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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen von
Glas, wobei das Verfahren ein Transportieren von Glas durch einen Anlassofen
umfasst, so dass das Glas von oben und unten erwärmt wird, wobei eine obere
Fläche
des Glases mit Hilfe von Heißluftstrahlen
erwärmt
wird, die gebildet werden, indem Luft aus dem Innenraum des Ofens
angesaugt wird, die Heißluft
unter Druck gesetzt wird und diese zurück zu der oberen Fläche des
Glases geleitet wird.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Erwärmen von
Glas, wobei die Vorrichtung einen Anlassofen umfasst, der horizontale Rollen,
die zum Transportieren des Glases angeordnet sind und zu diesem
Zweck eine Fördereinrichtung bilden,
eine Oberseitenrückführleitung
zum Ansaugen von Luft aus dem Inneren des Anlassofens, eine Druckregeleinheit
zum Unterdrucksetzen der aus dem Inneren des Anlassofens angesaugten
Luft und Mittel zum Blasen der unter Druck stehenden Luft zurück auf eine
obere Fläche
des Glases aufweist.
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Ein
Problem, das mit dem Erwärmen
von Glas unter Verwendung eines Schwingrollenofens einhergeht, besteht
darin, dass die Kanten des Glases dazu neigen, sich bei Beginn des
Erwärmens nach
oben zu biegen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Wärmestrom,
der von der unteren Fläche
des Glases zu Beginn eines Erwärmungszyklus' aufgrund der Keramikrollen,
die in dem Ofen verwendet werden, empfangen wird, im Vergleich zu
dem Wärmestrom,
der von der oberen Fläche
des Glases empfangen wird, groß ist.
Somit biegen sich die Kanten des Glases aufwärts, wodurch im mittleren Bereich
des Glases optische Fehler erzeugt werden können; zudem erwärmt sich
das Glas ungleichmäßig. Beim
Erwärmen
von Selektivitätsglas ist
die Situation besonders schwer, da Selektivitätsglas thermische Strahlung
sehr stark reflektiert. Glas mit einer selektiven Fläche wird
normalerweise mit der selektiven Fläche aufwärts erwärmt, so dass es schwer ist,
die obere Fläche
des Glases zu erwärmen,
insbesondere im Vergleich zum Erwärmen der unteren Fläche desselben.
In einem solchen Fall sind die Erwärmungszeiten für selektives
Glas natürlich beträchtlich
länger
als solche für
Klarglas; wenn selektives Glas erwärmt wird, ist daher die Kapazität eines
Ofens normalerweise ziemlich gering.
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Die
WO 97/44283 offenbart eine
Lösung,
bei der die unteren Flächen
von Glas zu Beginn eines Erwärmungszyklus' gekühlt werden.
Zudem wird der Wärmeübergang
an der Unterseite zum Ende des Erwärmungszyklus' verbessert, indem
Heißluft
direkt auf die untere Fläche
des Glases geblasen wird. Die Lösung
ist sehr effektiv und funktioniert gut, wobei es jedoch insbesondere
beim Erwärmen
von selektivem Glas vorteilhaft wäre, wenn die Erwärmungszeitdauer
verkürzt
werden könnte.
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Die
WO 01/32570 offenbart eine
Lösung,
bei der Glas derart erwärmt
wird, dass Luft auf die obere Fläche
des Glases geblasen wird, um das Glas zu erwärmen. Die geblasene Luft wird
aus dem Inneren eines Anlassofens angesaugt, so dass sie bereits
heiß ist.
Die angesaugte Heißluft
wird unter Druck gesetzt und zurückgeführt, indem
sie durch ein Rohrsystem in die Umgebung der oberen Fläche des
Glases geblasen wird, im wesentlichen senkrecht zu der oberen Fläche desselben.
