DE2235736A1

DE2235736A1 - Verfahren und einrichtung zur verarbeitung von anorganischen, thermoplastischen materialien in einem schmelzofen

Info

Publication number: DE2235736A1
Application number: DE2235736A
Authority: DE
Inventors: Richard Frank Jennings
Original assignee: Johns Manville
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1972-07-18
Publication date: 1973-05-03
Also published as: FR2149092A5; BR7204799D0; US3741742A; IT961456B; ZA724781B; GB1364187A; IE36564B1; NL7210000A; IE36564L; AR202269A1; BE786412A; JPS5140579B1; LU65748A1

Description

■Z23573&-

PATE NT AN WALTE

Dipi.-ing. H. Seiler Dipi.-ing. J. Pfenning Diph-Phys. K. H. Meinig

1 Berlin 19

OldenburgalleelO Tel. O3H/3O4 55 21 4082-B 3045522

Drahtwort: Seilwehrpatent Postscheckkto. BIn.W.5938

18. JuIi 1972 Pf/Schu

ffirma JOHHS-MAIi YILLJa CORPORATION 22 East 40th Street, Mew York, if.Y. 10016, USA

■ Verfahren und Einrichtung zur Verarbeitung von anorganischen, , thermoplastischen Materialien in einem Schmelzofen'

■ Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich-

^v

tung zur Verarbeitung von anorganischen, thermoplastischen

j Materialien, bei dem ein Rohmaterial in einen Schmelzofen eingegeben wird.

Bei der Aufbereitung von Glas durch einen kontinuierlichen Schmelzprozeß wird das GrI as-Rohmaterial der Schmelzzone eines

■ Schmelzofens durch fördervorrichtungen zugeführt. Das Rohmaterial wird in der Schmelzzone geschmolzen, dann geläutert und einem iierd zugeführt, aus dem, das geschmolzene Glas zur Bildung der gewünschten Glasprodukte abgezogen wird« Bei derartigen Schmelzöfen liegt die Läuterungszone zwischen der Schmelzaone und der iierdzone. Der Herd kann eine Vielzahl ?«n im Abstand

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.2235238—,

angeordneten Öffnungen oder Düsen aufweisen zur Ausbildung von Glasfaden oder Glasfasern.

Bei den bekannten Schmelzofen neigt das Rohmaterial dazu, sich in bestimmten Bereichen des Ofens zu sammeln oder zu konzentrieren, wodurch die Schmelzung verzögert wird und Änderungen in der Zusammensetzung der Schmelze entstehen, wodurch in der Schmelze heiße und kalte flecken gebildet werden

Um diese Mängel zu beheben, hat man mit Abdeckungen versehene Fördereinrichtungen zur Steuerung des Rohmaterial-Zuflusses verwendet, um das Rohmaterial über die gesamte oder dem weaent liehen Teil der Rückwand des Ofens zuzuführen; zu diesem Zweck sind die Fördereinrichtungen mit Sperrdämmen, Stempeln, Schiebern o. dgl. ausgestattet, um den Verlauf des Zuflusses des Rohmaterials zum Ofen zu steuern· Biese Behelfsmittel haben jedoch vielfach nur in geringem Umfang zum Erfolg führen können

Me Qualität des durch einen kontinuierlichen Schaelzproaeß erzeugten Glases ist eine j?\mktion der Homogenität des geschmolzenen Glases, das wiederum eine Funktion der Homogenität des Glasrohmaterials ist, das der Schmelzzone des Ofens zugeführt wird. Durch eine sachgemäße Steuerung der Verteilung des Glas-Rohmaterials innerhalb der Sohmelzzone des Ofens erfolgt eine schnelle Schmelzung des Rohmaterials, wodurch die Schmelze

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im Ofen erhöht wird. Eine derartige Steuerung der Verteilung des Rohmaterials verbesbert die Homogenität des geschmolzenen Glases und stabilisiert die Temperatur des Glases in dem Ofen, so daß eine genaue Steuerung der Temperatur des der Läuterungszone und demJierd zufließenden Glases erreicht wird. Bine genaue Steuerung der Temperatur und der Beständigkeit ist-von entscheidender Bedeutung bei der Herstellung von Glasprodukten hoher Qualität, wie beispielsweise von Glasfäden oder dPlasfaser die einer Textilverarbeitung unterzogen werden sollen.

