-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Erwärmen
von Glas in einem mit Rollen versehenen Temperofen, wobei bei dem
Verfahren das Glas von oben mit oberen Widerständen und von unten mit unteren
Widerständen
erwärmt
wird.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine
Einrichtung zum Erwärmen
von Glas in einem mit Rollen versehenen Temperofen, wobei die Einrichtung
obere Widerstände
zum Erwärmen
von Glas von oben und untere Widerstände zum Erwärmen von Glas von unten umfaßt.
-
Derzeitige Glastemperanlagen setzen Öfen ein,
die als Pendelrollenöfen
bekannt sind und in denen Glas hauptsächlich durch Strahlung erwärmt wird.
In dem Temperprozeß wird
die Temperatur des Glases über den
Erweichungspunkt von Glas erhöht,
um das Tempern des Glases zu ermöglichen.
Je nach Glasstärke
liegt diese Temperatur zwischen 610 und 625°C. Anschließend wird das Glas mit gewünschter
Geschwindigkeit üblicherweise
unter Einsatz einer erzwungenen Konvektion abgekühlt, wodurch Luftstrahlen von
oben und von unten auf das Glas geblasen werden. Dieses Verfahren
ermöglicht
hohe Wärmeübergangskoeffizienten,
die im Falle von dünnem
Glas erforderlich sind, um zwischen der Oberfläche und der Mitte des Glases
einen ausreichenden Temperaturunterschied zu erzielen. Beispiele
für Pendelrollenöfen sind
in den Dokumenten EP-A-0 416 332 und EP-A-0 564 489 beschrieben.
-
Beim Erwärmen von Glas in einem Temperofen,
in dem das Glas während
des gesamten Erwärmungsprozesses
auf Rollen oszillierend hin- und herbewegt wird und in dem das Glas
mit über
und unter dem Glas angeordneten Widerständen erwärmt wird, ist die Wärmeübertragung
auf das Glas schwierig zu steuern. Ein Grund hierfür ist, daß eine Wärmeübertragung
beispielsweise von massiven Rollen auf Glas insbesondere in der
anfänglichen
Heizphase vorherrschend ist. In diesem Fall wird die untere Fläche des
Glases von oben her einem größeren Wärmestrom
ausgesetzt, selbst wenn die Wärmeübertragung
der oberen Fläche
beispielsweise durch den Einsatz von erzwungener Konvektion intensiviert
wurde. Dies führt
dazu, daß sich
die Kanten des Glases nach oben biegen und die Kontaktfläche zwischen
dem Glas und den Rollen ziemlich unbestimmt wird. Darüber hinaus
wird der Oberflächendruck
an der Kontaktstelle, an der das Glas die Rollen berührt, ausreichend
hoch, daß optische
Fehler im Glas entstehen, d. h. weiße Flecken und Kratzer, ein
Bruch der Oberfläche
des Glases. Außerdem ändern sich
die Bedingungen in dem Ofen während
der Heizperiode. Die Temperatur des Glases ändert sich relativ zur Zeit,
und insbesondere nimmt die Wärmeübertragung
von den Rollen ab, da sich die Temperatur des Glases an die Temperatur
der Rollen annähert
und da die Temperatur der Rollen in der Anfangsphase der Heizperiode
abfällt,
wenn der Wärmestrom,
der vom Glas aufgenommen wird, am höchsten ist. Dadurch entsteht
das Problem, die Erwärmung
der oberen und unteren Teile des Ofens während der gesamten Heizperiode
im Ausgleich zu halten.
-
Zu Beginn der Erwärmung wird an den Ofen eine
Leistung angeschlossen, die gleich der kombinierten Leistung der
Widerstände
ist, d. h. jeder Widerstand wird mit maximaler Heizleistung eingeschaltet.
