(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡形成を回避しつつガラス溶融物（Ｇ）からガラス製品を製造するための装置（１００）であって、前記装置（１００）は、坩堝（１１０）と、前記坩堝（１１０）内に配置された、前記ガラス溶融物（Ｇ）を加工するための構成部分（１２０）とを含み、前記装置（１００）は、前記ガラス溶融物（Ｇ）を加熱するために、電源素子（１１１；１１２）を介して前記坩堝（１１０）に電流を供給する交流電流発生器（１５０）を含む、前記装置（１００）において、前記坩堝（１１０）内に配置された前記構成部分（１２０）が、可変インピーダンスを有する電流制限チョーク（１６０）を介して、前記坩堝（１１０）の電源素子のうちの１つ（１１２）に接続されており、
前記装置（１００’）が、接触接続素子、特に接触フランジ（１１３）を含んでおり、電源素子（１１２）を介した接触の代わりに、前記接触フランジ（１１３）によって前記電流制限チョーク（１６０）と前記坩堝（１１０）とが接続されていることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載の装置（１００）であって、前記坩堝（１１０）が、貴金属または貴金属合金から作製されており、特にＰｔ−Ｒｈ合金から作製されており、かつ、前記電源素子が、前記坩堝（１１０）の上端に取り付けられた第１の加熱フランジ（１１１）と、前記坩堝（１１０）の下端に取り付けられた第２の加熱フランジ（１１２）とを含むことを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置（１００）であって、前記坩堝が、撹拌坩堝（１１０）として実現されており、かつ前記撹拌坩堝（１１０）に内蔵された前記構成部分（１２０）が、撹拌要素として、特に撹拌機または撹拌ニードルとして実現されていることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置（１００’’）であって、前記装置（１００’）が、直流源、特に調整直流源（１８０）を含み、前記調整直流源（１８０）が、前記電流制限チョーク（１６０）と並列接続されていることを特徴とする、前記装置（１００’’）。
【請求項５】
請求項３に記載の装置（１００）であって、前記電流制限チョーク（１６０）の前記インピーダンス（ＺＤ）が調節されており、その結果、前記ガラス溶融物（Ｇ）内で形成される交流電流密度（Ｉ）、特に前記撹拌機の端部で形成される交流電流密度（Ｉ）が、下限値（Ｉｍｉｎ）と上限値（Ｉｍａｘ）との間にあることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項６】
請求項５に記載の装置（１００）であって、前記下限値（Ｉｍｉｎ）とは、気泡形成を誘起する水分解反応を防ぎうる十分な直流バッファを前記坩堝（１１０）の内壁上に提供する必要最小限の交流電流密度を指し、前記上限値（Ｉｍａｘ）とは、許容される最大限の交流電流密度を指し、該交流電流密度を上回ると、前記ガラス溶融物（Ｇ）内で、特に前記撹拌機の端部でおよび／または前記電源素子の領域内で気泡が形成されることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項７】
請求項５または６に記載の装置（１００）であって、前記電流制限チョーク（１６０）の前記インピーダンス（ＺＤ）が、以下のパラメータ：
−  前記交流電流発生器（１５０）により発生される加熱電流の周波数；
−  前記坩堝の材料、特に前記撹拌坩堝（１１０）の材料および／または前記撹拌機の材料および／または前記電源素子（１１１；１１２）の材料；
−  ジオメトリであって、前記坩堝の材料厚さ、特に前記撹拌坩堝（１１０）の材料厚さおよび／または前記撹拌機の材料厚さおよび／または前記電源素子（１１１；１１２）の材料厚さを含む、ジオメトリ；
−  前記電源素子（１１１；１１２）のインピーダンス；
−  使用されるガラスの種類、特に前記ガラス溶融物内で使用されるレドックス成分の種類および量
のうちの少なくとも１つに依存することを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項８】
請求項５から７までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、存在する交流電流密度（Ｉ）が前記上限値（Ｉｍａｘ）に達したかまたは前記上限値（Ｉｍａｘ）を上回ったら、前記調整直流源（１８０）が起動され、それにより直流保護が支援されることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項９】
請求項４から８までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、前記調整直流源（１８０）がインダクタンス（Ｌ）を含み、前記インダクタンス（Ｌ）によって、加熱電流により生じる交流電流の影響から直流源が保護されることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の装置（１００）であって、前記交流電流発生器（１５０）が加熱変圧器であり、かつ、前記電流制限チョーク（１６０）の前記インピーダンス（ＺＤ）の調節が、前記加熱変圧器のタップおよび抵抗器を介して行われることを特徴とする、前記装置（１００）。