Diesem Zwecke dient die Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung anorganischen, thermoplastischen Materials bezieht, bei dem das Rohmaterial in eine an dem einen Ofenende befindliche Schmelzkammer eingegeben, und die Schmelzkammer zur Schmelzung des Rohmaterials erhitzt wirdj die erfindung besteht darin, daß die 3?örd einrichtung des Rohmaterials in die Kammer hinein so gesteuert wird, daß ein regelmäßiger Fluß des Sohmaterials in die Kammer erreicht wird₉ der von der einen üttr anderen Kammeraeit® hin-und herschwingt.

Öie Erfindung feesieht si©k amaii ami ©la© läisrio&tu&g amr Darehführung

der Is'fiaämag besteht' &@,τίη₉ iea

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der Schmelzzone des Schmelzofens zufließenden Rohmaterial-Strom in bestimmter Weise zu verlagern, um einmal das Schmelzen des Rohmaterials und zum anderen die Vermischung des Rohmaterial mit dem geschmolzenen Glas zu verbessern.

Eine vorteilhafte Art der Verlagerung des .Rohmaterial-Stromes nach der Erfindung besteht darin, daß dieser mit seinem wesentlichen Teil in einem regelmäßigen Zyklus nach links und rechts gegenüber der Längsachse des Ofens in Schwingungen versetzt wird. Dieses Schwingun^sbild wird durch eine Steuerung des

Rohmaterial-Stromes erreicht, bei der veränderliche Größen der relativen Förderanteile aus Fördereinrichtungen, die an gegenüberliegenden Seiten zur Längsachse des Ofens angeordnet sind, in Beziehung gesetzt werden mit der Gesamtfördermenge des Rohmaterials aus allen Fördereinrichtungen. Bei einer dera rtigen Ausführung werden paarweise angeordnete, einander gleiche Fördereinrichtungen mit linearer Förderung verwendet, die mit Geschwindigkeitsateuerungen versehen sind, die die Geschwindigkeit der einzelnen Förderer proportional in entgegengesetztem Sinn ändern, um das Schwingen des Rohmaterial-Stromes zu erreichen, wobei außerdem die Geschwindigkeit der beiden Fördereinrichtungen in gleichem Sinn proportional und gleichzeitig geändert wird, um einen gewünschten Pegel der Schmelze aufrechtzuerhalten. Diese Schwingungssteuerung wird durchgeführt in Abhängigkeit von den thermischen Bedingungen, die an bestimm-

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ten Stellen des Ofens abgetastet werden, während der Spiegel ; der Schmelze über dem Ofenherd abgetastet wird.

Die Rechnersteuerung des Rohmaterials beruht auf einem Sollwert des Rohmaterial-Hiveaus, der verglichen wird mit dem Niveau-Signal des Rohmaterials. Ein positiver oder negativer Fehler wird ausgewertet durch Berechnung aufgrund von proportionalen, integralen und abgeleiteten Manipulationen, so daß die Gesamt-Förderrate eingestellt wird, um den Sollwert längs einer Korrekturkurve durch periodische Entnahme von Probedaten zu erreichen, um einen Überschuß zu vermeiden. Das Ausgängssignal ist den Sollwerten der einzelnen Förderer nachgeordnet. Änderungen der Sollwertein den Steuerungen der Förderung erzeugen einen positiven oder negativen Fehler, wenn die Geschwindigkeiten des Sollwertes und der Förderorgane nicht übereinstimmen. Ein Grundmischungs-Fördersteuerer wirkt auf den Fkhler mit Steuerberechnungen ein, um ein kompensierendes Aus gangs signal zu erzeugen«, Ein Servof ördersteuerer spricht auf den Grundmischungsförderateuerer an, so daß die Schwingsteuerung des Rohmaterialszu entgegengesetzten Änderungen fuhrt bei paarweisen Förderorganen, die im Abstand auf gegenüberliegenden Seiten der Längsacnae des Ofens angeordnet sind.

Die Schwingsteuerung treibt den Rohmaterial-Strom in dem Ofen von einer Seite zur anderen Seite in der Schmelzzone.

