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Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizte Zuführungsvorrichtung
in Einrichtungen zur Herstellung von Glasfäden oder -fasern mit Regelung durch Thermoströme,
die von der Wärmewirkung des erschmolzenen Materials auf Thermoelemente ausgehen.
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Erfindungsgemäß sollen bei solchen Vorrichtungen große Leistungen
mit einem relativ unkomplizierten und billigen Schaltungskreis gesteuert werden.
Der der Heizvorrichtung gelieferte Leistungsanteil soll entsprechend einem erzeugten
Steuersignal gesteuert werden.
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Erreicht wird dies bei einer elektrisch beheizten Zuführungsvorrichtung
in Einrichtungen zur Herstellung von Glasfäden oder -fasern mit Regelung durch Thermoströme,
die von der Wärmewirkung des erschmolzenen Materials auf Thermoelemente ausgehen,
durch einen Magnetverstärker, dem das Steuersignal zugeführt wird; einen mit dem
Magnetverstärker verbundenen Steuertransformator; einen mit Magnetverstärker und
Steuertransformator verbundenen Abwärtstransformator; eine mit dem Abwärtstransformator
verbundene Siliziumgleichrichteranordnung; eine zwischen Gleichrichteranordnung
und Steuertransformator liegende Wechselspannungsquelle und schließlich durch eine
Verbindung zwischen Gleichrichteranordnung und beheizter Vorrichtung.
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Gegenüber den bekannten Fühlerschaltungen zum Erzeugen von Steuersignalen
proportional der Temperaturabweichung können erfindungsgemäß auf Grund der besonderen
Ausbildung im Verstärkerkreis und die Verwendung einer neuartigen Siliziumgleichrichteranordnung
bzw. deren Schaltungen große Leistungen mit einem relativ unkomplizierten und billigen
Schaltungskreis gesteuert werden. Der der Heizvorrichtung gelieferte Leistungsanteil
wird durch die Siliziumgleichrichteranordnung entsprechend dem erzeugten Steuersignal
gesteuert.
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Vorzugsweise besteht die elektrisch beheizte Zuführungsvorrichtung
aus einem elektrisch beheizten Behälter für schmelzflüssiges Glas, der zum Erzeugen
kontinuierlicher Glasfäden dient.
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Vorteilhaft weist die Siliziumgleichrichteranordnung zwei Paare von
Siliziumgleichrichtern sowie eine Spannungsteilerschaltung auf.
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Zweckmäßig werden Einschwingvorgänge unterdrückt und das Zünden der
Gleichrichter dadurch erleichtert, daß zu den Siliziumgleichrichtern der Gleichrichterpaare
Kondensatoren parallel geschaltet sind.
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Durch die erfindungsgemäße Zuführungsvorrichtung konnte die Herstellung
von Glasfasern oder -fäden für Glasseidenspinnfäden und -garne, bei denen die Aufrechterhaltung
einer sehr genauen und exakten Temperatur des geschmolzenen Glases wesentlich ist,
hinsichtlich der Qualitätseigenschaften wesentlich verbessert werden.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand
der Zeichnungen näher erläutert werden, in denen F i g. 1 an Hand der Herstellung
von Glasfäden die Temperatursteuerung der erfindungsgemäßen Zuführungsvorrichtung
zeigt, F i g. 2 ein Schaltbild nach der Erfindung ist.
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Aus F i g. 1 erkennt man eine Zuführungsvorrichtung 10, die einen
Vorrat an geschmolzenem Glas 12 enthält, welcher durch unmittelbare Stromzuführung
zu der Zuführungsvorrichtung mit Hilfe der Stromanschlüsse 14 beheizt und innerhalb
eines vorbestimmten Temperaturbereichs gehalten wird. Die Glasfäden 16 werden aus
Öffnungen im Boden der Zuführungsvorrichtung 10 ausgezogen und beim Passieren eines
Sammelgliedes 20 zu einer Lunte 18 zusammengefaßt. Auf die Fäden wird am Sammelglied
eine Schlichte aufgebracht, die aus einem Zuführungsrohr 22 kommt, welches mit einem
entsprechenden, nicht gezeichneten Schlichtebehälter verbunden ist. Die fortlaufend
gebildeten Teile der Lunte 18 werden zu einer Packung 24 mit Hilfe
einer Wickelvorrichtung 26 aufgewickelt, wobei der Strang durch eine Querführung
28 längs der Packung 24 hin- und hergeführt wird.
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Festes Glas in Form von Glaskugeln wird dem Schmelzbad 12 durch einen
Zuführungstrichter 30 zugeführt. Die Kugeln befinden sich in einem Vorratstrichter
32 mit einer umlaufenden Zuführungsvorrichtung 34. Die Zuführungsgeschwindigkeit
der Kugeln vom Vorratstrichter zum Schmelzbad wird durch die Umlaufgeschwindigkeit
eines Motors 36 gesteuert, welcher über eine Untersetzung 38 mit der umlaufenden
Zuführungsvorrichtung 34 in Antriebsverbindung steht.
