DE102009011362A1

DE102009011362A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Glasschmelzezufuhrvorrichtung

Info

Publication number: DE102009011362A1
Application number: DE200910011362
Authority: DE
Inventors: Stefan Hilbert; Dieter Rose
Original assignee: Waltec Maschinen GmbH
Current assignee: Waltec Maschinen GmbH
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Glasschmelzevorrichtung mit einem Plunger angegeben, wobei der Verfahrweg des Plungers durch eine Weg-Zeit-Kurve (81c) mit Stützpunkten Pund Pbeschrieben wird. Bei den Stützpunkten Phandelt es sich um Stützpunkte, die den Verfahrweg charakterisieren. Zur Vermeidung von Beschleunigungsspitzen bzw. Rucken in diesen Stützpunkten sind weitere Stützpunkte im Bereich dieser Stützpunkte so vorgesehen, dass die Beschleunigungsspitzen unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegen. Weiter wird eine Vorrichtung dazu angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Glasschmelzezufuhrvorrichtung.
Glasschmelzezufuhrvorrichtungen werden in Glasmaschinen zur Bereitstellung von Glasposten eingesetzt, die zu Glasbehältern ausgeformt werden. Bei den Glasbehältern kann es sich beispielsweise um Flaschen für Getränke handeln, die unter einem Überdruck stehen.
Die Glasposten werden durch einen auf- und abbewegten Kolben bzw. Plunger bereitgestellt, der ein Ausgangsloch eines Glasschmelzebehälters freigibt und nach Abgabe des Glaspostens wieder verschließt. Bei dem Glasposten handelt es sich um eine hochviskose Flüssigkeit, die schwer exakt dosierbar ist. Der zeitliche Bewegungsablauf des Plungers ist eine entscheidende Einflussgröße auf die Konstanz der Glaspostenmasse bzw. des Glaspostenvolumens.
Zur Erhöhung des zeitlichen Durchsatzes der Glasschmelzezufuhrvorrichtung wird die Verfahrgeschwindigkeit des Plungers immer weiter erhöht, wodurch jedoch insbesondere im oberen und im unteren Totpunkt des Plungers Beschleunigungsspitzen bzw. Rucke entstehen können, welche die Dosiergenauigkeit des Glaspostens so verringern, dass die Glasbehälter eine mittlere Wandstärke aufweisen müssen, die weit über der für die Berstsicherheit erforderlichen Wandstärke liegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Einstell- und/oder Steuerverfahren sowie eine Vorrichtung dazu für eine Glasschmelzezuführvorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Es wird ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Glasschmelzezufuhrvorrichtung, vorzugsweise Glas-Feeder genannt, vorgeschlagen, mit einem Glasschmelzebehälter mit mindestens einer Ausgangsöffnung zum Austritt von Glasposten und durch diese auf- und abbewegten Kolben, vorzugsweise Plunger genannt, wobei der Kolben mit einem elektrischen Antriebsmotor verbunden ist und ggf. ein Drehtisch mit Glasformen oder anderen Bearbeitungsvorrichtungen unmittelbar oder mittelbar dem Glasschmelzebehälter nachgeschaltet ist, wobei eine Abschervorrichtung unterhalb der mindestens einen Ausgangsöffnung des Glasschmelzebehälters angeordnet ist,
wobei die Bewegung des Plungers nach einer periodischen Weg-Zeit-Kurve mit n Stützpunkten P_i = P_i(s, t) gesteuert wird, die in einer Periode nacheinander durchlaufen werden, wobei die Wegkoordinate s₁ des ersten Stützpunktes P₁ gleich der Wegkoordinate s_n des letzten Stützpunktes P_n ist, wobei zur Bestimmung der Weg-Zeit-Kurve mindestens folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:

a) Festlegen von n Stützpunkten P_i, zwischen denen der Plunger mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, wobei n ≥ 3;
b) Bestimmung der Geschwindigkeit v_i+1,i des Plungers zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P_i und P_i+1;
c) Bestimmung der Beschleunigung a_i in jedem der n Stützpunkte;
d) Bestimmung eines Polynoms (n – 1)-ter Ordnung, das die n Stützpunkte aufweist;
e) Einfügen weiterer m Stützpunkte wenigstens in der Umgebung der Stützpunkte, in denen die Beschleunigung oder der Ruck höher als ein festgelegter Grenzwert ist, wobei die weiteren m Stützpunkte auf dem Polynom (n – 1)-ter Ordnung liegen;