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Zur Messung wird ein Seitenwand-Temperaturdifferential verwendet. Der Ausstoß der Förderorgane erhöht und verringert proportional dem Zufluß des Rohmaterials zu den entsprechenden Seiten des Ofens, um den Rohmaterial-Strom durch die Längsachse des Ofens zur heißeren Ofenseite au bewegen. Die Schwingung des Rohmaterials kühlt hierbei die heißere Seite, wobei allmählich die entgegengesetzte Seite des Ofens heißer wird und die Förderraten der einzelnen Förderorgane automatisch umgekehrt werden, so daß das Übergewicht des Rohmaterials von der nun kühleren Seite weggefordert wird· Hierbei entstehen Strömungen dea Rohmaterials zu der nun heißeren Seite durch die Längsachse des Ofens in einer Richtung, die den vorherigen Rohmaterialfluß schneidet.

Bei einem Auaführungsbeispiel wird, von der Rückwand des Ofens aus gesehen, eine Temperaturdifferenz ermittelt, indem die Temperatur des rechten Thermoelementes von derjenigen dea linken Thermoelementes subtrahiert wird. Diese Temperaturdifferenz wird von dem Grundmiachungs-Sohwingsteuerer als Maß benutzt· Dieses Maß wird verglichen mit ei ti em Sollwert, und wenn ein Fehler des gegebenen Niveaus ermittelt wird, wird dieser Fehler ausgewertet durch Kontrollberechnungen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Die fortlaufenden Abstimmungen in den Kontrollberechnungen erzeugen ein Ubeschwingen, wenn das Auagangssignal ansteigt zu einem hohen oder niedrigen Auagangssignal für den

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-JBr-

rechtsseitigen Fördersteuerer, der unmittelbar von dem Grundmischungs-Schwingsteuerer gesteuert wird in Abhängigkeit von dem positiven oder negativen Fehlersignal. DasAugangssignal dieser Schleife führt zu einem Verhältnis-Algorithmus. Der Verhältnis-Algorithmus stellt den nachgeschalteten Sollwert ein, der zu dem rechten Rohmaterialförderer führt als Ergebnis des Sollwertes des Schmelzspiegels. Ein Servosteuerer steuert den linken Fördersteuerer mittels eines proportionalen Algorithmus, der das Ausgangssignal des Grundmischungs-Sehwingsteuerers abtastet, das Vorzeichen des Ausgangssignals umkehrt und das geänderte Ausgangssignal einem Verhältnis-Algorithmus zuführt. Der Verhältnis-Algorithmus beeinflußt den nachgeschalteten zum linken Fördersteuerer führenden Sollwert im gleichen Verhältnis Jedoch in umgekehrter Sichtung gegenüber ■ der auf den rechten Fördersteuerer gegebenen Einstellung. Als Ergebnis hiervon wird die Gesamtförderrate während der Schwingsteuerung nicht geändert und bleibt während der Umschaltung der Schwingsteuerung erhalten in Abhängigkeit von den Korrektur-Signalen des Schmelzpegels. Der Sollwert des Schwingsteuerers kann geändert werden, um sicherzustellen, daß gleiche Fördermengen des Rohmaterials während eines Schwingzyklus beiden Seiten zugeführt werden.

Der Schwingzyklus weiBt einen geraden Anstieg der Fördergeechwindigkeit während der Zeit der Umschaltungen der Schwing-

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Steuerung auf, wobei eine Umschaltung im Verhältnismäßig kurzen Intervall vor sich geht durch Vertauschen der Förderraten, um den rechten Förderer von einer minimalen auf eine maximale Geschwindigkeit zu achalten, während der linke Förderer von einer maximalen zu einer minimalen Geschwindigkeit geschalte wird. Mach solch einer Umschaltung werden die relativen Förderraten für verhältnismäßig lange Zeitintervalle aufrechterhalten, bis die Schwellwerttemperaturdifferenz zur Durchführung einer neuen Umschaltung abgefragt wird.

