DE1094412B - Verfahren und Vorrichtung zum Nachregulieren der Temperatur von fluessigem Glas unmittelbar am Auslass - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Das übliche Verfahren zum Schmelzen von Glas in Glasöfen und Vorherden besteht darin, daß man öl oder Gas oberhalb des Glases selbst verbrennt, so daß die Wärme nach unten an die Glasmasse abgegeben wird. Um die Geschwindigkeit der Brennstoffzufuhr so zu regeln, daß man das Glas annähernd auf die geforderte Gießtemperatur bringen kann, wird ein für die tatsächliche Temperatur des Glases in dem Vorherd repräsentatives Signal von einem in die Glasmasse eingetauchten Thermoelement oder von einem Strahlungspyrometer abgeleitet. Dieses Signal wird mit einem die gewünschte Temperatur des Glases repräsentierenden, auf eine beliebige gewünschte Höhe einstellbaren Bezugssignal verglichen. Der Unterschied zwischen den beiden Signalen, d. h. das Fehler- ¹S signal, wird verstärkt und dem Regler für die Brennstoffzufuhr zugeleitet, um dessen Einstellung in der erforderlichen Weise zu ändern. Infolge der thermischen Trägheit vergeht jedoch eine erhebliche Zeit zwischen der Aussendung des Fehlersignals und seiner Rückgängigmachung durch das Einstellen der neuen Glastemperatur, und zwar insbesondere dann, wenn das Bezugssignal beim Übergang von der Herstellung einer Glassorte bzw. Ware auf die Herstellung einer anderen Sorte bzw. Ware geändert wird.

Bei Glasöfen, Vorherden und Auslässen hat man bereits zusätzlich oder an Stelle dieser öl- oder Gasbeheizung das Verfahren der unmittelbaren Widerstandserhitzung angewendet, bei dem Wechselstrom zwischen in die Glasmasse eingetauchten Elektroden fließt. Dieses Erhitzungsverfahren macht jedoch die Regelung insofern schwierig, als die meisten Glassorten einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen, so daß eine Steigerung der Glastemperatur zu einer Verminderung des Wider-Standes führt, was natürlich zur Folge hat, daß ein stärkerer Strom fließt und die Temperatur noch weiter ansteigt.

Es ist ferner eine Vorrichtung zum Schmelzen von Glas bekanntgeworden, bei der die Stromzufuhr des durch die Schmelze geleiteten elektrischen Stromes selbsttätig geregelt wird. Zu diesem Zweck sind nahe dem Auslaß des Speichers im gegenseitigen Abstand voneinander zwei Elektroden sowie Steuermittel angeordnet, welche die Stromzufuhr zu den Elektroden so beeinflussen, daß die Temperatur des aus dem Speicher austretenden Glases in bestimmten Grenzen geregelt wird. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist in dem Glas zwischen den Elektroden ein Thermoelement angeordnet, das in Abhängigkeit von der Temperatur des Glases an der Einbaustelle des Thermoelementes anspricht und über einen Steuerstromkreis bewirkt, daß der Stromkreis über die beiden Elektroden entweder geschlossen wird, wenn Verfahren und Vorrichtung
zum Nachregulieren der Temperatur

von flüssigem Glas
unmittelbar am Auslaß

Anmelder:

British Hartford-Fairmont Limited,
Greenford, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap und Dipl.-Ing. H. Mitscherlich,
Patentanwälte, München 22, Mariannenplatz 4

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 11. Dezember 1957

Sydney Bireedon Bailey,
Chorley Wood, Rickmansworth, Hertfordshire

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

die Glastemperatur auf einen unteren Grenzwert sinkt, oder unterbrochen wird, wenn die Temperatur auf den oberen Grenzwert ansteigt.

Es ist auch eine Ausbildung bekanntgeworden, bei der ständig Strom durch die Elektroden und das geschmolzene Glas strömt und der Steuerstromkreis bewirkt, daß die Spannung des Stromes von einem bestimmten Wert auf einen geringeren Wert, z. B. von 100 auf 75°/o, rasch geändert wird, wenn die Anzeige des Thermoelementes auf einen Wert ansteigt, der einer oberen Temperaturgrenze entspricht. Ebenso bewirkt der Steuerstromkreis, daß die den Elektroden zugeführte Spannung von dem niedrigen Wert auf den höheren Wert, also z. B. von 75 auf 100%, geändert wird, wenn die Anzeige des Thermoelementes auf einen Wert fällt, der einer unteren Temperaturgrenze entspricht.