f) Wiederholung der Schritte b) bis e) so oft, bis in jedem der Stützpunkte P_i die Beschleunigung oder der Ruck kleiner als der festgelegte Grenzwert ist,

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Die Aufgabe wird weiter mit dem Gegenstand des Anspruchs 9 gelöst. Es wird eine Glasschmelzezufuhrvorrichtung, vorzugsweise Glas-Feeder genannt, vorgeschlagen, mit einem Glasschmelzebehälter mit mindestens einer Ausgangsöffnung zum Austritt von Glasposten und durch diese auf- und abbewegten Kolben, vorzugsweise Plunger genannt, wobei der Kolben mit einem elektrischen Antriebsmotor verbunden ist und ggf. ein Drehtisch mit Glasformen oder anderen Bearbeitungsvorrichtungen unmittelbar oder mittelbar dem Glasschmelzebehälter nachgeschaltet ist, wobei eine Abschervorrichtung unterhalb der mindestens einen Ausgangsöffnung des Glasschmelzebehälters angeordnet ist, wobei die Bewegung des Plungers nach einer periodischen Weg-Zeit-Kurve mit n Stützpunkten P_i = P_i(s, t) gesteuert wird, die in einer Periode nacheinander durchlaufen werden, wobei die Wegkoordinate s₁ des ersten Stützpunktes P₁ gleich der Wegkoordinate des letzten s_n Stützpunktes P_n ist, wobei Sensoren zur Bestimmung der Weg-Zeit-Kurve des Plungers vorgesehen sind, und wobei die Sensoren mit einer vorzugsweise computergestützten Steuereinrichtung zur Steuerung des elektrischen Antriebsmotors verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Glasschmelzezufuhrvorrichtung weist einen Plunger auf, dessen Bewegungsablauf nicht durch Beschleunigungsspitzen bzw. Rucke beeinträchtigt ist, so dass die Reproduzierbarkeit der von der Glasschmelzezufuhrvorrichtung bereitgestellten Glasposten deutlich erhöht ist. Deshalb kann die Wandstärke der aus den Glasposten erzeugten Glasbehälter gesenkt werden, ohne die Berstsicherheit der Glasbehälters zu senken.
Weil vorgesehen ist, dass die n Stützpunkte P_i während des Betriebes der Glasschmelzezufuhrvorrichtung änderbar sind, kann während des Betriebes der Glasschmelzezufuhrvorrichtung Einfluss auf die Ausbildung des Glaspostens genommen werden, soweit die Ausbildung des Glaspostens von der Plungerbewegung abhängt. Die Änderung der Lage der Stützpunkte kann durch Bedienungspersonal vorgenommen werden oder aus den Messwerten eines oder mehrerer Sensoren abgeleitet sein, die Parameter des Glaspostens oder Umgebungsparamter bestimmen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung und/oder der Ruck des Plungers durch Berechnungen bestimmt wird. Diese Berechnungen können beispielsweise mit Hilfe einer Berechnungssoftware vorgenommen werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt a) die Weg-Zeit-Kurve eine aus Geradenabschnitten gebildete Weg-Zeit-Kurve ist, wobei Stützpunkte P_i, die auf der Zeitachse benachbart sind, durch eine Gerade verbunden werden; dass im Verfahrensschritt b) die Geschwindigkeit des Plungers zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P_i und P_i+1 als Quotient aus dem Abstand s_i+1 – s_i der Stützpunkte auf der Wegachse und dem Abstand t_i+1 – t_i der Stützpunkte auf der Zeitachse berechnet wird; und dass zwischen den Verfahrensschritten e) und f) die Umwandlung des Polynoms (n – 1)-ter Ordnung in eine aus Geradenabschnitten gebildete Weg-Zeit-Kurve mit n + m Stützpunkten vorgesehen ist, wobei jeweils zwei benachbarte Stützpunkte P_i und P_i+1 durch eine Gerade verbunden werden.
Weiter kann vorgesehen sein, dass im Verfahrensschritt c) die Beschleunigung in dem Stützpunkt P_i als Quotient der Differenz der im Verfahrensschritt b) ermittelten Geschwindigkeit zwischen den Stützpunkten P_i und P_i+1 und der Geschwindigkeit zwischen den Stützpunkten P_i-1 und P_i und einer konstanten Zeitdifferenz berechnet wird, wobei die konstante Zeitdifferenz kleiner ist als der kleinste Abstand zweier benachbarter Stützpunkte P_i und P_i+1 auf der Zeitachse.
In einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die konstante Zeitdifferenz im Bereich von 0,1% bis 2% des Abstandes des n-ten und des 1-ten Stützpunktes ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung und/oder der Ruck des Plungers auf der Grundlage von Messungen bestimmt werden bzw. wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der zeitabhängige Weg des Plungers fortlaufend gemessen wird, und dass die Geschwindigkeit und die Beschleunigung aus dem zeitabhängigen Weg berechnet werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Beschleunigung des Plungers durch einen Beschleunigungssensor fortlaufend gemessen wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der Beschleunigungssensor am Plunger oder an einem mit dem Plunger drehstarr verbundenen Element der Glasschmelzezufuhrvorrichtung angeordnet ist.
Die Messung von für den Prozessablauf entscheidenden Parametern kann auch mit der Berechnung von Parametern kombiniert sein. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit des Plungers fortlaufend aus den Weg- und Zeitkoordinaten des Plungers bestimmt werden und die Beschleunigung vorzugsweise fortlaufend gemessen werden. Es kann auch vorgesehen sein, eine Parameter sowohl zu messen als auch zu berechnen, so dass beide Werte miteinander verglichen werden können und ggf. Korrekturwerte für das Berechnungsverfahren bestimmt werden können.
Es kann vorgesehen sein, dass der Plunger mindestens eine optische Markierung aufweist, und dass eine mit der Steuereinrichtung verbundene elektronische Kamera so angeordnet ist, dass sie ein Abbild der optischen Markierung aufzeichnet. Bei der optischen Markierung kann es sich beispielsweise um eine am Plunger angebrachte Strichmarkierung handeln oder um einen Kantenabschnitt bewegter Bauelemente, beispielsweise eines Befestigungselements des Plungers. Es kann sich auch um einen Strichmaßstab oder um einen digitalen Maßstab handeln. Als Bezugspunkt der Messung kann ein virtueller Bezugspunkt bzw. Bezugsstrich vorgesehen sein, der beispielsweise die Mitte des von der Kamera erzeugten Abbildes des Messfeldes markiert, oder ein realer gestellfester Bezugspunkt vorgesehen sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der elektrische Antriebsmotor als Direktantrieb des Plungers ausgebildet ist, wobei der Antriebsmotor weiter ein Messsystem zur Bestimmung der Position seines Abtriebs aufweist, und dass das Messsystem als Sensor zur Bestimmung der Weg-Zeit-Kurve des Plungers vorgesehen ist. Es ist jedoch zu beachten, dass zwischen dem Abtrieb des Antriebsmotors und dem Plunger ein Spiel ausgebildet sein kann, das bei der Messung zu berücksichtigen ist.
Der elektrische Antriebsmotor kann als ein elektrischer Bogenmotor oder als ein elektrischer Linearmotor ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glasschmelzezufuhrvorrichtung mit einem Plunger;
2 eine Weg-Zeit-Kurve des Plungers in 1;
3 eine aus der Weg-Zeit-Kurve in 2 abgeleitete Geschwindigkeits-Zeit-Kurve des Plungers in 1;
4 eine aus der Geschwindigkeits-Zeit-Kurve in 3 abgeleitete Beschleunigungs-Zeit-Kurve des Plungers in 1;
5 die durch ein Polynom ersetzte Weg-Zeit-Kurve in 2;
6 eine modifizierte Ausbildung der Weg-Zeit-Kurve in 5;
7 eine weiter modifizierte Ausbildung der Weg-Zeit-Kurve in 6;
8 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung für den Plunger in 1;
9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Steuervorrichtung für den Plunger in 1.
1 zeigt eine Glasmaschine 1, die zur Herstellung von Formglas bestimmt ist. Die Glasmaschine 1 weist eine Glasschmelzezufuhrvorrichtung 2, im Weiteren als einen Glas-Feeder bezeichnet, zum Bereitstellen von Glastropfen, einen Drehtisch 3, sowie eine Glastropfenschere 4 auf.
Der Drehtisch 3 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dazu bestimmt, Glasformen 32 aufzunehmen, die auf einer Drehtischplatte 31 kreisförmig angeordnet sind und taktweise bewegt werden. Die Drehtischplatte 31 kann beispielsweise direkt, d. h. ohne Zwischengetriebe, durch einen Scheibenläufermotor angetrieben sein.
Bei dem Glas-Feeder 2 handelt es sich um eine direkt angetriebene Maschine, die Glastropfen für die auf dem Drehtisch 3 angeordneten Glasformen 32 bereitstellt. Über einem Glasschmelzebehälter 21, der mit einer Glasschmelze 21s befüllt ist, ist ein senkrecht verfahrbarer Plunger 22 angeordnet, der in seiner unteren Stellung eine im Boden des Glasschmelzebehälters 21 als Durchgangsloch ausgebildete Ausgangsöffnung 21d verschließt und in seiner oberen Stellung freigibt. Der Verfahrweg des Plungers 22 ist mit s bezeichnet. Durch die Ausgangsöffnung 21d tritt im geöffneten Zustand Glasschmelze 21s aus, die einen Tropfen bildet, der von der Glastropfenschere 4 abgetrennt wird.