Bei der Erfindung wird das (ilasrohmaterial in die Schmelzzone des Ofens in einem Winkel zur Längsachse des Ofens mittels wenigstens zweier im Abstand angeordneter Fördereinrichtungen eingeführt. Die Fördereinrichtungen können Schraubenförderer aufweisen, deren Ausgänge in die Schmelzzone des Ofens nahe der Ofenrückwand führen. Bei einer solchen Ausbildung fördern die Fördereinrichtungen durch die Öfenrückwand} sie sind so angeordnet, daß sie das Glasrohmaterial unter einem Winkel von ca 45 zur Längsachse des Ofens in diesen fördern. Eine andere Lösung besteht darin, die Förderer in der Seitenwand so anzuordnen, daß das Rohmaterial annähernd senkrecht zur Längsachse des Ofens eingegeben wird. Die Steuerung der Förderraten der einzelnen Förderer wird erreicht durch die Steuerung der Antriebt: für die Schraubenförderer. Bei einem Beispiel des erfindunga-

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gemäßen Verfahrens liegt der Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Geschwindigkeit der Förderer in einem Verhältnis von 2,5 : 1.. Dieser unterschiedliche Wert wird durch ein Tachometer an jedem Förderer gesteuert, das über eine Servoschleife mit dem Antrieb des Förderers verbunden ist. Es wird eine Pegel-Abtastvorrichtung verwendet, die üblicherweise in der Merdzone des Ofens angeordnet ist, um die Gesamtmenge des dem Ofen zuzuführenden Rohmaterials zu steuern durch Steuerung der Gesamt-Fördermenge des .Rohmaterials der beiden Fördervorrichtungen. Einstellungen der Gesamtfördermenge können erfolgen, während gleichzeitig das Getschwindigkeitsverhältnia von -jedem Förderer gesteuert wird.

in dem Ofen sind Temperaturfühler angeordnet, um die Temperatur der Rohmaterial-Mischung benachbart zu den Wänden vorzugsweise in der üohmelzzone hinter der Eingabestelle der Förderer und oberhalb des geschmolzenen Glaspegels abzutasten, beispielsweise in. defr Brustwand oder in dem Bogen des Ofens. Wenn beim Betrieb der eine der B'örderer das Rohmaterial mit hoher Geschwindigkeit abgibt, während der zweite Förderer mit einer relativ geringeren Geschwindigkeit arbeitet, wird ein RohmateriafL t'luü zu derjenigen Ofenwand geleitet, durch die der zweite Förderer zuführt und von dort zur Rückseite des Ofens. Ein öolcheu Fließbild führt zu einem Abfall der Temperatur, die durch len Temperuturf ühLer an der den zweiten 1'¹Oiderer enthalte ι

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den Ofenwand ermittelt wird.

Eine thermische, auf einen vorbestimmten Differenzwert eingestellte Steuerschleife nimmt den Temperaturabfall an der einen Ofenwand relativ zur anderen Ofenwand bei Erreichtung eines bestimmten Wertes ab, bei dessen Zeitpunkt eine Umlenkung der J&'örderrate derart eingeleitet wird, daß der zweite e .Förderer seine Förderrate, d.h. seine Fördergeschwlndigkeit seitlich linear erhöht in einem Verhältnis, um die Gesamtförderrate konstant zu halten und damit einen konstanten und gleichmäßigen Zufluß des Rohmaterials in dem Ofen zu sichern.

Der Nutzeffekt dieser Zufuhrtechnik des Glasrohmaterials, die koordinierte Fördergeschwindigkeiten von entgegengesetzten Seiten des Ofens benutzt, verbessert wirksam die Qualität des Glases. Diese beruht offenbar auf der Herstellung einer homogeneren Mischung des Rohmaterials in der Uchmelzzone, die zu einem geschmolzenen Glas größerer Homogenität und zu einer konstanteren Temperatur im Hals des Ofens führt, so daß das Produkt einen genau definierten und gleichmäßigen Erweichungspunkt, eine eben solche Dichte und ij'ließcharakteristik besitzt.

Die der Steuerung der einzelnen Fördervorrichtungen einerseits und deo Pegels der Schmelze andererseits dienende Steuereinrichtung ist ebenfalls wesentlicher Bestandteil der Erfindung.

