizung ist es notwendig, die Erdung der Hilfselektorde(n) 2 wechselstromseitig zu blocken. Hierzu wird jeweils eine geeignete Drossel 13 in Reihe zum ohmschen Widerstand 12 geschaltet.

Prinzipiell ist es auch möglich, daß beim Einsatz mehrerer Hilfselektroden 2 (4) der Strom durch eine Hilfselektrode von der Wanne zur Erde und durch die andere von der Erde zur Wanne fließt. Das ist insbesondere dann möglich, wenn die Hilfselektroden aus unterschiedlichen Materialien bestehen oder am Ort des Einbaus der Hilfselektroden deutlich unterschiedliche Temperaturen herrschen oder die Zusammensetzung der Glasschmelze sich von Einbauort zu Einbauort deutlich unterscheidet. Schlimmstenfalls können alle drei Effekte sich gegenseitig verstärken. In diesem Fall verfährt man wie in 4 gezeigt. Durch Einbau von Gleichrichtern 16, die den Strom nur in eine Richtung fließen, lassen ist das Problem leicht zu beseitigen.

Die Erfindung wird ergänzt durch eine Ausführung mit einer Strommessung im „Interface". Hierzu dienen zwei isolierte, elektronenleitende, nicht korrodierende und chemisch identische Bauteile im direkten Glaskontakt. Bevorzugtes Material ist Pt oder eine geeignete Pt-Legierung. Die Bauteile sind parallel zum Glas- und Stromfluß angeordnet, sie sollten gleiche Temperaturen besitzen und die gleiche chemische Umgebung „sehen". Die 2 zeigt den Aufbau einer entsprechenden Strommessanordnung. Ein Strom-Spannungswandler 20 mit annähernd Null-Ohm Eingangswiderstand wird mit einem Eingangsflansch 22 des ersten Rührtiegels 5 und einem Ausgangsflansch 23 des letzten Rinnensegments 7 verbunden. Der zwischen Schmelzwanne 1 und Floatbad 10 fließende Strom fließt auf Grund des niedrigeren Eingangswiderstandes des Strom-Spannungswandlers 20 fast ausschließlich durch diesen und nicht mehr durch die Glasschmelze. Die Ausgangsspannung des Wandlers 20 wird mit dem Voltmeter 21 gemessen und in einen Stromwert umgerechnet. Ein Strommessinstrument 14 zeigt dabei den zu kontrollierenden Gleichstrom an.

Eine weitere Ausführung der Erfindung berücksichtigt wechselnde elektrolytische Eigenschaften der Oberofenatmosphäre bei Wechsel der Befeuerung (Heizstoffmengen, Sauerstoffmengen) und allgemein bei Wechsel der Temperaturverteilung im Oberofen und in der Schmelzwanne (Elektro-Zusatzbeheizung, Durchsatz) oder der chemischen Zusammensetzung der Schmelze.

Alle solche Änderungen haben nämlich prinzipiellen Einfluß sowohl auf die Quelspannung wie auch auf den Innenwiderstand der „Batterie" und es wäre dann sinnvoll, die über die Hilfselektroden fließenden Schutzströme automatisch so zu regeln, dass der schädliche Strom im Interface minimal bleibt.

5 zeigt den Aufbau einer solchen automatisierten Stromregelung beim Einsatz nur einer Hilfselektrode 2. Die Strommessung geschieht wie oben beschrieben bzw. in 2 gezeigt. Der Messwert des Digitalvoltmeters 20 wird über eine Leitung 19 als Ist-Wert in einen Stromregler 18 eingespeist, der den von Schmelze 6 über Elektrode 2, Drossel 13 und Messgerät 14 zur Erde 3 fließenden Strom so regelt, dass der Stromfluss zwischen Eingangsflansch 22 des ersten Rührtiegels und dem Ausgangsflansch 23 des zweiten Rinnensegments 23 minimal wird.

Alternativ zu der direkten Strommessung nach den 2 und 5 kann die Strommessung auch auf indirektem Wege über eine Spannungsmessung zwischen zwei geeigneten Referenzelektroden (z. B. ZrO2-, Mo- oder W-Elektroden) mit jeweils genau bekannten Temperaturen erfolgen. Diese sollten gleichfalls parallel zum gesuchten Stromfluss positioniert sein, analog den Positionen in den 2 und 5.

Die 3 zeigt den Aufbau einer solchen indirekten Messung. Als Elektroden werden ZrO2-Referenzelektroden 30, 31 verwendet. Mit Hilfe eines Digitalvoltmeters 32, das über Leitungen 34 bzw. 35 an die jeweilige Referenzelektrode 30 bzw. 31 angeschlossen ist, wird die Spannung zwischen den Elektroden 31 und 32 gemessen. Aus Länge, Querschnitt, spezifischem Widerstand und Temperatur der Schmelze wird deren Widerstand errechnet. Aus Widerstand und Spannung kann der Strom problemlos errechnet werden.