In diesem Fall ist es nicht möglich,
den Ofen zu regulieren, und es ist nicht möglich, die tatsächliche
relative Leistung der oberen und der unteren Seite aufgrund von
Widerstandsverzögerungen
zu steuern. In diesem Fall führen
ungleichmäßig angeordnete
Glasladungen in dem Ofen dazu, daß der Ofen an Stellen, die
das meiste Glas umfassen, abkühlt,
selbst wenn der Bedarf an Erwärmung
an diesen Stellen am größten ist.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Vermeiden der oben genannten
Nachteile anzugeben.
-
Das Verfahren der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß die
Heizwiderstände
derart dimensioniert sind, daß ihre
gesamte kombinierte Heizleistung größer als die maximale, von dem
Ofen benötigte
Heizleistung ist, und daß die
Widerstände
derart gesteuert werden, daß die
gleichzeitig verwendete, maximale kombinierte Heizleistung der Widerstände der
maximalen, von dem Ofen benötigten
Heizleistung entspricht.
-
Die Einrichtung der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die
kombinierte Heizleistung der Heizwiderstände größer als die maximale, von dem
Ofen benötigte
Heizleistung ist, und daß die
Widerstände
gekoppelt sind, um derart gesteuert zu werden, daß die maximale
Menge an gleichzeitig verwendeter Heizleistung der Widerstände der
maximalen, von dem Ofen benötigten
Heizleistung entspricht.
-
Eine wesentliche Idee der Erfindung
liegt darin, daß der
Temperofen mit Heizwiderständen
erwärmt wird,
die derart dimensioniert sind, daß ihre kombinierte Leistung
größer als
die von dem Ofen benötigte
Heizleistung ist, und daß die
Widerstände
derart gesteuert werden, daß die
maximale Menge an gleichzeitig verwendeter Widerstandsleistung der
maximalen von dem Ofen benötigten
Heizleistung entspricht. Die Idee eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
liegt darin, daß die
Widerstände
in getrennte Steuergruppen unterteilt werden. Die Idee eines weiteren
bevorzugten Ausführungsbeispiels
basiert darauf, daß die
angeschlossene elektrische Last des Ofens kleiner als die kombinierte
Leistung der Widerstände
ist.
-
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß die Wärme auch
während
der anfänglichen
Heizphase auf eine gewünschte
Stelle im Ofen gerichtet werden kann. Darüber hinaus ist ein einzelner
Widerstand effizient und schnell und ermöglicht, daß die Wärme schnell auf die Stellen
gerichtet werden kann, an denen sie benötigt wird. Fall dies erforderlich
ist, können
auch starke Wärmerichtungsbänder erzielt
werden. Ferner kann der Ofen aufgrund der beschränkten Leistung nicht überhitzt
und ungesteuert gelassen werden. Darüber hinaus steigen die Investitionskosten
für elektrische
Verteilertafeln nicht übermäßig hoch
an, da die angeschlossene Last auf einem normalen Niveau bleibt.
Ebenso kann der Kunde die Entscheidung über den Umfang der angeschlossenen
Last in Übereinstimmung
mit der Energiezufuhr treffen. Insgesamt kann die Glasladung so gleichmäßig wie
möglich über die
gesamte Oberfläche
erwärmt
werden, wobei die gesamte Ladung in den Endheizphasen innerhalb
einer kleiner Temperaturtoleranz ist. Auf diese Weise kann die durchschnittliche Austrittstemperatur
der Ladung so gering wie möglich
gehalten werden.
-
Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung bezieht sich die Bezeichnung höchste, von einem Ofen benötigte Heizleistung
auf eine Leistung, die das 2,5-fache
der durchschnittlichen theoretischen Leistung beträgt, die
vom Glas benötigt
wird, um die Temperatur des Glases von 20°C auf 620°C während einer Heizperiode von
40 Sekunden pro Millimeter Stärke
des Glases zu erhöhen.