BADORK3INAL -

	2235736 I	1	es "bedeutet:. .
·■	Zeichnungen zeigen eine beispielsweise		eine schematische Aufsicht auf die Schmelz
Die beiliegenden	Ausführungsform der der Durchführung des Verfahrens dienenden		zone eines kontinuierlich arbeitenden
Einrichtung, und		Schmelzofens, bei der die Förderrichtung des
Fig.		fiohmaterials gegen die eine Seite der Schmelz
	2	zone gerichtet ist,
		Darstellung gemäß 3?ig. 1, bei der die Förder-
		richtung des Rohmaterials sich in einer
		Mitteißtellung während ihrer Schwingbewegung
Fig.	3	zur anderen Ofenseite befindet,
		Darstellung gemäß Fig. 1, bei der die Pörder-
		/I richtung des .Rohmaterials eine vollständige
		Schwingung zur entgegengesetzten Ofenseite
Mg.	4	durchgeführt hat,
		ein Blockschaltbild des Steuersystems zur
		Durchführung der Schwingbewegungen gemäß
	5	Ji¹Ig. 1 bis 3f
Fig.		ein Zeitdiagramm deö üchwingzykius des iioh-
	materials bei Verwendung von zwei - X? -

-Fig.

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Förderern, und

Fig. 6 eine Zeitkurve des Temperaturverlauies einer Seitenwand während eines Schwingzyklus gemäß Fig. 5.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen die Schwingtechnik des Rohmaterial-Stromes nach der Erfindung, üs ist die Schmelzzone 10 eines kontinuierlich arbeitenden Schmelzofens dargestellt mit den Seitenwandungen 12, 14 und einer Rückwand 16, die vorzugsweiese aus feuerbeständigem Material bestehen, um schädigende Einflüsse durch die zur Schmelzung des Rohmaterials erforderlichen hohen Temperaturen zu vermeiden.

In dem Ofen ist eine Mehrzahl von nicht dargestellten Brennern angeordnet zur Zuführung der erforderlichen Heizenergie in das Ofeninnere. Die Abgase werden aus dem Ofen abgeführt durch ein Paar von Abzugsschacht en 18, 20.

In der Rückwand 16 der Schmelzzone des Ofens ist ein Paar von im Abstand angeordneten Fördervorrichtungen 22, 24 zur Förderung des Rohmaterials angeordnet, das aus einer granulierten Mischung der zur Erzielung des gewünschten Glases erforderlichen Bestandteile besteht. Die Fördervorrichtung^^, 24 stehen in Verbindung mit einem Vorratsbehälter des itohmateria|.s

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iüber ein Paar von Trichtern 23» 25, Das Rohmaterial wird aus

dem Vorratsbehälter in das Innere der Schmelzzone durch geeignete Fördermittel eingeführt, beispielsweise durch ein Paar von Bchraubenförderern 26, 28, die Teil der Fördervorrichtungen 122, 24 sind.

jTeder der Schraubenförderer 26, 28 ist mit einem in seiner Jeschwindigkeit veränderbaren Antrieb 30, 32 ausgestattet, ler aus einem pneumatisch steuerbaren Übersetzungsgetriebe

besteht, um die Förderrate des Rohmaterials in die Schmelzzone 0 hinein einzustellen. JSin Paar elektrischer Motoren 31» it gleicher Geschwindigkeit treiben die veränderlichen Getriebe 30, 32 an. Pneumatisch betätigbare Steuerventile für die Getriebe 30, 32 sind mit einem Steuerkreis verbunden, der in Fig. 4 gezeigt ist und anschließend beschrieben wird.

Um dem Bestreben des durch die Fördervorrichtungen 22, 24 in den Ofen geförderten Rohmaterials, sich an einer Stelle der Schmelzzone zu sammeln und zu konzentrieren, entgegenzuwirken, und um gleichzeitig den Pegel des geschmolzenen Glases in dem D£en zu steuern_s ist das Steuersystem zur automatischen Steuerung ier relativen Förderraten oder Fördergesöliwindigkeiten der Binzelnen Fördervorrichtungen 22, 24 vorgesehen, wie es in Pig. 4 gezeigt ist. Das Steuersystem steuert unabhängig unter-