【請求項１１】
請求項３に記載の装置であって、前記坩堝が、撹拌坩堝としてではなく、管の引抜き装置において使用するための坩堝として実現されており、前記坩堝内に配置されている前記撹拌要素が、管状または中空状のニードルとして実現されており、該管状または中空状のニードルによって、特にベロー法の適用によりガラス溶融物から管状ガラスが引抜かれることを特徴とする、前記装置。
【請求項１２】
気泡形成を回避しつつガラス溶融物（Ｇ）からガラス製品を製造するための方法であって、前記ガラス溶融物（Ｇ）を、坩堝（１１０）内で、前記坩堝（１１０）に内蔵された構成部分（１２０）を用いて加工し、前記ガラス溶融物（Ｇ）を加熱するために、交流電流発生器（１５０）に接続された電源素子（１１１；１１２）を介して前記坩堝（１１０）に通電する前記方法において、前記坩堝（１１０）内に配置された前記構成部分（１２０）を、可変インピーダンスを有する電流制限チョーク（１６０）を介して、前記坩堝（１１０）の電源素子（１１２）に接続し、
電源素子（１１２）を介した接触の代わりに、接触接続部材を介して、特に接触フランジ（１１３）を介して、前記電流制限チョーク（１６０）と前記坩堝（１１０）とを接続することを特徴とする、前記方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記電流制限チョーク（１６０）の前記インピーダンス（ＺＤ）を調節し、その結果、前記ガラス溶融物（Ｇ）内に存在する交流電流密度（Ｉ）、特に前記構成部分（１２０）である撹拌機の端部に存在する交流電流密度（Ｉ）が、下限値（Ｉｍｉｎ）と上限値（Ｉｍａｘ）との間にあることを特徴とする、前記方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記下限値（Ｉｍｉｎ）によって、気泡形成を誘起する水分解反応を防ぐ十分な直流バッファを前記坩堝（１１０）の内壁上に提供する必要最小限の交流電流密度を規定し、かつ、上限値（Ｉｍａｘ）によって、許容される最大限の交流電流密度を規定し、該交流電流密度を上回ると、前記ガラス溶融物（Ｇ）内で、特に前記撹拌機の端部でおよび／または電源素子の領域内で気泡が生じることを特徴とする、前記方法。
【請求項１５】
請求項１２から１４までのいずれか１項に記載の方法であって、前記電流制限チョーク（１６０）の前記インピーダンス（ＺＤ）が、以下のパラメータ：
−  前記交流電流発生器（１５０）により発生される加熱電流の周波数；
−  前記坩堝の材料および／または前記構成部分（１２０）の材料および／または前記電源素子（１１１；１１２）の材料；
−  ジオメトリであって、前記坩堝の材料厚さ、および／または前記構成部分（１２０）の材料厚さおよび／または前記電源素子（１１１；１１２）の材料厚さを含む、ジオメトリ；
−  前記電源素子（１１１；１１２）のインピーダンス、前記接触フランジ（１１３）のインピーダンスおよび／またはそれらの供給線のインピーダンス；
−  使用されるガラスの種類、特に前記ガラス溶融物内で使用されるレドックス成分の種類および量
のうちの少なくとも１つに依存することを特徴とする、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置に係る請求項１のプリアンブルに記載の、気泡形成を回避しつつガラス溶融物からガラス製品を製造するための装置、および方法に係る独立請求項のプリアンブルに記載の装置を用いて実施することのできる方法に関する。特に本発明は、ガラス溶融物からガラス製品、例えば管状ガラスを製造するための装置および方法であって、該ガラス溶融物を、電気加熱された坩堝内で、該電気加熱された坩堝内に配置されたおよび／または取り付けられた構成部分を用いてコンディショニングし、特に均質化する、装置および方法に関する。かかる坩堝は例えば、撹拌坩堝であって、該撹拌坩堝内に構成部分として撹拌要素が回転可能に取り付けられた撹拌坩堝であることができる。例えばこれは、坩堝であって、該坩堝内に構成部分として例えばベロー法により管状ガラスを製造するための管を備えた坩堝であってもよい。しかし本発明においては、あらゆるタイプの坩堝と該坩堝内に配置された構成部分とに適用しうることが意図される。
【０００２】
発明の背景
ガラス製品の製造の際には、ガラス溶融ユニットとも呼ばれる装置が使用され、これはより一般的には製造ユニットとも呼ばれる。製造時には、各ガラス溶融ユニットにおける気泡形成を最小限に抑え、また可能であればこれを完全に防ぐことが必要である。
【０００３】
典型的なガラス溶融ユニットは、投入機械を用いたバッチ投入部から出口までの範囲を包含しており、該出口では、まだ液状であるガラスが（所望のガラス製品への成形のための）後加工装置へと移される。該投入機械は例えば、ドリップフィーダ、ローラー機械、管の引抜き装置であってよく、また液体ガラスがその上を進む錫浴であってもよい。
【０００４】