Die untere Fläche
des Glases wird ebenfalls in ähnlicher
Art und Weise durch Heißluftstrahlen
erwärmt,
die erzeugt werden, indem Luft aus dem Inneren des Ofens entnommen
und die Heißluft,
nachdem sie unter Druck gesetzt wurde, zurückgeführt wird. Die Lösung funktioniert
sehr gut, wenn selektives Glas erwärmt wird. Mit der Lösung kann
die Erwärmungszeitdauer
für selektives
Glas geeignet verkürzt
werden. Jedoch ist der Aufbau der Heißluftdruckregelvorrichtungen
eher komplex und daher ziemlich teuer. Ferner stellen thermische
Ausdehnungen, die durch das Blasen von Heißluft erzeugt werden, strenge
Anforderungen an die Struktur der Blasrohrsysteme ("blowpipe systems"), weshalb derartige
Blasrohrsysteme sehr komplex und teuer sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Vorrichtung zum Erwärmen von Glas zu schaffen.
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Das
Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Luft, die
aus dem Äußeren des Ofens
entnommen und mit Hilfe eines Kompressors unter Druck gesetzt und
erwärmt
wurde, auf eine untere Fläche
des Glases geblasen wird.
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Ferner
ist die Vorrichtung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung einen Kompressor zum Unterdrucksetzen von Luft, die
aus dem Äußeren des
Ofens entnommen wurde, ein Rohrsystem zum Fördern der mit Hilfe des Kompressors
unter Druck gesetzten Luft zu einer unteren Fläche des Glases und Mittel zum
Erwärmen
der mit Hilfe des Kompressors unter Druck gesetzten Luft aufweist.
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Die
Idee, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, dass Glas
von oben und unten erwärmt wird,
während
sich das Glas auf Rollen in einem Anlassofen befindet. Die obere
Fläche
des Glases wird mit Hilfe von Heißluftstrahlen erwärmt, die
erzeugt werden, indem Luft aus dem Inneren des Ofens angesaugt,
die Heißluft
unter Druck gesetzt und zur oberen Fläche des Glases zurückgeführt wird.
Ferner wird Luft, die aus dem Äußeren des
Ofens entnommen und mit Hilfe eines Kompressors unter Druck gesetzt
und erwärmt
wurde, auf die untere Fläche
des Glases geblasen.
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Die
Idee, die einer Ausführungsform
zugrunde liegt, besteht darin, dass ein Blasen auf die Unterseite
derart stattfindet, dass es endet, bevor der Erwärmungszyklus endet, und maximal
60% der Gesamterwärmungsdauer
andauert. Die Idee, die einer zweiten Ausführungsform zugrunde liegt,
besteht darin, dass während
des Blasens auf die Unterseite elektrische Widerstände, welche
die Unterseite erwärmen,
gesteuert werden, dass sie derart erwärmen, dass der Erwärmungseffekt,
der durch die elektrischen Widerstände erzielt wird, erhöht wird,
wenn das Blasen beginnt, und für
die verbleibende Dauer des Erwärmungszyklus' werden die elektrischen
Widerstände
mit Hilfe von Thermoelementen derart gesteuert, dass die Temperatur
des Glases einer vorbestimmten Erwärmungskurve folgt.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Lösung erzielt wird, die es gestattet,
auch selektives Glas halbwegs schnell zu erwärmen; zudem ist die Struktur
der Vorrichtung einigermaßen
einfach aufgebaut. Ein Konvektionsblasen auf die obere Seite gestattet
es, beschichtetes Glas, das thermische Strahlung reflektiert, in
einer kontrollierten Art und Weise zu erwärmen. Ein Erwärmungsblasen
auf die Unterseite ermöglicht
es, eine ziemlich hohe Erwärmungsrate
zu erzielen. Zudem kann die Temperatur an dem Bodenteil des Ofens
ziemlich gering gehalten werden, wenn das Blasen auf die Unterseite
in der Mitte des Erwärmungszyklus' verwendet wird,
wenn der Wärmestrom
von den Rollen des Ofens abnimmt, jedoch die Unterseite des Glases
mehr Wärme
benötigt.