In der Glasherstellung selbst hat sich gezeigt, daß es sich
nicht lohnt, eine Temperatur einzusetzen, die die genannte maximale,
von dem Ofen benötigte
Leistung übersteigt,
da das Glas in der Praxis aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit
von Glas anfänglich
nicht schneller als mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit erwärmt werden
kann. Probleme treten insbesondere beim Erwärmen von dickem Glas auf, das
im Ofen bricht, wenn es zu schnell erwärmt wird, d. h. bei Ver wendung
einer zu hohen Heizleistung. Ein Beispiel für ein 4 mm dickes Glas ergibt
pro Glasquadrat:
wobei P = durchschnittliche,
von dem Glas benötigte
Leistung
Q = zum Erhöhen
der Temperatur erforderliche Energie
d = Glasstärke, mm
m
= 1 m
2 Glasmasse = 10 kg
c(T) = spezifische
Glasheizleistung, abhängig
von der Temperatur des Glases, Schwankungsbereich etwa 820 bis 1260
J/kgK
T(end) = Endtemperatur des Glases = 620°C
T(start)
= Anfangstemperatur des Glases = 20°C
-
In diesem Fall liegt der maximale
Leistungsbedarf bei 100 bis 108 kW pro Glasquadrat. Der maximale Leistungsbedarf
hängt praktisch
nicht von der Stärke
des Glases ab. Der maximale Leistungsbedarf schließt Verluste
durch Dämmstoffe
des Ofens, etc. ein.
-
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
genauer erläutert,
in denen zeigen:
-
1 auf
schematische Weise einen Temperofen, gesehen in Bewegungsrichtung
des Glases und im Schnitt, und
-
2 einen
Querschnitt durch den Ofen der 1 von
der Seite.
-
Die 1 zeigt
auf schematische Weise einen Temperofen gemäß der Erfindung, gesehen in
Bewegungsrichtung des Glases und im Schnitt. Der Temperofen umfaßt ein Gehäuse 1 und
Rollen 2, auf denen Glasplatten 3 angeordnet sind.
In dem Temperofen werden die Glasplatten 3 mittels der
Rollen 2 auf eine an sich vollkommen bekannte Weise vor
und zurück
bewegt, d. h. sie werden oszillierend hin- und herbewegt, um die
Rollenstützpunkte
während
der gesamten Heizphase gleichmäßig auf
dem gesamten Glas zu verteilen. Auf diese Weise können Deformationen
in der Glasoptik, die durch ungleichmäßiges Stützen des Glases verursacht
werden, auf ein Minimum herabgesetzt werden.
-
Die Glasplatten 3 werden
von oben mit oberen Widerständen 4 und
von unten mit unteren Widerständen 5 auf
eine an sich völlig
bekannte Weise erwärmt.
Obere Ausblasrohre können über den
Glasplatten 3 und untere Ausblasrohre können unter den Glasplatten
angeordnet werden, wodurch, falls dies erforderlich ist, die oberen
Ausblasrohre zum Blasen warmer Luft auf die oberen Flächen der
Glasplatten 3 verwendet werden können, d. h. es kann eine erzwungene
Konvektion genutzt werden. Ähnlich
dazu können
die unteren Ausblasrohre je nach Bedarf entweder zum Abkühlen des
Ofens von unterhalb der Glasplatten 3 oder zum Erwärmen desselben
eingesetzt werden. Der Klarheit wegen wurden diese Ausblasrohre
in den beigefügten
Figuren nicht dargestellt.
-
Die oberen Widerstände 4 und
die unteren Widerstände 5 sind
paarweise angebracht. Wenn ein Widerstand ausfällt, bleibt somit der andere
Widerstand des Paares im Einsatz. Die Widerstände haben vorzugsweise eine
offene Widerstandsstruktur, die mit einer sehr geringen Verzögerung arbeitet
und eine geringe Masse hat. Darüber
hinaus ermöglicht
der Wirkungsgrad der Widerstände
sehr scharfe Heizprofile. Aufgrund einer geringeren heißen Masse
in dem Ofen wird auch das Herstellen eines Temperaturausgleichs
im Ofen leicht.