ガラス溶融炉は一般に、液体ガラス溶融物の形成に用いられる領域と、溶融物の清澄を行って、溶融プロセス後に残る残留気泡を溶融物から除去する領域と、コンディショニングに用いられる領域と、からなる。この最後に記載した領域において、溶融物を一般にはさらに均質化し、そして後加工に必要な温度にする。溶融プロセス全体に要する温度は、ガラスの種類に大きく左右される。例えば窓ガラスやガラス容器の製造に使用されるソーダ石灰ガラスは、例えばディスプレイ用途やガラスセラミック用の特殊なガラスよりも大幅に低い温度で溶融される。
【０００５】
溶融槽は単純に化石燃料による加熱が可能であり、該溶融槽には追加の電気加熱部を備えることができ、また該溶融槽を完全にすべて電気操作することもできる。通常は予備加熱がなされるガスバーナー用燃焼媒体としては、通常の空気を使用することができ、また純粋な酸素を使用することもできる。
【０００６】
溶融ゾーンと清澄ゾーンとは、共通の湯溜り内に配置されてもよいし、空間的に別個の区画に配置されてもよい。流れに影響を及ぼすための様々な設備も、従来技術である。
【０００７】
コンディショニングステップは、作業槽内で、または溝状物もしくは分配装置系内で行われる。該系は様々な様式で構成されていてよく、その際、該系は１つ以上の金属性の構成部分または設備を含みうる。均質化には、撹拌要素（撹拌機、撹拌ニードル等）が使用されることが多く、該撹拌要素によって、撹拌機内に配置されたガラス溶融物の撹拌を行う。
【０００８】
電気加熱されたガラス溶融ユニット内で、例えば撹拌機内では、ガラス溶融物中で気泡が合体または形成され、これによって最終的には製品品質が大幅に低下することがよく知られている。したがって、こうした気泡形成は完全に抑制されるべきである。
【０００９】
独国特許出願公開第１０２０１００３７３７６号明細書（ＤＥ  １０  ２０１０  ０３７  ３７６  Ａ１）には、ガラス製品を製造するための方法および装置であって、ガラス溶融物の電気加熱部に対して本質的な制約が課されている方法および装置が開示されている。過大な電流負荷によって生じる加熱電極または電流供給フランジでのまたはそれらの近傍での気泡形成は、使用される加熱周波数、使用される電極材料およびガラス自体の特性に明らかに影響を受けうる。電流負荷に関して、様々なレドックス系の固守に限定することが推奨されている。
【００１０】
独国特許出願公開第１９９５５８２７号明細書（ＤＥ  １９９  ５５  ８２７  Ａ１）には、ガラス品質を向上させるための方法および装置が開示されており、その際、ガラス溶融物内に電位勾配を生じさせるべく、集成装置の導電性部分（例えば壁部）と、溶融ガラス中に突出した電極とにＤＣ電圧源が接続され、それによって水素マイグレーション後に残留する酸素がイオン化し、すなわち該酸素が負に帯電したＯ２イオンに変換され、該Ｏ２イオンは中性のＯ２分子とは対照的に溶融物中に無制限の量で溶解するため、これが凝集して気泡となることはないことから、水分解に起因する（無電解での）Ｏ２気泡形成が回避される。
【００１１】
気泡形成を回避しつつガラス製品を製造するための他の方法および装置は、以下の刊行物に開示されている：
独国特許出願公開第１０２００８０４２１１７号明細書（ＤＥ  １０  ２００８  ０４２  １１７  Ａ１）、特表平９−０９６７１２７号公報（ＪＰ  Ｈ  ０９  ６７  １２７  Ａ）および特開２００５−０６０２１５号公報（ＪＰ  ２００５  ０６０  ２１５  Ａ）。
【００１２】
したがって、公知の方法および装置において取り組まれているのは主に、水分解に起因する（無電解での）気泡形成の課題か、または電気的な交流電流加熱に起因する（電流による）気泡形成の課題のいずれかである。しかし、これらの課題のどちらにも効率的に対処しかつ解決する解決策が求められている。
【００１３】
本発明の目的は、上述の種類のガラス製品を製造するための方法および装置をさらに改良し、無電解での気泡形成と電流による気泡形成のどちらをも効率的に防ぐことである。
【００１４】
上述の目的は、請求項１に記載の方法の特徴を有する装置と、装置に係る独立請求項に記載の特徴を有する方法と、によって達成される。
【００１５】
したがって本発明は、装置であって、該装置は、坩堝、例えば撹拌坩堝と、該坩堝内に配置された構成部分、例えば回転可能に取り付けられた撹拌機と、を含むとともに、電流接続素子を介して該坩堝に電流を供給する溶融ガラス加熱用の交流電流ユニットを含み、該構成部分または該撹拌機は、可変インピーダンスを有する電流制限チョークを介して、該坩堝または撹拌バーの該電流接続素子のうちの１つ（例えば下部加熱フランジ）に接続されている、装置に関する。かかる電流制限チョークを用いて該インピーダンスを調節することで、該装置のＡＣ電流負荷を最小限に抑えることと、水分解反応に対して明らに影響を及ぼすこととを、同時に達成することができる。
【００１６】
本発明は、あらゆるタイプの坩堝と、該坩堝内に配置された構成部分と、に適用される。例えば、撹拌坩堝または撹拌バーに撹拌機が備えられている場合、該撹拌機は好ましくは、摺動接点と外部ケーブルとによって加熱フランジに直接接続される。これによって、該装置内の電界が変化し、さらには該装置内の電流密度分布が変化する。実用試験により、下部加熱フランジとの接続が気泡品質に最も大きな影響を与えることが判明した。多くの場合、この影響は短時間のみであったため、接続を再度切り離した。原則として、摺動接点の如何なる変化によってもすでに、すなわち摺動接点を固定しても切り離してもすでに、気泡の発生が減少し、したがって製品品質が向上した。したがって、継続時間を予め設定することが可能であれば、摺動接点の反転回路の実現が可能となるものと考えられる。