Wärme wird
im exakt richtigen Moment zugeführt,
und die allgemeine Temperatur am Bodenteil des Ofens muss nicht
in einer kontinuierlichen Lastsituation erhöht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen genauer beschrieben, wobei
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1 eine
schematische Vorderquerschnittansicht ist, die eine Vorrichtung
zum Erwärmen
von Glas zeigt; und
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2 eine
Ansicht ist, die eine Temperaturentwicklung des Glases während eines
Erwärmungszyklus' zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist
eine schematische Endquerschnittansicht, die einen Glasanlassofen 1 zeigt.
Der Anlassofen 1 umfasst einen Körper 2 und Rollen 3.
Normalerweise handelt es sich bei solchen Rollen 3 beispielsweise
um Keramikrollen. Der Anlassofen ist mit oberen Widerständen 5 versehen,
um das Glas von oben zu erwärmen,
und mit unteren Widerständen 6, um
das Glas von unten zu erwärmen.
In dem Ofen wird die Temperatur des Glases 4 normalerweise
beispielsweise auf 610 bis 625°C
in Abhängigkeit
von der Dicke des Glases erwärmt.
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In
dem Glasanlassofen 1 wird das Glas 4 während des
Erwärmens
vor und zurück
bewegt, d.h. geschwungen, und zwar mit Hilfe der Rollen in einer an
sich bekannten Art und Weise, so dass die Stützpunkte der Rollen gleichmäßig durch
die gesamte Erwärmungsstufe
auf das gesamte Glas 4 verteilt werden können. Auf
diese Weise können
Deformationsfehler in der Optik des Glases minimiert werden, die durch
ein ungleichmäßiges Stützen des
Glases erzeugt werden.
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Der
Glasanlassofen 1 umfasst ferner obere Seitenblasrohre 7 („side blowpipes"), um Luft mit einer
Temperatur von vorzugsweise mehr als 600°C auf die obere Fläche des
Glases zu blasen. Die Temperatur der geblasenen Luft beträgt beispielsweise etwa
650°C. Die
oberen Seitenblasrohre 7 sind quer in dem Ofen 1 angeordnet,
d.h. sie sind im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung
des Glases positioniert. Die Luft wird durch das Rohrsystem in die
Nähe der
Oberfläche
des Glases 4 gefördert, d.h.
der Abstand zwischen den oberen Seitenblasrohren 7 und
der Oberfläche
der Rollen 3 beträgt
weniger als 300 mm, beispielsweise etwa 80 mm. Ferner beträgt der Abstand
zwischen den einzelnen Rohren 7 beispielsweise etwa 100
bis 300 mm. Das Material der Rohre 7 ist beispielsweise
säurefester Stahl,
und der Innendurchmesser derselben beträgt beispielsweise 20 mm. Der
Durchmesser eines Blasloches ist geringer als 2,5 mm, normalerweise
etwa 1,5 mm, der Abstand zwischen den Löchern voneinander beträgt beispielsweise
25 mm. Die Blaslöcher sind
derart angeordnet, dass periodisch jedes zweite Loch vorwärts in einem
Winkel von etwa 30° in
Bezug auf die Senkrechte der Fläche
des Glases 4 bläst, und
jedes zweite Loch rückwärts in einem
Winkel von etwa 30° in
Bezug auf die Senkrechte der Fläche
des Glases 4 bläst.
Die Luft wird auf diese Weise im Wesentlichen senkrecht in Bezug
auf die Fläche
des Glases 4 geblasen, d.h. in einem Winkel von weniger als
45° in Bezug
auf die Senkrechte der Fläche
des Glases. Die Luft wird den oberen Seitenblasrohren von Oberseitenzuführrohren 8 zugeführt. Die
Oberseitenzuführrohe 8 sind
an beiden Kanten des Ofens 1 längs in der Bewegungsrichtung
des Glases 4 angeordnet. Die Oberseitenzuführrohre 8 sind
in einem Abstand von etwa 50 mm von der Fläche der Rollen 3 angeordnet.