-
Die 2 zeigt
einen Querschnitt durch den Ofen der 1 von
der Seite. Die Numerierung der 2 entspricht
der der 1. In Längsrichtung
des Ofens wurden vorzugsweise sowohl die oberen Widerstände 4 als
auch die unteren Widerstände 5 in
mehrere Teile unterteilt, wodurch mittels Steuerung der Widerstände die Erwärmung auch
in Längsrichtung
des Ofens auf den erforderlichen Punkt gerichtet werden kann.
-
Endungsgemäß sind die oberen Widerstände 4 und
die unteren Widerstände 5 derart
dimensioniert, daß die
kombinierte Leistung der Widerstände
die maximale, von dem Ofen benötigte
Heizleistung übersteigt. Am
bevorzugtesten ist die kombinierte Leistung der Widerstände etwa
1,2 bis 1,7 mal höher
als die maximale, von dem Ofen benötigte Leistung. Auf diese Weise
kann der Ofen auch in der anfänglichen
Heizphase auf eine von dem Prozeß erforderliche Weise gesteuert
werden, da die ganze Zeit über
eine Widerstandsreserve zur Verfügung
steht. Darüber
hinaus bleibt der Temperaturausgleich im Ofen im Gleichgewicht.
Außerdem
ist ein einzelner Widerstand schnell, und ein einzelner Widerstand
oder eine Widerstandsgruppe ermöglicht
dann erneut sehr starke, auf das Glas zu richtende Heizprofile.
Die angeschlossene Stromlast kann kleiner dimensioniert werden als
die kombinierte Leistung der Widerstände und führt so zu Einsparungen bei
den Kosten für elektrische
Verteilertafeln und Verkabelungen.
-
Im folgenden wird eine Heizperiode,
die das Verfahren und die Einrichtung der Erfindung einsetzt, anhand
eines Beispiels beschrieben. In dem Beispiel wird angenommen, daß es sich
um einen Einkammer-Ofen handelt, daß die Erwärmung hauptsächlich durch
Strahlung bewirkt wird, daß der
Ofen Keramikrollen 2 hat, um das Glas während der gesamten Heizperiode
oszillierend hin- und herzubewegen, und daß das Glas ein 4 mm dickes
Floatglas ist, das mit einem Überzug
versehen ist, der einen Reflexionsgrad von etwa 40% hat.
-
In der Anfangsphase, d. h. etwa 10
Sekunden bevor die Ladung in den Ofen befördert wird, wird versucht,
den Ofen vom Gesichtspunkt des Erwärmens der ankommenden Ladung
in den vorteilhaftesten Zustand zu versetzen. In diesem Zusammenhang
versucht man, den oberen und den unteren Teil des Ofens gut auszugleichen,
so daß das
Glas 3, sobald es in den Ofen eintritt, sowohl an dem oberen
als auch an dem unteren Teil einem Wärmestrom ausgesetzt wird, der
so gleich wie möglich
ist. Aufgrund der Beschichtung der oberen Fläche des Glases 3,
werden 40% der auf die Oberseite gerichteten Strahlung zurück reflektiert,
und die Unterseite wiederum erhält
einen hohen Wärmestrom
aufgrund der heißen
Rollen 2. Aus diesem Grund versucht man den Wärmestrom
von der Unterseite dieses reflektierenden Glases 3 abzuführen. In
der Praxis geschieht dies durch Kühlen der Rollen 2 und
Abschatten der unteren Widerstände 5.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß man beispielsweise die Temperatur
der unteren Widerstände 5 so
gering wie möglich
hält und
man den unteren Teil mittels Ausblasrohren abkühlt. Entsprechend dazu werden
Versuche unternommen, die Temperatur der oberen Widerstände 4 auf
eine angemessene Höhe
anzuheben, so daß der
Wärmestrom, der
in dem Glas erhalten wird, ausreichend wäre.