【００１７】
本発明は、以下の驚くべき知見を出発点とする：
電流により誘起される気泡形成を低減させるためには、交流電流を、したがって電流密度を、できる限り低下させるための措置を取ることが容易であろう。これによって、撹拌機の羽根における高い電流密度と、それに付随する気泡形成とは回避されるであろうが、交流電流を過度に低下させるだけでは、撹拌坩堝の導電壁部上での水分解反応に対して効果的な直流バッファを形成するには不十分であるものと考えられる。したがって、本発明において提案される電流制限チョークを用い、インピーダンスの調整によって各配置構成体にとって最適な値を生じさせて、生じる気泡形成を最小限とすることで、製品品質を簡便かつ極めて効率的に最適化することができる。驚くべきことに、チョークの所与のインピーダンスＺＤで気泡形成が最小限に達すること、すなわち、該分岐部においてＡＣ電流が低すぎるかまたはＡＣ電流が高すぎることで、製品内に比較的多量の気泡が生じることが、実験により判明した。本発明の一実施形態において、電流制限チョークが加熱変圧器を介して実現される場合には、該チョークまたは誘導子のインピーダンスを、相応するタップを介して、および抵抗器を介して、容易に調節することができる。この目的のために、変圧器の二次側または一次側を使用することができる。変圧比に留意することが重要である。本発明の原理およびその効果について、以下により詳細に説明する。このために、好ましい例示的な実施形態を開示する。該例示的な実施形態は、従属請求項にも記載されている。
【００１８】
したがって、撹拌坩堝は好ましくは、貴金属もしくは貴な金属（ｐｒｅｃｉｏｕｓ  ｏｒ  ｎｏｂｌｅ  ｍｅｔａｌ）またはその合金から、特にＰｔ−Ｒｈ合金から作製され、該撹拌坩堝の上端に取り付けられた第１の加熱フランジと、該撹拌坩堝の下端に取り付けられた第２の加熱フランジとが、電流接続素子として機能する。好ましくは、撹拌機要素は、電流制限チョークを介して（該撹拌機の下端で）第２の加熱フランジに接続される。これらの１つ以上の撹拌機要素は、例えば１つの撹拌機であってもよいし、１つ以上の撹拌ニードルであってもよい。
【００１９】
本発明の好ましい一実施形態において、該装置は、接触接続素子、特に接触フランジを有しており、電流接続素子を介した接触様式の代わりに、該接触フランジによって電流制限チョークと撹拌坩堝とが接続されている。この付加的な接触フランジは、加熱目的に使用されるのではなく、チョークを介した撹拌機と坩堝との接続のためにのみ使用される。
【００２０】
電流制限チョークの可変インピーダンスは好ましくは、ガラス溶融物内で生じる交流電流密度、特に撹拌機の翼またはベーンの端部で生じる交流電流密度が、下限値と上限値との間となるように調節される。この点に関して、下限値とは、気泡形成を伴う水分解反応を防ぐ十分な直流（ＤＣ）バッファを撹拌坩堝の内壁上に提供する必要最小限の交流電流（ＡＣ）電流密度を指す。一方で上限値とは、許容される最大限のＡＣ密度を定めたものであり、該ＡＣ密度を上回ると、ガラス溶融物内で、特に撹拌機ブレード端部でおよび／または電流接続素子の領域内で気泡が形成される。このようにして、インピーダンス値を調節することで、ＡＣ負荷とＤＣ保護とにとっての最適条件を見出すことができる。
【００２１】
特に、電流制限チョークのインピーダンスを、以下のパラメータのうちの少なくとも１つに応じて設定することも可能である：
−  交流電流発生器により発生される加熱電流の周波数；
−  坩堝の材料、特に撹拌要素の撹拌機の材料および／または電流接続素子の材料；
−  ジオメトリであって、坩堝の材料厚さ、特に撹拌要素の撹拌機の材料厚さおよび／または電流接続素子の材料厚さを含む、ジオメトリ；
−  電流接続素子のインピーダンス、接触接続素子のインピーダンスおよび／またはそれらの供給線のインピーダンス；
−  使用されるガラスの種類、特にガラス溶融物内で使用されるレドックス成分の種類および量。
【００２２】
ここで、本発明およびそれにより得られる利点について、例示的な実施形態を参照するとともに、以下の図による説明を概略的に示す添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、第１の実施形態における前述の装置の構造を示す。
【図２】図２は、第２の実施形態における前述の装置の構造を示す。
【図３】図３は、さらなる実施形態における前述の装置の構造を示す。
【図４】図４は、前述の装置により実施される前述の方法に関するフローチャートである。
【００２４】
好ましい実施形態の詳細な説明