Die Oberseitenblasrohre sind abwechselnd an den Oberseitenzuführrohren 8 befestigt,
so dass Luft den Oberseitenblasrohren abwechselnd von Zuführrohren
zugeführt
wird, die an verschiedenen Kanten des Ofens angeordnet sind. Der
Durchmesser eines Oberseitenzuführrohrs
beträgt
beispielsweise etwa 40 mm.
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Die
Luft wird dem Oberseitenzuführrohr 8 mit Hilfe
eines Oberseitenförderrohrs 9 zugeführt. Das Oberseitenförderrohr
kann beispielsweise in der Mitte des Oberseitenzuführrohrs 8 angeschlossen
sein. Andererseits, beispielsweise in längeren Öfen, können mehr als ein Oberseitenförderrohr
für jedes Oberseitenzuführrohr 8 verwendet
werden.
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Die
Luft wird den Rohren mit Hilfe einer Druckregeleinheit 10 zugeführt. Die
Druckregeleinheit 10 saugt heiße Luft durch ein Oberseitenrückführrohr 11 aus
dem Ofen. Die Druckregeleinheit 10 saugt Luft von wenigstens
einem Punkt innerhalb des Ofens an. Vorzugsweise wird Luft aus einer
Mittellinie des Ofens 1 an der Decke des Ofens und aus
beiden Enden des Ofens gesaugt. Die Druckregeleinheit 10 setzt
die Luft hauptsächlich
durch Verdichten unter Druck, d.h. durch Anwenden des Verdichtungsprinzips.
Die Drehzahl der Druckregeleinheit 10 beträgt mehr
als 15000 Umdrehungen/Minute, vorzugsweise mehr als 20000 Umdrehungen/Minute,
und bei ihr kann es sich beispielsweise um einen Wärmedauerfestigkeitskompressor
oder um eine Turbine eines Turboladers handeln. Die Druckregeleinheit 10 wird dazu
verwendet, einen Überdruck
in Bezug auf den Druck in dem Ofen 1 zu erzeugen. Normalerweise beträgt der Überdruck
weniger als 0,25 bar. Die Drehzahl der Druckregeleinheit sollte
ausreichend hoch sein, so dass es möglich ist, Luft durch eher
kleine Rohre und Düsenlöcher bei
ausreichender Geschwindigkeit zu blasen.
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Der
Bodenteil des Anlassofens 1 ist mit Unterseitenblasrohren 12 versehen,
die quer in dem Ofen angeordnet sind, beispielsweise in jedem oder in
jedem zweiten Rollenspalt. Die Unterseitenblasrohre 12 weisen
eine ähnliche
Größe wie die
Oberseitenblasrohre 7 auf und sind beispielsweise etwa 20
mm unterhalb der unteren Fläche
der Rollen positioniert. Die Blaslöcher sind beispielsweise in
einem Abstand von 25 mm voneinander beabstandet, und ihre Lochgröße entspricht
der Lochgröße des Oberseitenblasrohrs.
Zudem können
die Löcher
mit Düsen
versehen sein, um sicherzustellen, dass die Luft auf das Glas geblasen
wird, ohne dass der Luftstrom im Wesentlichen die Rollen 3 trifft.
In einem solchen Fall werden die Rollen 3 niemals einem
unkontrollierten Wärmeübergang
aufgrund des Luftstroms ausgesetzt.
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Den
Unterseitenblasrohren 12 wird Luft von den Unterseitenzuführrohren 13 zugeführt. Die
Unterseitenzuführrohre 13 sind
an beiden Kanten des Ofens 1 längs in der Bewegungsrichtung
des Glases angeordnet. Der Abstand zwischen den Unterseitenzuführrohren 13 und
der unteren Fläche
der Rollen 3 beträgt
beispielsweise etwa 50 mm. Die Unterseitenblasrohre 12 sind
abwechselnd an den Unterseitenzuführrohren 13, die an
verschiedenen Kanten des Ofens angeordnet sind, in ähnlicher
Art und Weise wie die oberen Seitenrohre befestigt. Mit anderen Worten
wird dem Unterseitenblasrohr 12 Luft von dem einen oder
dem anderen der Unterseitenzuführrohre
zugeführt.