Eine Temperaturregelung dieser Art setzt voraus, daß die höhere Spannung und die niedrige Spannung so eingestellt werden, daß Schwankungen der Temperatur des austretenden Glases soweit als möglich reduziert werden. Dies bedingt wiederum eine aufmerksame und sorgfältige Bedienung der Vorrichtung, da, wenn nicht die durch das Thermoelement bewirkte Spannungszunahme klein ist, die Temperaturschwankungen, die durch das Ein- und Abschalten dieser Zu-

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nähme hervorgerufen werden, groß sind; wenn aber die durch das Thermoelement bewirkte Spannungszunahme klein ist, so ist das Regelsystem nur für kleine Änderungen der Temperatur des vom Ofen zugeführten Glases anwendbar. Wenn in dem Vorherd etwa infolge ungleichmäßiger Beschickung des Ofens ein Glasschwall auftritt oder der Glasfluß aus der öffnung aus irgendeinem Grund, z. B. wegen Stillsetzung der belieferten Glasformmaschine, zum Stocken kommt, so ist die Regelung unwirksam.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausbildung besteht darin, daß die Regelung auf heiße (oder kalte) Einschlüsse im Glas anspricht — das sind kleinere Glasteile, die im Verhältnis zu der in der Glasmasse zwischen den Elektroden herrschenden Durchschnittstemperatur heißer sind — und die Spannung zwischen Elektroden herabsetzt, wenn solche Einschlüsse mit dem Thermoelement in Berührung kommen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß der Widerstand des Glases zwischen zwei stromleitenden Körpern als Maß der Glastemperatur ausgenutzt wird, wobei die zur Regelung der zugeführten Spannung dienenden Steuermittel so ausgebildet sind, daß sie diesen Widerstand messen und, wenn er von dem der gewünschten Temperatur entsprechenden Sollwert abweicht, selbsttätig die über die Elektroden zugeführte Spannung derart ändern, daß der Heizstrom verstärkt oder verringert wird, bis der Sollwert des Glaswiderstandes und damit der Glastemperatur erreicht ist.

Eine in dieser Weise ausgebildete Regelvorrichtung weist den Vorteil auf, daß der Steuerstrom auf die Durchschnittstemperatur des Glases zwischen den Elektroden anspricht und heißere oder kühlere Glaseiiischlüsse keinen oder nur geringen Einfluß haben. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die über die Elektroden zugeführte Spannung bei Änderung der Glastemperatur um ein Maß geändert wird, das auf den Unterschied zwischen dem Sollwert der Glastemperatur und deren tatsächlichem Wert bezogen ist, während bei der vorerwähnten bekannten Ausbildung die Spannung immer nur den einen oder den anderen W^rert von zwei vorher bestimmten Werten hat.

Auf diese Weise wird die Unsicherheit der Regelung, die sich aus dem negativen Temperaturkoeffizient des Widerstandes des Glases ergibt, vermieden, indem der elektrische Widerstand des Glases selbst zur Regelung der zugeführten Energie ausgenutzt wird. Der Glaswiderstand kann dabei zwischen zwei besonderen, in dem Glasfluß am Auslaß angeordneten stromleitenden Körpern gemessen werden, oder er kann zwischen den zur Zuführung des Heizstromes in das Glas dienenden Elektroden gemessen werden. Die letztere Anordnung hat den Vorteil, daß zusätzliche elektrische Verbindungen zu Teilen, die mit der heißen Glasmasse in Berührung kommen, vermieden sind. Bei jeder Anordnung wird ein für die Glastemperatur repräsentatives Signal mit einem Bezugssignal verglichen, um ein Fehlersignal zu erzeugen, das benutzt wird, um automatisch Änderungen des Wertes der angelegten Spannung herbeizuführen.

Aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele wird an Hand der Zeichnungen die Erfindung näher erläutert,

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt längs der Mittellinie des Auslasses eines Vorherdes zum Schmelzen von Glas;

Fig. 2 zeigt einen Teil des Vorherdes nach Fig. 1 im Grundriß;

Fig. 3 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete Teilansicht einer Elektrodenkonstruktion;

Fig. 4 zeigt die Elektrodenkonstruktion nach Fig. 3 im Grundriß;

Fig. 5 zeigt eine Schaltung zum Regeln des dem Vorherd zugeführten Heizstroms;

Fig. 6 veranschaulicht eine an Stelle der Schaltung nach Fig. 5 anwendbare Schaltung;

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach ίο Fig. 6.