第１の実施形態における本発明による装置１００の構造を、図１に概略的に示す。該装置は、製造ユニットまたはガラス溶融ユニットであると理解されることができ、該装置は特に撹拌坩堝１１０を含んでおり、該撹拌坩堝１１０内には、ガラス溶融物Ｇを撹拌するための回転可能に取り付けられた撹拌要素１２０が配置されている。供給チャネル１３０等を介して、ガラス溶融物が該撹拌坩堝１１０に供給される。該撹拌機内でガラス溶融物をさらに加熱するために、該装置は交流電流ユニット１５０を有しており、該交流電流ユニット１５０は、電流接続素子１１１および１１２を介して撹拌機１１０に通電する。この例では、電流接続素子は、上部加熱フランジ１１１と下部加熱フランジ１１２とによって形成されている。該交流電流ユニットは、ここでは加熱変圧器１５０によって実現されており、電流供給線が、それらのそれぞれのインピーダンス１５１および１５２と共に示されている。撹拌坩堝の下部領域内に、特に撹拌機の翼またはベーンに、高電流密度により（電流による）気泡形成の発生に関して臨界的な領域１２５が存在するということ自体は、知られている。下部加熱フランジ１１２の近傍には、水分解による（無電解での）気泡形成の発生に関して特に臨界的である領域１１５が存在する。
【００２５】
どちらのタイプの気泡形成をも効率的に妨ぐべく、該装置１００内に電流制限チョーク１６０を設け、該電流制限チョーク１６０によって、撹拌要素または撹拌部材１２０と、撹拌坩堝の少なくとも一部（ここでは下部加熱フランジ１１２）とが、電気的に接続される。好ましくは該撹拌機は、摺動接点１６１と外部ケーブルとによって、加熱フランジ１１２に直接接続される。これによって、該装置内の電界が変化し、さらには該装置内の電流密度分布が変化する。実用試験により、下部加熱フランジとの接続が気泡品質に最も大きな影響を与えることが判明した。多くの場合、この影響は短時間のみであったため、接続を再度切り離した。原則として、摺動接点の如何なる変化によってもすでに、すなわち摺動接点を固定しても切り離してもすでに、気泡が減少し、したがって製品品質が向上した。したがって、継続時間を予め設定することが可能であれば、摺動接点の反転回路の実現が可能となるものと考えられる。
【００２６】
撹拌機１２０と下部フランジ１１２とが直接接続されていると、高いＡＣ電流（最高で１００Ａ）が流れることがあり、これと高い回転速度とが相まって、摺動接点の耐用寿命に対して悪影響が及ぼされる。したがって、電流制限チョークを通じてこのＡＣ電流を低下させることが有用である。さらなる実験によって、電流制限チョーク１６０のインピーダンスＺＤが、気泡欠陥に対して有利に作用することが判明した。
【００２７】
したがってここで、可変インピーダンスを有する電流制限チョーク１６０を介した、撹拌要素１２０と、撹拌坩堝１１０の電流接続素子のうちの１つ（ここでは、加熱フランジ１１２）との、接続が提案される。最適に調節されたチョークインピーダンスの驚くべき効果をより良好に理解できるようにするため、気泡形成の機序に対する効果をここで詳細に説明する：
上述の通り、気泡の本質的な要因は、水分解反応である。該反応は主に、外部雰囲気と直接的または間接的に接触する貴金属の表皮上で生じる。これは、ガラス内の水分と、ガラス中に存在して酸素発生に対するバッファを形成するレドックス成分と、流動場（該流動場は、酸素が富化されたガラス領域を遠方へと輸送することで、気泡発生が生じる前に該酸素が富化されたガラス領域を希釈することができる）と、に影響を受ける。シミュレーションにより、撹拌機回転速度が高いと、この除去が促進されることが判明した。存在しかつ関与するレドックス種の拡散定数が、例えば５０Ｈｚでの交流電流加熱の２つの半波において異なる（不可逆的）と、結果としてＤＣ電位が上昇し、それによって水分解反応に対する付加的なバッファが形成される。シミュレーションの実施により、このプロセスの有効性が判明した。
【００２８】
このため、ＡＣ電流が高く、したがって撹拌機翼先端での電流密度が高いと気泡形成が生じ、一方で、ＡＣ電流が低いと、撹拌機翼先端での電流密度は増加せず、したがって気泡は生じないが、ＡＣ電流を低くするだけでは、ユニットの貴な金属の壁部上での水分解反応に対して必要なＤＣバッファを設けるのには不十分であると理解することができる。
【００２９】
可変インピーダンスの電流制限チョーク１６０を使用することによって、各ユニットに対して、例えば図１に示す撹拌機・坩堝系に対して、ＡＣ負荷およびＤＣ保護に関する最適条件を達成することができる。
【００３０】
さらなる研究によって、ＡＣ負荷に関して、そして水分解に関連する坩堝範囲内において、最適化された電界を設定するための付加的なパラメータとしてさらなるフランジを使用し、このフランジを、加熱目的で使用するのではなく、チョークを介した撹拌機の接続のためにのみ使用することが示された。この実施形態は、図２において装置１００’として示されている。
【００３１】
図２に示す通り、装置１００’はさらに、接触接続素子をここでは接触フランジ１１３の形態で有し、電流接続素子１１２を介した接続（図１参照）の代わりとして、該接触フランジ１１３によって、電流制限チョーク１６０と撹拌坩堝１１０とが接続されている。結果として、摺動接点１６１は、チョーク１６０を介して、撹拌坩堝の接触フランジ１１３に直接接続されている。該接触フランジ１１３は、撹拌坩堝への通電のために使用されるのではなく、撹拌機１２０の上端と撹拌坩堝１１０の下部領域とを接続するためにのみ使用される。
【００３２】
図２に示す例においても、電流制限チョーク１６０のインピーダンス（ＺＤ）は、溶融ガラスＧ内に存在するＡＣ密度（Ｉ）、特に撹拌機翼の端部に存在するＡＣ密度（Ｉ）が、下限値（Ｉｍｉｎ）と上限値（Ｉｍａｘ）との間となるように設定されている。下限値（Ｉｍｉｎ）とは、気泡形成を伴う水分解反応を防ぐ十分なＤＣ電流バッファを撹拌坩堝１１０の内壁上に形成しうる必要最小限のＡＣ密度を指す。上限値（Ｉｍａｘ）とは、許容される最大限のＡＣ密度を指し、該ＡＣ密度を上回ると、ガラス溶融物Ｇ内で、特に撹拌機翼の端部でおよび／または電流接続素子の領域内で気泡形成が生じる。