Der Durchmesser der Unterseitenzuführrohre 13 beträgt beispielsweise
etwa 40 mm. Ferner ist der Ofen mit Unterseitenförderrohren 14 versehen,
um den Unterseitenzuführrohren 13 Luft zuzuführen. Ein
Unterseitenförderrohr
windet sich in dem unteren Teil des Ofens, so dass die durch dieses strömende Luft
erwärmt
wird. Die Temperatur der Luft, die auf die Unterseite geblasen wird,
beträgt ebenfalls
bevorzugt mehr als 600°C,
beispielsweise etwa 650°C.
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In
Verbindung mit der Oberseitendruckregeleinheit 10 ist ein
Antriebsmotor 15 vorgesehen, der entweder über ein
Getriebe oder direkt mit der Druckregeleinheit 10 verbunden
ist. Bei dem Antriebsmotor 15 kann es sich beispielsweise
um einen Käfiginduktionsmotor
handeln, dessen Drehzahl mit Hilfe eines Inverters 16 gesteuert
wird.
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Luft
wird mit Hilfe eines Kompressors 17 zum Unterseitenförderrohr 14 geblasen.
Der Kompressor 17 erhält
seine Luft aus der Werkshalle. Von dem Kompressor 17 kann
die Luft zu einem Druckbehälter 22 gefördert werden,
wobei in diesem Falle der Kompressor kleiner sein kann, als wenn
kein Druckbehälter
verwendet wird. Der Druck des Druckbehälters kann beispielsweise 7
bar betragen, und Luft, deren Druck beispielsweise 1,5 bar beträgt, kann
aus dem Druckbehälter 22 zu
dem Ofen gefördert
werden. Aus Gründen
der Klarheit sind in den beiliegenden Figuren weder Ventile noch
Einstelleinrichtungen zum Einstellen des Druckniveaus dargestellt.
Zusätzlich zu
oder anstelle des Förderrohrs 14,
das sich in dem unteren Teil des Ofens windet, so dass sich die
in diesem enthaltene Luft erwärmt,
kann die Luft unter Verwendung einer separaten Heizeinrichtung erwärmt werden.
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Der
Kompressor 17 wird mit Hilfe eines Antriebsmotors 18 drehend
angetrieben, bei dem es sich um einen Käfiginduktionsmotor handeln
kann, dessen Drehzahl mit Hilfe eines Inverters 19 gesteuert
wird.
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Die
Vorrichtung umfasst ferner Thermoelemente 20, um die Temperatur
der Luft innerhalb des Ofens zu messen. Auf Basis der durch die
Thermometer 20 durchgeführten
Messung werden Widerstände 5 und 6 gesteuert.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Steuereinheit 21, in
der die erforderlichen Messinformationen gesammelt und die gewünschten Erwärmungsprofile
bestimmt werden. Die Steuereinheit 21 wird zudem zum Steuern
der Operation der Druckregeleinheit 10 und des Kompressors 17 sowie der
Widerstände 5 und 6 verwendet.
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Während des
Prozesses des Erwärmens von
Glas 4 wird das Glas 4 zuerst einem Ofen 1 mit Hilfe
eines Beladungsförderers
zugeführt.
In dem Ofen 1 wird das Glas 4 normal auf den Rollen 3 geschwungen.
Die Temperatur des Ofens ist auf eine Temperatur von etwa 670°C eingestellt.
Wenn das Glas dem Ofen zugeführt
wird, werden obere Widerstände 5 gemäß einem
vorbestimmten Erwärmungsprofil
eingeschaltet. Untere Widerstände
werden basierend auf den Thermoelementen 20 gesteuert.
In einem Erwärmungsprofil
werden Wärmewiderstände, die
normalerweise in der Mitte der Glasscheiben vorhanden sind, derart
gesteuert, dass sie auf einem 100%igen Energieniveau betrieben werden,
während elektrische
Widerstände,
die an den Kanten der Glasscheiben vorhanden sind, derart gesteuert
werden, dass sie bei einem geringeren Energieniveau betrieben werden.