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Der Spiegel des Schmelzbades 12 wird durch eine Sonde 40 mit festgestellt,
die über einen Regler an der Feldwicklung des Motors 36 die Zufuhr festen Glases
auf einen festen Wert, gegebenenfalls kontinuierlich, steuert.
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Der Heizstrom für die Zuführungsvorrichtung 10
ist ein Wechselstrom,
der aus einem Versorgungsnetz mit Hilfe der Leiter 60 und 62 zugeführt wird. Bei
dem Versorgungsnetz kann es sich beispielsweise um eine Wechselstromquelle mit 440
Volt und 60 Hz handeln, die nicht dargestellt ist.
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Dieser Wechselstrom wird der Zuführungsvorrichtung 10 über einen Abwärtstransformator
64 zugeführt, welcher die Spannung beispielsweise auf einen Wert in der Größenordnung
von 2 Volt heruntersetzt, so daß, da die Zuführungsvorrichtung 10 aus einem gegen
hohe Temperatur beständigen Metall mit geringem Widerstand, beispielsweise Platin,
besteht, ein Heizstrom in der Größenordnung von einem oder mehreren Kiloampere erzeugt
wird. Der Primärkreis der Stromversorgung für die Zuführungsvorrichtung 10 enthält
einen Starkstromkreis 66, der insbesondere im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben
werden soll und den Stromfluß durch die Zuführungsvorrichtung 10 und damit deren
Temperatur steuert.
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Der Leiter 60 ist an eine Seite der Primärwicklung des Abwärtstransformators
64 angeschaltet, während der andere Leiter 62 am Leistungskreis 66 liegt.
Ein weiterer Leiter 63 ist zwischen die andere Seite der Primärwicklung des Transformators
64 und den Starkstromkreis 66 eingeschaltet. Diese Anschlüsse sind deutlicher in
F i g. 2 dargestellt.
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Der Starkstromkreis 66 ist elektrisch mit einer Thermoelementschaltung
versehen, die ein Paar von Thermoelementen 68 und 70 enthält, welche in den Seitenwandungen
der Zuführungsvorrichtung 10 angeordnet sind und die Temperatur des in dieser Zuführungsvorrichtung
befindlichen Schmelzgutes feststellen. Die Thermoelemente 68 und 70 erzeugen der
Temperatur der Zuführungsvorrichtung 10 entsprechende elektrische Signale.
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Die Thermoelemente 68 und 70 sind an einen
Kreis 72
zur übermittlung der Temperatursignale angeschaltet, wobei ein einziges Mittelwertsignal
erzeugt wird, welches der mittleren, von den Thermoelementen in der Zuführungsvorrichtung
10 festgestellten Temperatur entspricht. Der Ausgang dieses Kreises 72 wird auf
einen Vergleichskreis 74 aufgegeben. Der Vergleichskreis 74 ist an eine einstellbare
Bezugssignalquelle 76 angeschlossen, welche ein der gewünschten Temperatur in der
Zuführungsvorrichtung 10 proportionales Bezugssignal liefert. Tritt zwischen dem
Signal von den Thermoelementen und dem Bezugssignal eine Abweichung oder ein Unterschied
auf, so wird ein sogenanntes »Fehler«-Signal vom Vergleichskreis 74 erzeugt.
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Der Ausgang des Vergleichskreises 74 wird einem Verstärkerkreis 78
eingespeist, welcher das »Fehler«-Signal vom Vergleichskreis 74 verstärkt. Der Ausgang
des Verstärkerkreises 78 wird dann in den Starkstromkreis 66 eingespeist, welcher
wiederum den Stromfluß zur Zuführungsvorrichtung über den Transformator 64 aus den
Starkstromleitungen 60 und 62 regelt.
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Man erkennt, daß bei bestimmten Anwendungen dieses Systems der Ausgang
des Starkstromkreises ein Rückkopplungssignal über geeignete Leiter 108 und 110
zum Eingang des Verstärkers 78 liefern kann, um die Spannungsstabilität dieses Systems
zu gewährleisten.
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Im Betrieb wird bei diesem System die Temperatur der Zuführungsvorrichtung
10 durch die Thermoelemente festgestellt und das daraus gemittelte Ausgangssignal
mit einem Bezugssignal von der Bezugssignalquelle 76 verglichen. Ist kein Unterschied
zwischen dem gemessenen Wert und dem Bezugswert vorhanden, dann wird der Starkstromkreis
66 angewiesen, den Stromfluß zum Transformator 64 zurückzustellen, so daß die Temperatur
der Zuführungsvorrichtung auf den gewünschten Wert bleibt.