【００３３】
前述の電流制限チョーク１６０のインピーダンス（ＺＤ）を、以下のパラメータのうちの少なくとも１つに応じて設定することも可能である：
−  交流電流発生器１５０により発生される加熱電流の周波数；
−  撹拌機１１０、撹拌部材１２０および／または電流接続素子１１１、１１２の、材料および／またはジオメトリ、例えば、撹拌機１１０、撹拌部材１２０および／または電流接続素子１１１、１１２の材料厚さ；
−  電流接続素子１１１、１１２、接触接続素子１１３および／またはそれらの供給線１５１、１５２および１６５の、インピーダンスＺＯ、ＺＵ、ＺＺ；
−  使用されるガラスの種類、特にガラス溶融物内で使用されるレドックス成分の種類および量。
【００３４】
系のジオメトリに関して、以下のサイズ規定を例として挙げる：
撹拌装置または撹拌系１２０の端部と坩堝１１０の底部との間の間隔ｄＲは、例えば０〜２０ｍｍであり、該底部と接触フランジ１１３との間の間隔ｄＺは、例えば５０〜２００ｍｍであることができる。
【００３５】
ここで、電気的構成部分の寸法に関して、以下の例示的情報が与えられる：変圧器１５０は、フランジを介した電流供給に関して約２〜８ボルトの電圧ＵＴを供給すべきであり、電流強度としては、約５００〜３０００Ａの範囲が挙げられる。上部供給線１５１は、約０．２〜１ｍΩのインピーダンスを有し、下部供給線１５２は、約１〜５ｍΩのインピーダンスを有する。図２において、電流制限チョーク１６０が付加的なフランジ１１３に接続されている場合には、付加的な抵抗器またはインピーダンス１６５として、約０．２〜１ｍΩが考慮されなければならない。
【００３６】
上述の回路の目的は、摺動接点を含めた電流制限チョーク１６０のインピーダンスの調節によって、ＤＣバッファを最大化しつつ、交流電流負荷、特に撹拌機翼上での交流電流負荷を最小限にすることである。
【００３７】
他の方法によって水分解反応が完全に抑制されている場合には、上述の通りに、該系内でいずれの位置においてもＡＣ電流負荷限度を上回ることのないように、チョークのインピーダンスを調節することができる。このことはさらに、（図１および図２に概略を示すような）該系内に存在するさらなるインピーダンスよって支援される。
【００３８】
図３には、さらなる一実施形態として装置１００’’が示されており、該装置１００’’は、初めは図１の装置１００と同一の構造を有する。図３にはさらに調整直流源１８０が示されており、該調整直流源１８０は、電流制限チョーク１６０と並列接続されている。インピーダンスＬは、交流電流を効果的に抑制することによって、調整可能なＤＣ電圧Ｕを発生させる直流装置を保護する役割を果たす。直流源１８０を用いることで、貴な金属の境界面での水分解反応に好影響を与えうる直流を供給することもできる。このようにして、電流制限チョーク１６０を、より具体的には、交流電流により生じる気泡形成を回避するために使用することができる。この場合、プロセスに必要な直流は、直流源によってのみ供給される。
【００３９】
したがって、付加的なＤＣ電源１８０は特に、主に溶融物内のＡＣ密度Ｉがプロセスウインドウ内（Ｉｍｉｎ＜Ｉ＜Ｉｍａｘ）にはないが上限値（Ｉｍａｘ）の近くであるか、またさらにはこれを上回るような使用の場合に向けたものである。その場合には、ＤＣ電源１８０を起動して、付加的な支援ＤＣ保護を提供することができる。
【００４０】
好ましくは、前述の直流源は、該直流源がインダクタンスＬを有し、該インダクタンスＬは、直流電圧Ｕを発生させる本来の装置と直列接続されており、それによって、加熱電流（交流電流）により生じる交流電流の影響から直流源が保護される。
【００４１】
ガラス製品を製造するための本発明による方法を、図４に示すフローチャートを用いて例示的に説明する。以下に、この図４が参照されるとともに、再度図１〜３が参照される。
【００４２】
方法１０は、ステップシーケンス１１から出発する。該ステップシーケンス１１において、撹拌要素１２０を用いて撹拌坩堝１１０内でガラス溶融物Ｇを撹拌し、その際、ガラス溶融物を加熱するために、電流接続素子１１１；１１２を介して撹拌坩堝１１０に通電する。後続のステップシーケンス１２において、可変インピーダンスを有する電流制限チョーク１６０を介して、撹拌要素１２０と、撹拌坩堝１１０の電流接続素子のうちの１つ（ここでは、下部加熱フランジ１１２）とを、接続する。電流制限チョーク１６０のインピーダンス（ＺＤ）を、上述のように、すなわちガラス溶融物中に存在する交流電流密度（Ｉ）が下限値（Ｉｍｉｎ）と上限値（Ｉｍａｘ）との間となるように、調節する。さらなるステップ１３において、電流制限チョーク１６０のインピーダンス（ＺＤ）をさらに、以下のパラメータのうちの少なくとも１つに応じて調節する：
−  交流電流発生器１５０により発生される加熱電流の周波数；
−  撹拌機１１０、撹拌要素１２０および／または電流接続素子１１１、１１２の、材料および／またはジオメトリ、例えば、撹拌機１１０、撹拌要素１２０および／または電流接続素子１１１、１１２の材料厚さ；