In Fig. 1 erkennt man einen aus feuerfestem Material hergestellten Auslaß 1 eines Vorherdes, unterhalb dessen ein Teil eines Auslaßgehäuses 2 aus Metall angedeutet ist. Der Auslaß 1 besitzt an seinem unteren Ende eine Öffnung 3, unterhalb deren sich ein Düsenring 4 befindet. Ein in einem Rohr 6 auf und ab bewegbarer Kolben 5 dient zum Heraustreiben des geschmolzenen Glases durch den Düsenring. Die Anordnung dieser Teile ist als solche bekannt, so daß so sich eine nähere Erläuterung erübrigt.

Der Düsenring 4 ist von einer ringförmigen Elektrode 7 umgeben, die den Düsenring unter Vermittlung durch eine Platte 8 abstützt, welche scheibenförmig ausgebildet ist und auf einer ringförmigen Schulter 9 am inneren Rand der Elektrode ruht. Der Raum 10 oberhalb der Platte 8 zwischen den Teilen 4, 7 und 8 ist mit einem isolierenden Material ausgefüllt. Die Elektrode 7 wird von einer Unterstützung 11 getragen, die eine nach unten ragende Verlängerung 12 und einen Schwenkarm 13 trägt, der in einem Auge 14 des Auslaufgehäuses mittels eines Bolzens 15 drehbar gelagert ist. An dem Gehäuse 2 ist ein weiteres Auge 16 ausgebildet, und es ist eine Verriegelungsvorrichtung

17 vorgesehen, mittels deren der untere Teil der Verlängerung 12 zeitweilig mit dem Auge 16 verbunden werden kann, um das Gewicht der Teile 7 bis 13 aufzunehmen. Wenn die Verbindung zwischen den Teilen

12 und 16 gelöst ist, kann man den Düsenring zu-• sammen mit der ringförmigen Elektrode nach unten schwenken. Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Stellung der Teile ist die Elektrode 7 durch einen Metallstreifen

18 geerdet, der mit einem Ende an dem Schwenkarm

13 befestigt ist und dessen anderes Ende durch eine Erdungsschraube 19 gegen das Gehäuse 2 gedrückt wird. Ein Ring 20 unterstützt den Auslauf 1 in dem Auslaufgehäuse 2, und ein Dichtungsring 21 aus Ton trennt den Auslauf von der Elektrode 7.

Die Standhöhe der Glasmasse in dem Vorherd ist durch die Linie 22 angedeutet; ein kurzes Stück unterhalb dieser Linie befindet sich eine weitere Elektrode 25, die aus zwei gebogenen Platten 23 und 24 besteht, welche aufeinandergelegt sind und sich teilweise um das Rohr 6 herum erstrecken; die obere Platte 23 besitzt eine größere Länge als die untere. Das Elektrodenaggregat wird von einem stangenförmigen Bauteil getragen, das außerdem dazu dient, dieser Elektrode einen Wechselstrom zuzuführen, der durch das geschmolzene Glas zu der Elektrode 7 fließt.

Die Unterstützung und die Stromzuleitung für die obere Elektrode 23, 24 brauchen nicht von oben her in die Glasmasse einzutreten, sondern sie können durch die Wand des Auslaufs 1 hindurchragen.

Fig. 3 und 4 zeigen eine abgeänderte Ausbildungsform der oberen Elektrode. Hierbei ist an eine gebogene Platte 25 α eine weitere gebogene Platte 26 angeschweißt, und das Ganze wird von einem stangenförmigen Bauteil getragen. Diese Elektrodenkonstruktion ist insofern vorteilhaft, als gemäß Fig. 1 und 2 auf der linken Seite des Auslaufs ein stärkerer Strom durch das Glas hindurchgeleitet wird, denn an dieser

Stelle neigt das Glas zum Stagnieren, und es wird durch das Rohr 6 gegenüber der Strahlungswärme aus dem Vorherd abgeschirmt.