Der Plunger 22 ist mit einem waagerecht angeordneten Verbindungsbalken 23 verbunden, der drehstarr mit einem Führungsschlitten 51 einer senkrecht angeordneten Geradführungseinheit 5 verbunden ist. Die Bahn des Führungsschlittens 51 verläuft parallel zur linearen Bewegungsbahn des Plungers 22.
Die Geradführungseinheit 5 stützt sich über ein Führungsgestell 52 auf einem Maschinenfundament ab, auf dem auch der Drehtisch 3 angeordnet ist. Der Glasschmelzebehälter 21 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft an dem Führungsgestell 52 angeordnet.
Der Führungsschlitten 51 ist mit einer Schwerkraftbremse 53 verbunden, die sich am Maschinenfundament abstützt.
Der Plunger 22 ist durch einen Bogenmotor 6 angetrieben. Der Bogenmotor 6 weist einen Stator 61 und einen Läufer 62 auf. Der Läufer 62 weist Permanentmagnete auf, die mit wechselnder magnetischer Polarität nebeneinander angeordnet sind. Der Stator 61 kann vorzugsweise als ein für den Dreiphasenbetrieb ausgebildeter Stator mit nebeneinander angeordneten Feldspulen ausgebildet sein, die ein magnetisches Wanderfeld erzeugen und dadurch den Läufer 62 mitnehmen. Als Bogenmotor wird hier ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, dessen Läufer 62 auf einer bogenförmigen Führungsbahn geführt ist. Dabei kann der Läufer vorzugsweise drehstarr auf einem Führungselement angeordnet sein, das vorzugsweise spielfrei in der Führungsbahn geführt ist. Bei der bogenförmigen Führungsbahn kann es sich vorzugsweise um einen Kreisbogen handeln, doch es kann auch jede andere stetige Kurve vorgesehen sein, beispielsweise ein Abschnitt einer Parabel oder einer Ellipse.
Der Läufer 62 des Bogenmotors 6 ist über ein Koppelglied 63 mit dem Verbindungsbalken 23 des Glas-Feeders 2 verbunden. Das Koppelglied 63 ist über einen oberen Gelenkpunkt 63b mit dem Führungsschlitten 51 der Geradführungseinheit 5 gelenkig verbunden und über einen unteren Gelenkpunkt 63a mit dem Läufer 62 des Bogenmotors 6. Das Koppelglied 63 kann vorteilhafterweise als längenjustierbares Koppelglied ausgebildet sein, um die Höhenlage des Plungers 22 zu justieren. Durch das Koppelglied 63 wird der bei der Bewegung des Läufers 62 eintretende Seitenversatz ausgeglichen. Bei einem Krümmungsradius von 3000 mm und einem Hub von 200 mm beträgt der Seitenversatz beispielsweise 6,7 mm. Bei einem Krümmungsradius von 10.000 mm und einem Hub von 200 mm beträgt der Seitenversatz nur noch 1,5 mm. Bei einem so geringen Seitenversatz kann das Koppelglieds 63 beispielsweise auf ein gefedertes seitenbewegliches Lager reduziert sein.
Anstelle des Bogenmotors kann auch ein elektrischer Linearmotor mit linearem Stator eingesetzt werden, bei dem der Läufer unmittelbar, d. h. ohne vergleichbares Koppelglied 63 mit dem Verbindungsbalken 23 gekoppelt ist.
2 zeigt nun eine Weg-Zeit-Kurve 81a, die die Auf- und Ab-Bewegung s = s(t) des Plungers 22 beschreibt. Die Weg-Zeit-Kurve 81a weist n Stützpunkte P₁ bis P_n auf, die beispielsweise nach technologischen Erfordernissen zur Bereitstellung von möglichst gleichartig ausgebildeten Glasposten ausgewählt sind. Die Anzahl der Stützpunkte kann frei gewählt werden. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen können zum Beispiel bis maximal 256 Stützpunkte gewählt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Stützpunkte gewählt.