−  電流接続素子１１１、１１２、接触接続素子１１３および／またはそれらの供給線１５１、１５２および１６５の、インピーダンスＺＯ、ＺＵ、ＺＺ；
−  使用されるガラスの種類、特にガラス溶融物内で使用されるレドックス成分の種類および量。
【００４３】
このようにして、開示された装置（図１および図３）によって、方法１０（図４）を実施することができる。該装置または該ユニットの配置構成に関しては、ここで以下の言及がなされる：
ガラス溶融物は好ましくは、質量体との直接的な接触を何ら有しない。特にガラス溶融プロセスが付加的な電気加熱（ＥＺＨ）によって支援される場合には、人身安全上の理由から通常は、ガラス溶融物の直接的な接地が行われる。ガラスは、プロセスに要する温度では導電性の電解質であるため、加熱電極に印加される非常に高い電圧が、時として系全体に掛かることがある。主に、手動での取り扱いを頻繁に行う必要があるとともに、確実なアース空間距離の実現および保持が非常に高い労力を伴ってしかなされえないような、後加工に近い系の範囲においては、上述の人身安全上の予防措置が採られる。多くの場合、アースなしの構造は、例えばフロート浴におけるように、比較的高コストでしか実現されえない。
【００４４】
全体的な接地環境において、対地電圧の測定では、無視できないわずかな電流（ＡＣとＤＣの双方）が常に流れうるため、使用される測定値検出技術についても考慮する必要がある。
【００４５】
多くの場合、モデリング前には、貴金属合金から作製される金属性構成部分が存在し、これは、内側で液体ガラスを輸送するのに使用される。良好な化学的均質性および温度定常性を達成するために、撹拌要素は好ましくは、撹拌坩堝または撹拌容器内で運転される撹拌機または撹拌ニードルの形態で使用される。モデリングまたは成形に要する温度を提供、調節および制御するために、該金属性構成部分は、総じて電気加熱される。これを行うための極めて簡便かつ非常にコスト効率のよい方法は、フランジ、いわゆる加熱フランジを介したＤＣ電流の供給である。
【００４６】
構成部分の複雑性に応じて、該フランジは２つ以上使用される。加熱周波数は、多くの場合５０Ｈｚであり、これはライン周波数と一致する。貴な金属とガラスとの間の抵抗ゆえに一定の電流が印加されないと、加熱電流の一部が常にガラス自体に流れ、それによって電気分解と気泡形成とが生じる。誘導加熱も可能ではあるが、これは通常は比較的小さな構成部分のみに適用される。なぜならば、設計および組立て費用が抵抗加熱に比べて非常に高度であるためである。間接放射加熱は総じて、モデリングまたは成形の直前には使用されない。なぜならば、この領域では迅速な温度制御が重要であるためである。貴な金属の構成部分は耐火性構造によって支持されるため、輻射加熱は遅すぎて、急激な温度変化が生じえない。
【００４７】
加熱電極を介したガラス溶融物の加熱から、電極表面上で特定の電流密度により気泡形成が生じること自体は知られている。気泡形成が生じない許容される電流密度は、加熱周波数、使用される電極材料およびガラス自体の種類に依存する。したがって、５０Ｈｚではなく１０ｋＨｚを使用した場合には、気泡発生前により高い電流密度が印加されうることも知られている。貴な金属の合金を電極材料として使用した場合の許容可能な電流密度が、モリブデンまたはタングステンを使用した場合よりも著しく低いことも知られている。
【００４８】
一方で、例えばコンバータ、ケーブル、整合変圧器等といった装置に関しては、１０ｋＨｚ加熱器のコストは、５０Ｈｚ加熱器とほぼ同様である。しかし、集成装置全体の構成的実現は、より複雑である。なぜならば、１０ｋＨｚを使用した場合には、金属周辺部で発生する誘導現象が無視できないためである。
【００４９】
理論的考察と研究室での実験とを組み合わせた日常的な実地によって、貴な金属の構成部分上での気泡形成には、本質的に２つの主要因があることが判明した。第１の要因はいわゆる水分解であり、ガラス中に溶解した水が酸素と水素とに分割される。この反応の駆動力は、液体ガラスと外部空間との間の水素分圧の差である。なぜならば、高温で、水素が貴な金属の板全体に拡散するためである。第２の要因は、撹拌機が坩堝内で使用される場合の、電流供給フランジの近傍での、特に撹拌機翼の端部での、交流電流密度である。総じて、酸素気泡はどちらの機序によっても形成される。撹拌機翼の端部での空所発生による気泡形成については、しばしば議論がなされてきたが、これを完全に確実に検出することは、通常は困難である。
【００５０】
撹拌機または撹拌機ニードルは、製品の品質要求ゆえに、ガラスに面した面上に貴金属または貴な金属を有するため、撹拌機全体はガラスに比べて極めて導電性が高い。したがってこれは、撹拌坩堝の加熱電圧によって形成される電界に影響を及ぼす。このようにして、加熱電流の一部が撹拌機全体に流れる。したがって、ある範囲または領域は臨界的なＡＣ電流強度を超え、これによって気泡が形成される。ガラスの流動場（撹拌機の動きと処理流とによって生じる流れ）によって生じるいわゆる希釈効果も、これにおいて重要な役割を果たす。酸素が富化されたガラスは、気泡形成に関する臨界的圧力に達する前に、連続的に遠方へと輸送される。
【００５１】