Am unteren Ende des Auslaufs können auch mehrere Austrittsöffnungen vorgesehen sein; in diesem Falle kann man jeder Öffnung ein Elektrodenpaar zuordnen, das jeweils eine obere und eine untere Elektrode umfaßt. Alternativ kann eine einzige untere Elektrode vorhanden sein, die sämtlichen Auslaßöffnungen gemeinsam ist, während jedem dieser Auslasse jeweils eine obere Elektrode zugeordnet ist. Beispielsweise kann der Düsenring zwei öffnungen besitzen, und zwar je eine auf der linken und der rechten Seite (s. Fig. 1 und 2), so daß der Kolben 5 bei seiner Abwärtsbewegung jeweils zwei getrennte Glasströme oder Glasposten aus dem Auslaß heraustreiben kann. Bei einer solchen Konstruktion kann der Auslaß im wesentlichen gemäß Fig. 1 und 2 oder bezüglich der Elektroden gemäß Fig. 3 und 4 ausgebildet sein, wobei eine zusätzliche obere Elektrodenkonstruktion vorgesehen ist; dies ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet; die beiden oberen Elektroden sind gegenüber der senkrechten Mittellinie in Fig. 1 bzw. 2 symmetrisch angeordnet. Die soeben geschilderte Elektrodenanordnung kann gegebenenfalls auch dann angewendet werden, wenn nur eine Austrittsöffnung vorhanden ist; hierbei fließt zwischen der unteren Elektrode und einer der oberen Elektroden ein Strom anderer Stärke als zwischen der unteren Elektrode und der anderen oberen Elektrode. Auf diese Weise kann man dafür sorgen, daß die Temperatur des Glases an der Vorderseite des Auslaufs, d. h. in Fig. 1 auf der linken Seite, im wesentlichen gleich der Temperatur auf der Rückseite des Auslaufs, d. h. in Fig. 1 und 2 auf der rechten Seite, ist.

In Fig. 5 sind die oberen und unteren Elektroden nach Fig. 1 mit 30 bzw. 31 bezeichnet, und der elektrische Widerstand des Glases zwischen diesen Elektroden ist durch das Zeichen R₁ wiedergegeben. Gemäß Fig. 5 sind die Elektroden über einen Kondensator 32 an die Klemmen 33 einer Wechselstromquelle angeschlossen. Ferner liegen die Elektroden in einem Zweig einer Wheatstoneschen Brücke, die außerdem die Festwiderstände S₁ und S₂ sowie einen variablen Widerstand R₂ umfaßt. Längs einer Diagonale dieser Brückenschaltung wird über die Klemmen 34 eine einseitig gerichtete Spannung angelegt, und an der anderen Diagonale erscheint eine AusgangsspannungP. Man kann zeigen, daß die Spannung P annähernd proportional zu R₁-R₂ bzw R₂-R₁ ist. Der Widerstand -R₂ wird auf einen Wert eingestellt, der sich nach der Temperatur richtet, die in dem Auslauf eingestellt werden soll. Wenn dann R₁ gleich R₉ ist, ist die Temperatur zwischen den Elektroden 30 und 31 gleich der gewünschten Temperatur; wenn R₁ dagegen von R₂ abweicht, so steht die Ausgangsspannung P, die dem Unterschied R₁-R₂ bzw. R₂-R₁ proportional ist, in einer unmittelbaren Beziehung zu der Temperaturabweichung, und man kann diese Spannung benutzen, um eine Änderung der an den Klemmen 33 liegenden Wechselspannung herbeizuführen, um so die Temperatur zu berichtigen und die Ausgangsspannung P zum Verschwinden zu bringen. Auf diese Weise läßt sich die Temperatur des Glases schnell innerhalb des gesamten Temperaturbereiches regeln, innerhalb dessen der elektrische Widerstand des Glases genügend gering ist, um die Anwendung des Widerstanderhitzungsverfahrens zu ermöglichen.

Bei einer alternativen Anordnung kann man Signale, die sich einerseits nach der Stärke des zwisehen den beiden Heizelektroden in dem Glas fließenden Stroms und andererseits nach der an diesen Elektroden liegenden Spannung richten, einem Rechengerät zuführen, dessen Ausgangssignal proportional zu dem Verhältnis zwischen dem die Spannung wiedergebenden Eingangssignal und dem die Stromstärke wiedergebenden Eingangssignal ist; dieses Ausgangssignal stellt somit den Widerstand zwischen den Elektroden dar. Eine hierfür geeignete Schaltung ist in Fig. 6 gezeigt, wo die Elektroden wie in Fig. 5 mit 31 und 32 bezeichnet sind. Die Elektroden werden von einem Transformator 35 mit verstellbarer Anzapfung gespeist, und es wird ein Stromtransformator 36 verwendet, um ein Signal für das hier nicht gezeigte Rechengerät zu erzeugen, während das andere Signal den Zuleitungen unmittelbar entnommen wird. Wenn es die Bauart des Rechengeräts erforderlich macht, kann man die beiden Signale gleichrichten, bevor sie dem Rechengerät zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Rechengeräts wird einer hier ebenfalls nicht gezeigten Steuerschaltung zugeführt, die ein Fehlersignal erzeugt, das sich nach einem Unterschied richtet, welcher zwischen dem Widerstand R₁ und einem Bezugswiderstand vorhanden sein kann. Das Fehlersignal wird dem die Anzapfung des Transformators verstellenden Motor zugeführt, um die an die Elektroden 31 und 32 angelegte Spannung zu vergrößern oder zu verkleinern, bis das Fehlersignal zum Verschwinden gebracht ist. Für die genannten Zwecke geeignete Rechengeräte und Steuerschaltungen sind bekannt, so daß auf eine nähere Erläuterung verzichtet werden kann.