Die Weg-Zeit-Kurve 81a ist eine aus Geradenabschnitten zusammengesetzte periodische Kurve, wobei in 2 eine Periode dieser Kurve dargestellt ist. In dem in 2 und den folgenden Figuren dargestellten Kurven beträgt der Verfahrweg s = s(t) zwischen einem unteren Totpunkt und einem oberen Totpunkt des Plungers 22 10 mm. Die Periodendauer der Weg-Zeit-Kurve 81a beträgt 1 s. Die periodische Bewegung des Plungers 22 könnte auch durch eine Weg-Winkel-Kurve s = s(α) beschrieben werden, wenn der Plunger 22 beispielsweise durch eine rotierende Kurvenscheibe angetrieben wird. In diesem Fall bestimmt der Drehwinkel α der Kurvenscheibe die Position des Plungers 22, wobei α für eine volle Umdrehung der Kurvenscheibe von 0° bis 360° läuft.
Die Weg-Zeit-Kurve 81a weist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel n = 6 Stützpunkte auf, die mit P₁, P₂, P_i, P_i-1, P_i+1 und P_n bezeichnet sind, wobei der i-te Stützpunkt P_i folglich zugleich der vierte Stützpunkt von sechs Stützpunkten ist.
Die beiden Stützpunkte P₁ und P_n bezeichnen den unteren Totpunkt des Plungers 22, in dem der Plunger 22 die Ausgangsöffnung 21d des Glasschmelzebehälters 21 verschließt (siehe 1). Der Stützpunkt P_i+1 bezeichnet den oberen Totpunkt des Plungers 22. Jeweils zwei benachbarte Stützpunkte P_i sind durch Verbindungsgeraden miteinander verbunden.
Wie 3 zeigt, wird der Plunger 22 zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P_i mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. In vorliegendem Fall wird also das Modell zu Grunde gelegt, dass der Plunger 22 zwischen zwei Stützpunkten mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. In 3 ist eine Geschwindigkeits-Zeit-Kurve 82 dargestellt, wobei für die Geschwindigkeit v_i+1,i zwischen dem i-ten Stützpunkt P_i und dem i+1-Stützpunkt P_i+1 gilt: vi+1,i = (si+1 – si)/(ti+1 – ti) = const.
Wegen konstanter Geschwindigkeit v_i+1,i zwischen den Stützpunkten P_i ist dort die Beschleunigung gleich Null. In den Stützpunkten P_i jedoch wechselt die Geschwindigkeit v_i+1,i sprungartig, so dass dort die Beschleunigung ungleich Null ist.
Wie nun in 4 anhand einer Beschleunigungs-Zeit-Kurve 83 zeigt, springt in den Stützpunkten P_i infolge der sprungartigen Geschwindigkeitsänderung der Beschleunigungswert von Null auf Unendlich und wieder zurück auf Null. Eine sprunghafte Änderung des Beschleunigungswertes wird auch als Ruck bezeichnet. Der Ruck beansprucht zum einen den Antrieb des Plungers 22 über Gebühr und löst zum anderen Schwingungen in der Glasschmelzezufuhrvorrichtung 1 aus, welche die Reproduzierbarkeit des Glaspostens beeinträchtigen. Wenngleich im praktischen Betrieb infolge der Massenträgheit der bewegten Bauelemente keine unendlich hohen Beschleunigungswerte erreicht werden, so treten dennoch die besagten negativen Folgen auf.
Bei der in 4 dargestellten Beschleunigungs-Zeit-Kurve 83 ist angenommen, dass die Stützpunkte P_i auf der Zeitachse jeweils einen Zeitabschnitt von Δt = 1/100 Sekunde einnehmen, d. h. es gilt für die Beschleunigung a_i im Stützpunkt P_i: ai = (vi+1,i – vi,i-1)/Δt = (vi+1,i – vi,i-1)/0,01
5 zeigt nun eine Weg-Zeit-Kurve 81b, die sich von der weiter oben in 2 beschriebenen Weg-Zeit-Kurve 81a dadurch unterscheidet, dass es sich bei dieser Kurve um ein Polynom (n – 1)-ter Ordnung handelt, das durch die n Stützpunkte P_i gelegt ist. Während die aus Geradenabschnitten unterschiedlicher Steigung zusammengesetzte Weg-Zeit-Kurve 81a in 2 in den Stützpunkten P_i einen unstetigen Verlauf aufweist, handelt es sich bei der Weg-Zeit-Kurve 81b um eine stetige Kurve, die so jedoch nicht ausführbar ist.
6 zeigt die Weg-Zeit-Kurve 81b mit m zusätzlichen Stützpunkten P_j, die in der Umgebung der Stützpunkte P_i eingefügt sind. Es kann vorgesehen sein, in der Umgebung eines jeden Stützpunktes weitere Stützpunkte einzuführen. Es ist jedoch auch möglich, nur in der Umgebung der Stützpunkte, in denen die Beschleunigung einen festgelegten Grenzwert übersteigt, weitere Stützpunkte einzufügen.