撹拌機は、（電流制限チョークなしで）摺動接点と外部ケーブルとによって加熱フランジのうちの１つに直接接続されることができる。これによってすでに、系内の電界が変化し、さらには系内の電流密度分布が変化する。試験によって、下部加熱フランジとの接続が気泡品質に最も大きな影響を与えることが判明した。しかし多くの場合、この影響は一時的であったため、接続を再度切断しなければならなかった。そのようにした際に、摺動接点の如何なる変化によってもすでに、すなわち摺動接点を接続しても摺動接点を切り離してもすでに、製品における気泡品質が向上した。このことは、期間の設定が可能な摺動接点の反転回路において実現可能であろう。
【００５２】
しかし、撹拌機と下部フランジとが直接的に接続されている場合には、最高で１００Ａの高電流が流れることがあり、またこれと高い回転速度とが相まって、摺動接点の耐用寿命が極めて短くなる。したがって、撹拌機とフランジとの間の接続線内に、電流制限チョーク、すなわちいわゆる限流リアクトルの取り付けまたは据え付けを行う（図１参照）。さらなる研究および実験によって、驚くべきことに、該チョークの所与のインピーダンスＺＤで、気泡欠陥が最小に達することが判明した。このことは、分岐部におけるＡＣ電流が低すぎても高すぎてもどちらも、製品においてより多くの気泡が生じることを意味している。誘導子の最適なインピーダンスは、相応するタッピングを介して、および加熱変圧器の二次側での抵抗器を介して、容易に制御可能である。
【００５３】
この驚くべき知見を理解できるようにするため、気泡形成の機序を詳細に検討し、実験した：
上述の通り、気泡の本質的な要因の一つは、水分解反応である。該反応は、主に外側の貴金属の表皮上で起こる。これは、ガラス内の水分と、ガラス中に存在して酸素発生に対するバッファを構成するレドックス成分と、流動場（該流動場は、酸素が富化されたガラス範囲を、気泡分離が生じる前に遠方へと輸送して希釈することができる）と、に影響を受ける。シミュレーションにより、撹拌機回転速度が高いと、この除去が促進されることが判明した。関与するレドックス種の拡散定数が、５０Ｈｚでの加熱の２つの半波において異なる（不可逆的）ことにより、ＤＣ電位が上昇し、それによって水分解反応に対する付加的なバッファが形成される。シミュレーションによって、このプロセスの有効性が判明した。
【００５４】
このため、ＡＣ電流が高く、したがって撹拌機翼先端での電流密度が高いと気泡形成が生じ、一方で、ＡＣ電流が低いと、撹拌機翼先端での電流密度は増加せず、したがって気泡は生じないが、ＡＣ電流を低くするだけでは、外側の貴な金属の壁部上での水分解反応に対する十分なＤＣバッファを形成するには不十分であると理解することができる。
【００５５】
ここで、各撹拌機・坩堝系に関して、ＡＣ負荷およびＤＣ保護に関する最適条件を見出すために、図１および図３を参照して上述の通りに電流制限チョークのインピーダンスが調節される。
【００５６】
ＡＣ負荷に関して、そして水分解に関連する坩堝範囲内において、最適化された電界を設定するための付加的なパラメータとして、さらなるフランジを使用することができる。該フランジは、加熱目的で使用されるのではなく、電流制限チョークを介した撹拌機の接続のためにのみ使用される（図２参照）。
【００５７】
水分解反応が理想的に完全に抑制されている場合には、上述の通りに、該系内でいずれの位置においてもＡＣ電流負荷限度を下回るように、該チョークのインピーダンスを最適に調節することができる。このことはさらに、（図１および図２に概略を示すような）該系内に設置されたさらなるインピーダンスよって支援される。
【００５８】
要約すれば、気泡防止のための装置および方法を、好ましい実施形態において貴金属系において説明したが、その際、該系でのＡＣ電源負荷が最小限に抑えられると同時に、水分解反応に対して好影響が与えられるように、可変インピーダンスを介して撹拌要素と加熱フランジとが接続される。好ましくは、チョークのインピーダンスの調節は、加熱変圧器のタップと抵抗器とを介して行われる。
【符号の説明】
【００５９】
１００  ガラス製品を製造するための装置（ガラス溶融ユニットとも称される）
Ｇ  ガラス溶融物
１１０  撹拌坩堝
１２０  撹拌要素（ここでは、撹拌機として設計されている）
１３０  ガラス溶融物用の供給チャネル
１５０  交流電流（ＡＣ）ユニット（ここでは、加熱変圧器として設計されている）
１６０  可変インピーダンスを有する電流制限チョーク
１１１、１１２  電源素子（ここでは、上部加熱フランジまたは下部加熱フランジとして設計されている）
１１５  水分解によって気泡形成を生じうる領域
１２５  交流電流（ＡＣ）による加熱に起因して気泡形成が生じうる領域
１５１、１５２  加熱電流供給線のインピーダンス
１６１  電流制限チョークのための上部接続点として使用される撹拌機の上部での摺動接点
１６２、１６２＊  電流制限チョークを接続するための接続点
１６５  付加的な接続点の供給線のインピーダンス
１１３  接触接続素子（ここでは、電流制限チョークのための付加的な接触フランジとして）
１６３  電流制限チョークを接続するための付加的な接続点
１０  ガラス製品を製造するための方法
１１〜１３  プロセスステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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