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F i g. 2 zeigt den Starkstromkreis 66 im einzelnen. Der Eingang zum
Kreis ist eine Gleichspannung an den Leitern 80 und 82 und wird der Steuerwicklung
einer Magnetverstärkerstufe 84 zugeführt.
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Die Vorspannungswicklung des Magnetverstärkers 84 ist an die Sekundärwicklung
eines 60-Hz-Regeltransformators 85 angekoppelt. Die Vorspannungswicklung des Magnetverstärkers
84 sättigt das Magnetkernmaterial der Vorrichtung ab, so daß die gewünschte
Schwellenvorspannung entsteht.
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Die Ausgangswicklung des Magnetverstärkers ist an eine andere Sekundärwicklung
der Bezugssignalquelle 76 und die Primärwicklung an einen Abwärtstransformator 86
angeschaltet.
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Im Magnetverstärkerkreis kann man Zenerdioden vorsehen, um die Signale
richtig zu verkürzen und eine gewünschte Wellenform zu erzeugen.
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Das vom Magnetverstärker 84 verstärkte Signal wird in die Primärwicklung
86 a des Transformators 86 eingespeist. Der Transformator 86 weist ein Paar Sekundärwicklungen
86b und 86c auf, welche an eine Siliziumgleichrichteranordnung 88 angeschaltet sind.
Die Siliziumgleichrichteranordnung 88 enthält Siliziumgleichrichter 90, 91, 92 und
93, die in zwei Paaren angeordnet sind, so daß sie auf beide Halbwellen der Wechselstarkstromquelle
wirken und ihre Verwendung bei hohen Spannungen ermöglichen.
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Es hat sich gezeigt, daß man durch Siliziumgleichrichter besonders
zufriedenstellende Ergebnisse erhält.
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Jeder Gleichrichter ist eine Halbleitervorrichtung mit drei Anschlußstellen
und weist eine umgekehrte Charakteristik auf, die derjenigen eines normalen Siliziumgleichrichters
insofern entspricht, als sie im wesentlichen einen offenen Kreis mit der negativen
Anode zur Kathodenspannung unter einer kritischen überschlagspannung wiedergibt,
wenn auf das Gitter kein Signal aufgebracht ist. Wird jedoch bei dieser Anordnung
die Vorwärtsüberschlagspannung überschritten, beispielsweise durch Aufbringen eines
geeigneten Gittersignals, dann springt die Vorrichtung rasch in den leitenden Zustand
um und liefert einen niedrigen Vorwärtsspannungsabfall. Eines der Paare von Elementen
90 und 91 ist an die Sekundärwicklung 86b angekoppelt, während das andere Paar
92 und 93 an die Sekundärwicklung 86c angekoppelt ist.
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Außerdem enthält die Siliziumgleichrichteranordnung einen Spannungsteiler
aus den Widerstandselementen R1, R2, R, und R4. Der Widerstandswert dieser Widerstände
ist kleiner als der Restwiderstand der entsprechenden Siliziumgleichrichter
90, 91, 92
und 93. Infolgedessen wird die Potentialverteilung an der Anordnung
88 durch die Widerstände R1, R2, R3 und R4 und nicht durch den Restwiderstand der
Siliziumgleichrichter gesteuert.
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Die Gleichrichteranordnung 88 enthält außerdem den Siliziumgleichrichterelementen
zugeordnete Kondensatoren Cl, C2, C3 und C4. Diese Kondensatoren unterdrücken die
bei der Auslösung oder Zündung der siliziumgesteuerten Gleichrichterelemente 90,
91, 92 und 93 erzeugten Einschwingvorgänge. Die Kondensatoren Cl und C3 dienen außerdem
und bevorzugt zur Kopplung des Zündimpulses der siliziumgesteuerten Gleichrichter
90 und 92 an die Elemente 91 bzw. 93 über ihre Wirkungsweise als Einschwingunterdrücker.
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Im Betrieb ist das an den Leitern 80 und 82 abgenommene Signal proportional
der Abweichung der Temperatur der Zuführungsvorrichtung vom gewünschten Wert und
ändert die Impedanz des Magnetverstärkers 84. Die Impedanz des Magnetverstärkers
bestimmt das Potential an der Primärwicklung 86a des Transformators 86. Nimmt
das Gleichstromsignal an den Leitern 80 und 82 zu, dann nimmt die
Impedanz des Magnetverstärkers 84 ab, und der Ausgang desselben, der an der
Primärwicklung 86a in Erscheinung tritt, vergrößert seine Differenz in Phase und
Größe gegenüber der Belastungsspannung entsprechend der Temperaturabweichung an
der Zuführungsvorrichtung 10 vom gewünschten Wert.