7 zeigt nun eine ausführbare Weg-Zeit-Kurve 81c, die aus der Weg-Zeit-Kurve 81b in 6 hergeleitet ist, indem jeweils benachbarte Stützpunkte der m + n Stützpunkte P_j bzw. P_i durch Geradenabschnitte verbunden sind. Bei dieser Kurve ist also wieder wie in den 2 und 3 zu Grunde gelegt, dass der Plunger 22 zwischen zwei Stützpunkten mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird. Im Vergleich der beiden Weg-Zeit-Kurven 81a (2) und 81c ist zu erkennen, dass bei Realisierung der Weg-Zeit-Kurve 81c weitaus geringere Beschleunigungsspitzen in den Stützpunkten P_i und P_j auftreten werden als in der ursprünglichen Weg-Zeit-Kurve 81a, so dass der Betrieb des Plungers 22 entscheidend verbessert ist.
Zusammenfassend sind also folgende Optimierungsschritte durchgeführt worden:

a) Festlegen von n Stützpunkten P_i, zwischen denen der Plunger (22) mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird,
b) Bestimmung der Geschwindigkeit v_i+1,i des Plungers (22) zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P_i und P_i+1,
c) Bestimmung der Beschleunigung a_i in jedem der n Stützpunkte,
d) Bestimmung eines Polynoms (n – 1)-ter Ordnung, das die n Stützpunkte aufweist;
e) Einfügen weiterer m Stützpunkte wenigstens in der Umgebung der Stützpunkte, in denen die Beschleunigung oder der Ruck höher als ein festgelegter Grenzwert ist, wobei die weiteren m Stützpunkte auf dem Polynom (n – 1)-ter Ordnung liegen,

Es kann vorgesehen sein, die Schritte b) bis e) so oft zu wiederholen, bis in jedem der Stützpunkte P_i bzw. P_j die Beschleunigung oder der Stoß kleiner als der festgelegte Grenzwert ist.
Die 8 und 9 zeigen nun Vorrichtungen, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet sind.
8 zeigt einen Glas-Feeder 2, wie weiter oben in 1 ausführlich beschrieben, an dessen Plunger 22 eine optische Markierung 72m angebracht ist, die von einer elektronischen Kamera 72 abgebildet wird. Bei der optischen Markierung 72m kann es sich beispielsweise um eine einfache Strichmarkierung oder einen Strichmaßstab handeln, deren Position durch die Kamera 72 erfasst wird. Bei der für die Bestimmung des von dem Plunger 22 zurückgelegten Weges erforderlichen Bezugsmarkierung kann es sich entweder um eine elektronisch erzeugte virtuelle Bezugsmarkierung handeln oder um eine ortsfeste reale Bezugsmarkierung, die von der Kamera 72 zugleich mit der beweglichen Markierung 72m erfasst wird.
Der Datenausgang der Kamera 72 ist mit einem Eingang einer vorzugsweise computergestützten Steuerungseinheit 7 verbunden, die beispielsweise ein Berechnungsprogramm aufweist, das den weiter oben beschriebenen Verfahrensablauf realisiert. Die für die Ermittlung der Bewegungskurven des Plungers 22 erforderliche Zeitbasis kann durch eine Systemuhr der Steuerungseinheit 7 bereitgestellt sein.
Die Steuerungseinheit 7 ist weiter mit einem Bildschirmarbeitsplatz 71 verbunden, der auch in die Steuerungseinheit 7 integriert sein kann und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Eingabe von Sollwerten, Korrekturen und dergleichen und zur Ausgabe von Betriebsprotokollen und dergleichen bereitstellt.
Der Ausgang der Steuerungseinheit 7 ist mit dem Bogenmotor 6 verbunden. Weil der Abtrieb des Bogenmotors 6 über das Koppelglied 63 und den Verbindungsbalken 23 mit dem Plunger 22 zwanggekoppelt ist, kann auch die zum Betrieb des Bogenmotors 6 erforderliche Wegmesseinrichtung die Funktion der Kamera 72 und der optischen Markierung 72m übernehmen, sofern ein in der vorgenannten Koppelkette zwischen dem Abtrieb des Bogenmotors 6 und dem Plunger 22 eintretendes Spiel tolerierbar ist. Bei Einsatz eines elektrischen Linearmotors kann diese Einrichtung spielfrei ausgebildet sein. Anstelle der in 8 beispielhaft dargestellten optischen Wegmesseinrichtung können auch Wegmesseinrichtungen nach anderen Wirkprinzipen vorgesehen sein, beispielsweise mit Ultraschall arbeitende Wegmesseinrichtungen.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, bei der an Stelle der Kamera 72 und der optischen Markierung 72m ein mit dem Plunger 22 verbundener Beschleunigungssensor 72m vorgesehen ist, der drahtlos mit der Steuereinheit 7 verbunden ist. Dazu ist ein Messempfänger 73, der von dem Beschleunigungssensor gesendeten Messsignale empfängt und auswertet, mit dem Eingang der Steuereinheit 7 verbunden. Weil die am Plunger 22 auftretende Beschleunigung gemessen wird, müssen keine hilfsweisen Annahmen über den Betrag der maximalen Beschleunigung getroffen werden.