Hilfselektroden 2, Regelwiderstände 12, Drosseln 13 und Strommessinstrument 14 bilden erfindungsmäßig eine Einheit. Die Regulation des effektiven Widerstandes zwischen Tweel und Floatbaderde durch lokale Anpassung der Floatbadatmosphäre wirkt davon unabhängig im Sinne einer zusätzlichen Strombegrenzung. Als flankierende Maßnahmen ist eine Enterdung aller übrigen Metallteile mit direktem Kontakt zur Schmelze unabdingbar und möglichst vieler Metallteile mit direktem Kontakt zu den heißen Oberofengasen hilfreich.

Die Erfindung schafft dabei eine gezielte Erdung der Schmelzwanne zur Unterdrückung/Minimierung des Stromflusses zwischen Glaswanne und Floatwanne zwecks Steuerung der Grenzflächenreaktionen (Minimierung der Blasenbildung und der Korrosion) im Produktionsprozess, wobei die Minimierung der Korrosion insbesondere eine Standzeitverlängerung von Pt-Aggregaten bewirkt.

Die gezielte Erdung der Glaswanne bewirkt, elektrisch betrachtet, letztlich, dass die Floatanlage als elektrochemische Konzentrationszelle mit Stromteilung wirkt.

1
Glaswanne
1a
Oberofen-Atmosphäre
2
Elektrode
3
Erde
4
Innenwiderstand
5
Rührtiegel
6
Glasschmelze
7
Edelmetallsegment
7a
Regelschieber
8
Lippenstein
9
Zinnbad
10
Floatwanne
11
Stahlbassin
12
Ohmscher Widerstand
13
Drossel
14
Strommessinstrument
15
Keramikmaterial
16
Gleichrichter
17
Stahlträger
18
Stromregler
19
Leitung
20
Strom-Spannungswandler
21
Digital-Voltmeter
22
Eingangsflansch
23
Ausgangsflansch
30, 31
Referenzelektroden
32
Digital-Voltmeter
34, 35
Leitungen


Anspruch[de]
Einrichtung zur elektrischen Erdung einer Glas-Floatanlage bestehend aus einer Floatwanne (10) mit einem Metallbad (9), aus einer Glaswanne (1), bestehend aus einer Schmelzwanne mit Oberofen zur Erzeugung einer Glasschmelze (6) und mindestens einer Läuterwanne zum Entgasen der Glasschmelze, und aus Aggregaten (5, 7, 7a, 8) zum Zuführen der Glasschmelze (6) aus der Glaswanne (1) auf das Metallbad (9) der Floatwanne (10) einschließlich der notwendigen Hilfsaggregate, dadurch gekennzeichnet, dass einmal die Floatwanne (10) mit dem Metallbad (9) elektrisch mit Erde (3) verbunden ist und zum anderen mindestens eine mit Erde (3) verbundene Hilfselektrode (2) im direkten Kontakt mit der Glasschmelze (6) an der Glaswanne (1) angebracht ist. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Glasschmelze (6) im Kontakt stehende Hilfselektrode (2) in der Läuterwanne der Glaswanne (1) angebracht ist. Einrichtung nach Anspruch 2, mit einer Glaswanne (1), die eine Einlegemaschine, beheizende Brenner sowie einen Überlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Hilfselektrode (2) in der Nähe der Einlegemaschine oder des Brenners oder des Überlaufes an der Glaswanne (1) angebracht ist. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode durch eine Elektrode einer Elektrozusatzbeheizung gebildet ist. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Heizelektroden der Elektrozusatzbeheizung, die durch die Sekundärwicklung des Heiztrafos gleichspannungsmäßig auf einem Potential liegen, als Hilfselektroden ausgebildet sind. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Heizelektroden der Elektrozusatzheizung als Hilfselektroden ausgebildet sind. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung der mit der Glasschmelze (6) im direkten Kontakt stehenden Hilfselektrode (2) mit der Erde (3) ein regelbarer ohmschen Widerstand (12) eingeschaltet ist. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit dem ohmschen Widerstand (12) eine Drossel (13) geschaltet ist. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Drossel (13) und dem ohmschen Widerstand (12) ein Gleichrichter so geschaltet ist, daß er eine falsche Flussrichtung des Erdungsstroms verhindert. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die geerdete, mit der Glasschmelze (6) in direktem Kontakt stehende Hilfselektrode (2) aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung besteht. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die geerdete, mit der Glasschmelze (6) in direktem Kontakt stehende Hilfselektrode (2) aus Wolfram oder einer Wolfram-Legierung besteht. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Floatwanne (10) ein metallisches Bassin (11), welches das metallische, vorzugsweise aus Zinn bestehende Floatbad (9) aufnimmt, und welches direkt mit Erde (3) verbunden ist, aufweist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messanordnung (20-23) zur direkten Messung des elektrischen Stromes, der zwischen Ausgang der Glaswanne (1) und Eingang der Floatanlage (10) fließt, vorgesehen ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messanordnung (30-35) zur indirekten Messung des elektrischen Stromes, der zwischen Ausgang der Glaswanne (1) und Eingang der Floatanlage (10) fließt, vorgesehen ist. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strommessanordnung ein Stromregler (18) zur Minimierung des elektrischen Stromes zwischen Ausgang der Glaswanne und Eingang der Floatanlage zugeordnet ist.






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