Wenn in der beschriebenen Weise zwei obere Heizelektroden und eine untere Elektrode vorgesehen sind, wird die Schaltung nach Fig. 6 in der aus Fig. 7 ersichtlichen Weise abgeändert, wo die beiden oberen Elektroden mit 31^4 und 3IiJ bezeichnet sind; diese Elektroden sind über die zugehörigen Leitungen und Stromwandler an zwei verschiedene Anzapfungen der Sekundärseite des Speisetransformators angeschlossen. In diesem Falle sind zwei Rechengeräte vorhanden, durch die zwei Motoren zum Verstellen der Transformatoranzapfungen gesteuert werden.

Wenn zwei Auslaßöffnungen vorhanden sind, kann man die Heizströme so einstellen, daß die mittleren Temperaturen der Glasposten oder -ströme, die aus den Öffnungen austreten, entweder einander gleich sind oder sich um einen konstanten Betrag unterscheiden.

Wie bereits erwähnt, können die automatischen Steuermittel so gestaltet sein, daß sie den elektrischen Widerstand des Glases zwischen zwei zusätzlichen Elektroden messen, d. h. zwischen zwei anderen Elektroden als den Heizelektroden. Diese zusätzlichen Elektroden können dabei in den Stromkreis einer Wheatstoneschen Brücke geschaltet sein, und die Ausgangsspannung kann dann benutzt werden, um die den Heizelektroden zugeführte Spannung zu regeln. Es können aber auch zwischen den zusätzlichen Elektroden eine Spannung zugeführt und Signale, die von dieser Spannung und dem von einer zusätzlichen Elektrode zu der anderen durchgehenden Strom abhängig sind, einem Rechengerät zugeführt werden, das grundsätzlich in der im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen Weise arbeitet, um die Spannung zwischen den Heizelektroden einzustellen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Nachregulierung der Temperatur von flüssigem Glas mit Hilfe von Joulescher

Wärme, welche durch am Glasauslaß angebrachte Heizelektroden erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Glases zwischen zwei durch die Heizelektroden oder durch zusätzliche Elektroden gebildeten Steuerelektroden als Maß der Glastemperatur ausgenutzt wird und die den Heizelektroden zugeführte Spannung durch diesen Widerstand messende Steuermittel so geregelt wird, daß die Steuermittel beim Abweichen von dem der gewünschten Temperatur entsprechenden Sollwert des Glas Widerstandes selbsttätig die über die Heizelektroden zugeführte Spannung im Sinne einer Verstärkung oder Verringerung des Heizstromes ändern, bis der Sollwert des Glaswiderstandes und damit der Glastemperatur erreicht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden in einem Zweig einer vier Zweige umfassenden Brückenschaltung liegen, die in einem anderen Zweig einen verstellbaren Regelwiderstand aufweist, wobei die Brückenschaltung so ausgebildet ist, daß dann, wenn der Widerstand des Glases zwischen den Steuerelektroden von einem durch die Einstellung des Regelwiderstandes gegebenen Wert abweicht, an der Ausgangsdiagonale der Brückenschaltung ein Signal erscheint, das der Spannungseinstellvorrichtung zu dem erwähnten Zweck zugeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einen Quotienten bildende Vorrichtung, die zur Aufnahme eines ersten, von der Spannung zwischen den Steuerelektroden abhängigen Signals sowie eines weiteren, von der Stärke des von der einen Steuerelektrode durch das Glas zur anderen Steuerelektrode fließenden Stromes abhängigen Signals dient und ein von dem Verhältnis zwischen den beiden Signalen abhängiges Ausgangssignal erzeugt, wobei die quotientenbildende Vorrichtung durch entsprechende Anschlüsse mit einer Spannungseinstellvorrichtung verbunden ist, so daß das von ihr erzeugte Ausgangssignal der Spannungseinstellvorrichtung zu dem erwähnten Zweck zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei einem Glasauslaß mit zwei Auslaßöffnungen in der Weise angeordnet ist, daß zwischen je einer jedem Auslaß zugeordneten Elektrode und einer gemeinsamen Gegenelektrode durch getrennte Transformatoren Spannungen erzeugt werden und die Überwachung der Glastemperatur sowie die Spannungseinstellung zwischen den jeweiligen Elektroden für jede Auslaßöffnung für sich erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 589 093.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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