-
Wenn das Glas 3 in den Ofen
befördert
wird, fängt
seine Temperatur sehr schnell zu steigen an. Gleichzeitig wird das
Glas 3 oszillierend auf Keramikrollen 2 hin- und herbewegt. Das
Glas 3 sollte die ganze Zeit über auf der Oberseite und der
Unterseite und an jedem Punkt der Oberfläche einem gleichen Wärmestrom
ausgesetzt werden. Darüber
hinaus darf die Erwärmung
nicht zu schnell erfolgen, damit auch die Mitte des Glases in Richtung
seiner Stärke
gesehen Zeit hat, auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt zu werden.
Während
das Glas 3 im Ofen ist, werden die Widerstände während der
ersten 10 Sekunden so gesteuert, daß der Leistungsbedarf der oberen
Widerstände 4 80
bis 100% und der der unteren Widerstände 20 bis 50% beträgt. Die
oberen Widerstände 4 und
die unteren Widerstände 5 sind
bezogen auf ihre Leistung gleich dimensioniert, wodurch, wenn dies
erforderlich ist, auch aus den unteren Widerständen 5 eine adäquate Leistung
erhalten werden kann, beispielsweise wenn der Ofen ausgeglichen
wird. Die oben für
den Leistungsbedart genannten Werte gewährleisten eine ausreichende
Gesamtheizleistung des Ofens in der genannten Anfangsheizphase,
wenn die Widerstände
beispielsweise 1,5-mal größer als
die erforderliche maximale Heizleistung dimensioniert sind. Gleichzeitig
kann der Wärmestrom
auf der Unterseite mit Hilfe von Kühlrohren verringert werden.
Der Ofen hat dann eine Einstellreserve sowohl aufgrund der Widerstandsleistungsreserve
auf der Oberseite als auch aufgrund der Kühlleistung auf der Unterseite.
In den oberen und den unteren Widerständen 4 bzw. 5 kann
ein horizontales Heizprofil verwendet werden, wodurch üblicherweise
ein Leistungsbedarf von 100% auf die mittleren Widerstände des
Ofens und ein Leistungsbedarf von etwa 80% auf die äußersten
Widerstände
entfällt,
wenn man die Leistungsbedürfnisse
der Widerstände
miteinander vergleicht.
-
Wenn man das Glas weiter zeitlich
zwischen etwa 10 Sekunden und etwa 100 Sekunden erwärmt, nimmt
die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur des Glases 3 steigt,
aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen dem Ofen und dem Glas 3 weiter
ab. Insbesondere der Wärmestrom
auf der Unterseite verringert sich gegenüber dem auf der Oberseite,
da verglichen mit dem Temperaturunterschied zwischen den oberen
Widerständen 4 und
dem Glas 3 der Temperaturunterschied zwischen dem Glas 3 und
den Rollen 2 relativ gesehen schneller abnimmt. Die das
Glas 3 berührenden
Rollen 2 geben mehr Wärme
an das Glas 3 ab als zur gleichen Zeit von den anderen
Teilen des Ofens übertragen
wird. Die obere Fläche
der Rollen 2 umfaßt das
Glas, das die oberen Widerstände 4 und
die Rollen 2 voneinander isoliert, und die Unterseite umfaßt Kühlrohre
zum Abkühlen
der Rollen 2. Darüber
hinaus wird die Temperatur der unteren Widerstände 5 niedrig gehalten.
Aus diesen Gründen
fängt die
Temperatur der Rollen 2 an, langsam abzusinken. Darum kann
die Kühlleistung
herabgesetzt werden und entsprechend kann der Leistungsbedarf der
Unterseite langsam in Relation zu dem Leistungsbedarf der oberen
Widerstände 4 derart
erhöht
werden, daß in
dem gezeigten Fall bei etwa 100 Sekunden ab Heizbeginn die Kühlung der
Unterseite vollkommen abgeschaltet werden kann und gleichzeitig
der Bedarf der oberen und unteren Widerstände 4 bzw. 5 etwa
gleich ist.