Zu Beginn eines Erwärmungszyklus' wird ein Oberseitenkonvektionsblasen
maximal eingestellt. Wenn das Erwärmen fortgesetzt wird, nimmt die
Oberseitenkonvektion nach und nach ab.
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2 zeigt
schematisch ein Erwärmen
von Glas während
eines Erwärmungszyklus'. Die horizontale
Achse zeigt die Erwärmungszeitdauer,
während
die vertikale Achse die Temperatur des Glases zeigt. Die Erwärmungskurve
des Glases ist durch die Bezugsziffer 23 bezeichnet. Im
Falle der 2 wird nach 50 Sekunden das
Unterseitenkonvektionsblasen eingeschaltet, und gleichzeitig werden
die unteren Widerstände 6 zwangsgesteuert
geschaltet, so dass sie Energie in Übereinstimmung mit dem Erwärmungsprofil
ausgeben und nicht der Steuerung eines Thermoelementes folgen. Diese
Erwärmen,
welches das Blasen auf die Unterseite und die Zwangssteuerung der
unteren Widerstände
beinhaltet, fährt
bis zu einem Zeitpunkt von 120 Sekunden ausgehend von dem Beginn
eines Erwärmungszyklus' fort, woraufhin das
Blasen angehalten wird und die unteren Widerstände der Steuerung des Thermoelementes
folgen. Das Blasen auf die Unterseite und die Zwangssteuerung der
unteren Widerstände
sind in 2 durch ein kariert schraffiertes
Rechteck dargestellt. Das Blasen auf die Unterseite ermöglicht es,
dass das Glas einem effizienten Erwärmungseffekt unterzogen wird. Der
Wärmeeffekt,
der durch das Blasen erzielt wird, wirkt schneller als eine Steuerung
der Widerstände. Da
jedoch eher kalte Kompressorluft dem unteren Teil des Ofens zugeführt wird,
wird das Blasen nicht bis zum Ende des Erwärmungszyklus' fortgesetzt, um
zu verhindern, dass der Ofen zu sehr abkühlt. Andererseits ermöglicht es
das Blasen, dass die Temperatur im unteren Teil des Ofens geeignet
gering gehalten wird. Anstelle der Zwangssteuerung der unteren Widerstände 6 können diese
auch in einer anderen Art und Weise gesteuert werden. Vorzugsweise wird
jedoch der durch die unteren Widerstände 6 erzielte Erwärmungseffekt
erhöht,
wenn das Blasen auf die Unterseite beginnt.
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Die
oberen Widerstände 5 und
die unteren Widerstände 6 sind
bevorzugt mit einer sichtbaren Widerstandsspirale versehen, d.h.
bei der Erwärmungseinrichtung
handelt es sich nicht um eine „massive
Erwärmungseinrichtung", in welcher der Widerstand
von Metall umgeben oder eingekapselt ist. Bei der vorliegenden Beschreibung
bezieht sich ein Erwärmungszyklus
auf die Zeitdauer, die eine einzelne Glasladung in dem Ofen verbringt;
ein Erwärmungszyklus
wird deshalb auch als 100% bezeichnet. Das Unterseitenerwärmungsblasen
kann gleich zu Beginn des Erwärmungszyklus' gestartet werden, wobei
jedoch das Unterseitenerwärmungsblasen normalerweise
zu einem Zeitpunkt von 25 bis 45% ausgehend vom Anfang der Erwärmung gestartet wird,
und es dauert normalerweise 25 bis 60% der Gesamterwärmungsdauer
an. Das Unterseitenerwärmungsblasen
wird jedoch nicht später
als zu einem Zeitpunkt von 80% des Erwärmungszyklus' angehalten.
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Die
Zeichnungen und die dazugehörige
Beschreibung dienen nur zur Darstellung der der Erfindung zugrunde
liegenden Idee. Einzelheiten der Erfindung können innerhalb des durch die
beiliegenden Ansprüche
definierten Schutzbereiches variieren.