Über die in 8 und 9 dargestellten Steuerungseinrichtungen 7 können die Stützpunkte P_i auf der Weg-Zeit-Kurve des Plungers 22 auch während des Betriebes verstellt werden, wobei dies zum Einen durch eine Bedienungsperson am Bildschirmarbeitsplatz 71 möglich ist oder zum Anderen durch in den Ausführungsbeispielen in 8 und 9 nicht dargestellte Sensoren zur Überwachung der Ausbildung der aus dem Glasschmelzebehälter 21 abgegebenen Glasposten oder der Umgebungsparameter der Glasmaschine 1.

1: Glasmaschine
2: Glas-Feeder
3: Drehtisch
4: Glastropfenschere
5: Geradführungseinheit
6: Bogenmotor
7: Steuerungseinrichtung
21: Glasschmelzebehälter
21s: Glasschmelze
21d: Ausgangsöffnung
22: Plunger
23: Verbindungsbalken
31: Drehtischplatte
32: Glasform
51: Führungsschlitten
52: Führungsgestell
53: Schwerkraftbremse
61: Stator
62: Läufer
63: Koppelglied
63a: oberer Gelenkpunkt
63b: unterer Gelenkpunkt
71: Bildschirmarbeitsplatz
72: Kamera
72m: optische Markierung
73: Messempfänger
73s: Beschleunigungssensor
81a: Weg-Zeit-Kurve
81b: Weg-Zeit-Kurve
81c: Weg-Zeit-Kurve
81d: Weg-Zeit-Kurve
82: Geschwindigkeits-Zeit-Kurve
83: Beschleunigungs-Zeit-Kurve

Claims

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Glasschmelzezufuhrvorrichtung, vorzugsweise Glas-Feeder genannt, mit einem Glasschmelzebehälter (21) mit mindestens einer Ausgangsöffnung (21d) zum Austritt von Glasposten und durch diese auf- und abbewegten Kolben, vorzugsweise Plunger (22) genannt, wobei der Kolben mit einem elektrischen Antriebsmotor (6) verbunden ist und ggf. ein Drehtisch (3) mit Glasformen (32) oder anderen Bearbeitungsvorrichtungen unmittelbar oder mittelbar dem Glasschmelzebehälter (21) nachgeschaltet ist, wobei eine Abschervorrichtung (4) unterhalb der mindestens einen Ausgangsöffnung (21d) des Glasschmelzebehälters (21) angeordnet ist, wobei die Bewegung des Plungers (22) nach einer periodischen Weg-Zeit-Kurve mit n Stützpunkten P_i = P_i(s, t) gesteuert wird, die in einer Periode nacheinander durchlaufen werden, wobei die Wegkoordinate s₁ des ersten Stützpunktes P₁ gleich der Wegkoordinate s_n des letzten Stützpunktes P_n ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Weg-Zeit-Kurve mindestens folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: a) Festlegen von n Stützpunkten P_i, zwischen denen der Plunger (22) mit konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, wobei n ≥ 3; b) Bestimmung der Geschwindigkeit v_i+1,i des Plungers (22) zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P_i und P_i+1; c) Bestimmung der Beschleunigung a_i in jedem der n Stützpunkte; d) Bestimmung eines Polynoms (n – 1)-ter Ordnung, das die n Stützpunkte aufweist; e) Einfügen weiterer m Stützpunkte wenigstens in der Umgebung der Stützpunkte, in denen die Beschleunigung oder der Ruck höher als ein festgelegter Grenzwert ist, wobei die weiteren m Stützpunkte auf dem Polynom (n – 1)-ter Ordnung liegen; f) Wiederholung der Schritte b) bis e) so oft, bis in jedem der Stützpunkte P_i die Beschleunigung oder der Ruck kleiner als der festgelegte Grenzwert ist; wobei weiter vorgesehen ist, dass die n Stützpunkte P_i während des Betriebes der Glasschmelzezufuhrvorrichtung (1) änderbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung und/oder der Ruck des Plungers (22) durch Berechnungen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a) die Weg-Zeit-Kurve eine aus Geradenabschnitten gebildete Weg-Zeit-Kurve ist, wobei Stützpunkte P_i, die auf der Zeitachse benachbart sind, durch eine Gerade verbunden werden; dass im Verfahrensschritt b) die Geschwindigkeit des Plungers (22) zwischen zwei benachbarten Stützpunkten P_i und P_i+1 als Quotient aus dem Abstand s_i+1 – s_i der Stützpunkte auf