-
Beim Erwärmen von Glas auf Tempertemperatur,
das beispielsweise zwischen 100 und 160 Sekunden ab Heizbeginn stattfindet,
beginnt man zu Beginn dieser Phase mit dem Einblasen von heißer Luft
auf die untere Fläche
des Glases 3, z. B. bei etwa 100 Sekunden, d. h. die untere
Fläche
des Glases 3 wird einer zusätzlichen Erwärmung durch
erzwungene Konvektion ausgesetzt. Der Leistungsbedarf der unteren
Widerstände 5 wird
kontinuierlich relativ zu dem Leistungsbedarf der oberen Widerstände 4 erhöht, obgleich
der maximale Leistungsbedarf während
dieser Heizperiode abnimmt. Beim Erwärmen von Glas 3 mit
einer die Heizstrahlung reflektierenden oberen Fläche, ist
es beispielsweise von Vorteil, den Leistungsbedarf der oberen Widerstände 4 selbst
in den Endphasen der Heizperiode auf wenigstens 80% zu erhöhen, beispielsweise
etwa 10 Sekunden bevor das Glas 3 zur Abschreckkühlung aus
dem Ofen gezogen wird. Auf diese Weise wird eine ausreichend hohe
Ausgangstemperatur der oberen Widerstände 4 für die nächste Ladung
erreicht. Obgleich die Widerstände 4 und
5 wirksam und schnell sind, haben sie dennoch eine leichte Verzögerung.
Daher zahlt es sich aus, mit dem Erwärmen der oberen Widerstände 4 in
dieser frühen
Phase zu beginnen. Andererseits aber führt das Erhöhen der Temperatur der oberen
Widerstände 4 aufgrund
dieser Verzögerung
zu keinem Schaden bei der Enderwärmung,
da die Temperatur der oberen Widerstände 4 noch nicht zu
hoch angestiegen ist.
-
Bei etwa 160 Sekunden hat das Glas 3 die
Tempertemperatur erreicht und wird zur Abschreckkühlung befördert. Der
Ofen ist dann für
etwa 10 Sekunden leer, ehe die nächste
Ladung in denselben befördert
wird. Während
dieser Zeit sollte in dem Ofen eine geeignete Temperatur für die nächste Ladung
erreicht werden. Deshalb muß jeder
Widerstandsdraht jedes einzelnen Widerstandes so effizient wie möglich sein
und eine geringe Masse haben, d. h. schnell sein, damit die gewünschten
Anfangsbedingungen erreicht sind, wenn die folgende Ladung in den
Ofen eintritt. Darüber
hinaus sollten die Bedingungen in dem Ofen in der Endphase der vorhergehenden
Ladung im Hinblick auf die folgende Ladung so günstig wie möglich bleiben, um den gewünschten
Temperaturausgleich zu erzielen. Aus diesem Grunde wird in dem Fall,
der in dem vorstehenden Absatz beschrieben ist, beim Erwärmen des
Glases auf Tempertemperatur auch die Unterseite einer erzwungenen
Konvektion ausgesetzt, wodurch die unteren Wider stände 5 in
der Endheizphase nicht angeschaltet werden müssen, was in der Anfangsphase
der nachfolgenden Heizperiode schädlich wäre. Während der leeren Phase wird
der untere Teil nur gekühlt.
-
Die Zeichnung und die dazugehörige Beschreibung
dienen nur zur Veranschaulichung der Idee der Erfindung. Hinsichtlich
ihrer Einzelheiten kann die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs
der Ansprüche
variieren. Dies bedeutet, daß die
Widerstände
mittels einer Vielzahl von unterschiedlichen Einstellparametern manuell
oder automatisch gesteuert werden können. Solche Einstellparameter
schließen
z. B. die Ofentemperaturen auf unterschiedlichen Seiten des Ofens,
die Heizkurve von Glas, die ebenfalls von einem Pyrometer gemessen
wird, die Entwicklung des Temperaturunterschiedes zwischen dem Glas 3 und
den Rollen 2 und Informationen bezüglich der Form und des Ladungsgrades
der Ladung ein.