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Die Siliziumgleichrichteranordnung leitet, wenn ein Ausgang vom Magnetverstärker
84 an der Primärwicklung des Transformators 86 erscheint. Bei Leitung sorgt
die Siliziumgleichrichteranordnung dafür, daß der Zuführungsvorrichtung
10 Strom zugeführt wird. Man erkennt, daß die siliziumgesteuerten Gleichrichterelemente
90 und 91 während einer Halbperiode des Wechselstroms wirksam sind, während die
Elemente 92 und 93 während der entgegengesetzten oder anderen Halbperiode arbeiten.
Da beide Teile des Kreises ähnlich arbeiten, genügt es, nur die Wirkungsweise eines
Kreises zu beschreiben. Wurde ein Fehlersignal erzeugt und an den Leitern 80 und
82 festgestellt, dann wird das vom Magnetverstärker
84 verstärkte
Signal als Wechselpotential an den siliziumgesteuerten Gleichrichterelementen 90
und 91 festgestellt und erzeugt einen Spannungsabfall im Widerstand R., wodurch
das Element 90 gezündet wird. Dieses leitet nunmehr Strom, und der Spannungsabfall
vermindert sich sehr rasch auf Null. Der Kondensator Ci entlädt sich rasch, so daß
Strom durch den Kopplungswiderstand R5 fließt, welcher zusammen mit der am Widerstand
R., festgestellten Spannung zur Zündung des Elements 91 führt. Das System leitet
jetzt nur über den Teil einer Halbperiode des Wechselstroms, der durch den Rest
des Kreises bestimmt ist. Der andere Teil der Periode wird durch die Siliziumgleichrichter
92 und 93 und die nunmehr angeordneten Kreiselemente C3, C4, R3, R4 und RS in der
gleichen Weise gesteuert.
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Ist so viel Strom durch die Zuführungsvorrichtung 10 geflossen,
daß das darin befindliche Gut wieder die richtige Temperatur eingenommen hat, dann
hört die Siliziumgleichrichteranordnung 88 auf zu leiten und beendet den Energieübergang
auf die Zuführungsvorrichtung 10 über den Transformator 64.
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Ein Rückkopplungsstarkstromnetz 66 erhält man dadurch, daß man einen
Teil der an den Leitern 100 und 102 abgegriffenen Ausgangssignalspannung über einen
Abwärtstransformator 104, einen Vollweggleichrichter 106 und die erste Stufe des
Verstärkers 78 über geeignete Leitungen 108 und 110 nimmt.
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Beim Arbeiten des Steuersystems wird die Temperatur der Zuführungsvorrichtung
10 zuerst auf einen Wert, der typischerweise in der Größenordnung von annähernd
930° C liegt, gesteigert, worauf die automatische Steuerung die Temperaturregelung
übernimmt. Gegebenenfalls kann man die Steuerung jedoch so einrichten, daß sie über
den Bereich von 0° C bis zur Arbeitstemperatur arbeitet. Die Bezugssignalquelle
76 wird auf den gewünschten Temperaturwert, beispielsweise 1315° C, eingestellt.
Da die Temperatur der Zuführungsvorrichtung 10 unterhalb des gewünschten Wertes
liegt, stellt der Vergleichskreis 74 diese Differenz fest und erzeugt ein Fehlersignal,
welches verstärkt und in den Starkstromkreis 66 eingespeist wird. Die Phase dieses
in den Starkstromkreis eingespeisten Signals führt dazu, daß die siliziumgesteuerte
Gleichrichteranordnung leitet, so daß Strom zur Zuführungsvorrichtung 10 vom Starkstromanschluß
über die Starkstromleitungen 60 und 62 fließen kann. Erreicht die
Temperatur den gewünschten Wert, dann stellt der Vergleichskreis 74 keinen Unterschied
mehr zwischen dem gemessenen Wert und dem Bezugswert fest, so daß die siliziumgesteuerte
Gleichrichteranordnung 88 stromlos wird und damit eine weitere Stromzuführung zur
Zuführungsvorrichtung 10 aufhört. Das System bleibt nun in Ruhe, bis erneut ein
Unterschied zwischen gemessenem Wert und Bezugswert infolge eines Temperaturabfalls
der Zuführungsvorrichtung 10 festgestellt wird.
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Obwohl in der Beschreibung auf siliziumgesteuerte oder Siliziumgleichrichter
hingewiesen wurde, ist die Erfindung selbstverständlich auch mit jedem anderen Trockengleichrichter
durchführbar.
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Das Regelsystem gemäß der Erfindung liefert eine wirksame Einrichtung
zur Regelung der Temperatur der Zuführungsvorrichtung einer Glasschmelz- und Zuführungsanlage
und ist darüber hinaus hinsichtlich ihres Gewichts außerordentlich leicht, besitzt
nur geringe Außenabmessungen und arbeitet außerordentlich genau.