der Wegachse und dem Abstand t_i+1 – t_i der Stützpunkte auf der Zeitachse berechnet wird; und dass zwischen den Verfahrensschritten e) und f) die Umwandlung des Polynoms (n – 1)-ter Ordnung in eine aus Geradenabschnitten gebildete Weg-Zeit-Kurve mit n + m Stützpunkten vorgesehen ist, wobei jeweils zwei benachbarte Stützpunkte P_i und P_i+1 durch eine Gerade verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c) die Beschleunigung in dem Stützpunkt P_i als Quotient der Differenz der im Verfahrensschritt b) ermittelten Geschwindigkeit zwischen den Stützpunkten P_i und P_i+1 und der Geschwindigkeit zwischen den Stützpunkten P_i-1 und P_i und einer konstanten Zeitdifferenz berechnet wird, wobei die konstante Zeitdifferenz kleiner ist als der kleinste Abstand zweier benachbarter Stützpunkte P_i und P_i+1 auf der Zeitachse.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konstante Zeitdifferenz im Bereich von 0,1% bis 2% des Abstandes des n-ten und des 1-ten Stützpunktes ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung und/oder der Ruck des Plungers (22) auf der Grundlage von Messungen bestimmt werden bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Weg des Plungers (22) fortlaufend gemessen wird, und dass die Geschwindigkeit und die Beschleunigung aus dem zeitabhängigen Weg berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dass die Beschleunigung des Plungers (22) durch einen Beschleunigungssensor fortlaufend gemessen wird.
Glasschmelzezufuhrvorrichtung, vorzugsweise Glas-Feeder genannt, mit einem Glasschmelzebehälter (21) mit mindestens einer Ausgangsöffnung (21d) zum Austritt von Glasposten und durch diese auf- und abbewegten Kolben, vorzugsweise Plunger (22) genannt, wobei der Kolben mit einem elektrischen Antriebsmotor (6) verbunden ist und ggf. ein Drehtisch (3) mit Glasformen (31) oder anderen Bearbeitungsvorrichtungen unmittelbar oder mittelbar dem Glasschmelzebehälter (21) nachgeschaltet ist, wobei eine Abschervorrichtung (4) unterhalb der mindestens einen Ausgangsöffnung (21d) des Glasschmelzebehälters (21) angeordnet ist, wobei die Bewegung des Plungers (22) nach einer periodischen Weg-Zeit-Kurve mit n Stützpunkten P_i = P_i(s, t) gesteuert wird, die in einer Periode nacheinander durchlaufen werden, wobei die Wegkoordinate s₁ des ersten Stützpunktes P₁ gleich der Wegkoordinate des letzten s_n Stützpunktes P_n ist, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zur Bestimmung der Weg-Zeit-Kurve des Plungers (22) vorgesehen sind, und dass die Sensoren mit einer vorzugsweise computergestützten Steuereinrichtung zur Steuerung des elektrischen Antriebsmotors (6) verbunden sind.
Glasschmelzezufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschleunigungssensor am Plunger (22) oder an einem mit dem Plunger (22) drehstarr verbundenen Element der Glasschmelzezufuhrvorrichtung (1) angeordnet ist.
Glasschmelzezufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Plunger (22) mindestens eine optische Markierung aufweist, und dass eine mit der Steuereinrichtung verbundene elektronische Kamera so angeordnet ist, dass sie ein Abbild der optischen Markierung aufzeichnet.
Glasschmelzezufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (6) als Direktantrieb des Plungers (22) ausgebildet ist, wobei der Antriebsmotor (6) weiter ein Messsystem zur Bestimmung der Position seines Abtriebs aufweist, und dass das Messsystem als Sensor zur Bestimmung der Weg-Zeit-Kurve des Plungers (22) vorgesehen ist.
Glasschmelzezufuhrvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor als elektrischer Bogenmotor ausgebildet ist.
Glasschmelzezufuhrvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor als elektrischer Linearmotor ausgebildet ist.