DE1300642B - Elektrisch beheizte Zufuehrungsvorrichtung in Einrichtungen zur Herstellung von Glasfaeden oder -fasern mit Regelung durch Thermostroeme - Google Patents

Elektrisch beheizte Zufuehrungsvorrichtung in Einrichtungen zur Herstellung von Glasfaeden oder -fasern mit Regelung durch Thermostroeme

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DE1300642B
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Owens Corning Fiberglas Corp
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise besteht die elektrisch beheizte Zuführungsvorrichtung aus einem elektrisch beheizten Behälter für schmelzflüssiges Glas, der zum Erzeugen kontinuierlicher Glasfäden dient.
  • Vorteilhaft weist die Siliziumgleichrichteranordnung zwei Paare von Siliziumgleichrichtern sowie eine Spannungsteilerschaltung auf.
  • Zweckmäßig werden Einschwingvorgänge unterdrückt und das Zünden der Gleichrichter dadurch erleichtert, daß zu den Siliziumgleichrichtern der Gleichrichterpaare Kondensatoren parallel geschaltet sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Ausgangswicklung des Magnetverstärkers ist an eine andere Sekundärwicklung der Bezugssignalquelle 76 und die Primärwicklung an einen Abwärtstransformator 86 angeschaltet.
  • Im Magnetverstärkerkreis kann man Zenerdioden vorsehen, um die Signale richtig zu verkürzen und eine gewünschte Wellenform zu erzeugen.
  • 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.
  • Es hat sich gezeigt, daß man durch Siliziumgleichrichter besonders zufriedenstellende Ergebnisse erhält.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Obwohl in der Beschreibung auf siliziumgesteuerte oder Siliziumgleichrichter hingewiesen wurde, ist die Erfindung selbstverständlich auch mit jedem anderen Trockengleichrichter durchführbar.
  • 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.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. 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, g e -kennzeichnet durch einen Magnetverstärker (84), dem ein Steuersignal zugeführt wird; einen mit dem Magnetverstärker verbundenen Steuertransformator (85); einen mit dem Magnetverstärker und dem Steuertransformator verbundenen Abwärtstransformator (86); eine mit dem Abwärtstransformator verbundene Siliziumgleichrichteranordnung (88); eine zwischen der Gleichrichteranordnung und dem Steuertransformator liegende Wechselspannungsquelle und schließlich durch eine Verbindung (60 bis 63) zwischen der Gleichrichteranordnung und der elektrisch beheizten Zuführungsvorrichtung (10). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumgleichrichteranordnung (88) zwei Paare von Siliziumgleichrichtern (90 bis 94) sowie eine Spannungsteilerschaltung (R, bis R4) aufweist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zu den Siliziumgleichrichtern (90 bis 94) der Gleichrichterpaare parallelgeschaltete Kondensatoren (C, bis C4) zur Unterdrückung der Einschwingungsvorgänge und zur Erleichterung des Zündens der Gleichrichter. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rückkopplungskreis vom Ausgang der Siliziumgleichrichteranordnung (88) zum Steuerkreis.
DEO9513A 1962-07-02 1963-07-01 Elektrisch beheizte Zufuehrungsvorrichtung in Einrichtungen zur Herstellung von Glasfaeden oder -fasern mit Regelung durch Thermostroeme Pending DE1300642B (de)

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