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Schiede des Pegels der Schmelze und die Schmelztemperatur des ßohmaterialo in der Schmelzzone. Die Anhäufung des Rohmaterials in der Schmelzzone des üfens wird als funktion der Temperatur abgetastet, deren Signal zur Steuerung der relativen Pörderraten der Fördervorrichtungen 22, 24 verwendet wird, üin Paar von Temperaturfühlern 34, 36, beispielsweise Thermoelementen, ist im Inneren der Schmelzzone 10 an oder nahe den Seitenwänden 12, 14 oder an der Ofenbrust angeordnet. Während die Temperaturmessungen in der Schmelzzone 10 des Ofens der Steuerung der Geschwindigkeiten der Fördervorrichtungen 22, 24 zur Erzielung einer Schwingung des Rohmaterial-Stromes von einer Seite der Schmelzzone 10 zur anderen dienen, ist die Gesamtmenge des in den Ofen geförderten Rohmaterials eine Funktion des Pegels des geschmolzenen Glases, der in üblicher Weise in der Herdzone des Ofens durch einen Pegelfühler 38 (Fig. 4) abgetastet wird. Es Können Pegelfühler 38 unterschiedlicher Ausführungsform verwendet werden, wenn sie geeignet sind, ein elektrisches, dem Pegel des geschmolzenen Glasea proportionales Signal zu erzeugen Zweckmäßig ist die Verwendung eines radioaktiven Pegelfühlers mit einer Kobalt-60-Quelle, der ^-Strahlen abgibt, um ein Signal zu erzeugen, das kalibriert ist als analoge inzeige des Pegels der Schmelze.

iJrfindungsgemäfl wird das aus fein verteilten Partikeln geeignete! Zusammensetzung bestehende Rohmaterial kontinuierlich in den Ofen

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gefördert und schwingt von der einen Seite zur anderen Seite durch, die Längs-Mittelachse des Ofens zufolge der Einstellung der relativen Förderraten oder Fördergeschwindigkeiten der Fördervorrichtungen 22, 24» die so angeordnet sind, daß sie einen Eßhmaterial-Strom in der Schmelzzone des O±\ens bilden. Aufeinanderfolgende halbe Schwingzyklen des .Rohmaterials sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Gemäß fig. I arbeitet die linke Fördervorrichtung 22 mit einem höheren Ausstoß, d.h. mit höherer Geschwindigkeit, während die rechte Fördervorrichtung 24 mit geringerem Ausstoß arbeitet, wodurch der Hohmaterial-Strom nach rechts schwingt, so daß das Zentrum 37 des Stromes sich an der rechten Seite des Ofens 20 befindet, und der Rohmaterial-Strom sich, wie Fig« 1 geigt, im Uhrzeigersinn bewegt· J3ie niedrigere Förderrate der Fördervorrichtung 24 wird hierbei durch die größere Förderrate der Fördervorrichtung 22 im Sinne des Uhrzeigers aufgezehrt. In dem Ofen besteht einegewisse thermische Trägheit, jedoch nach einer gewissen Zeit fängt zufolge der Rohmaterial-Konzentration an der rechten Seite die Temperatur in der Mähe des Thermoelementes 36 zu sinken, während die heißere Schmelze, die sich an.der linken Seite sammelt, die Temperatur des Thermoelementes 34 erhöht. Diese Temperaturverlagerung beginnt langsam, erhöht sich jedoch schnell, bis sie das Differential, d»h» die erste Ableitung der dargestellten Funktion nach der Zeit im O-Pegel schneidet, um schließlich den entgegengesetzten Schwellwert zu erreichen.

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ι durcn den der Gea ciiwindigkei tsverlauf der Förderorgane 22, umgekehrt wird.

Die Fig. 2 zeigt die Einwirkung auf den itohmat er ial-Strom der Fördervorrichtung 24 mit höherer Geschwindigkeit und der Jiördergeschwindigkeit 22 mit niedriger Geschwindigkeit nach einer gewissen ^eit nach erfolgter Umkehrung des Geachwindigkeitsverlaufes; hierbei schwingt das Zentrum 37 des Hohmaterial-Stromes durch die Längs-Mittelachse des Ofens zur linken Seitenwand. In diesem Zeitpunkt beginnt sich die Zirkulation des -Rohmaterials umzukehren in entgegengesetztem Sinn des Uhrzeigers insbesondere in einem liereich 39 nahe der Ofenrückwand 16, da die Fördervorrichtung 24 den überwiegenden Anteil des Rohmaterials ausstößt. Das entfernt von der Ofenrückwand 16 befindliche Rohmaterial in dem Bereich 41 setzt jedoch seine Bewegung im Uhrzeigersinn fort, wodurch eine j £ute Durchmischung des Rohmaterials in dem Rohmaterial-Strom erreicht wird.

Die Fig. 3 zeigt den liohmaterial-Strom in einem späteren Zeitpunkt als Fig. 2, in dem die Fördervorrichtung 24 die höchste Geschwindigkeit angenommen hat. Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der gesamte Kohmaterial-Strom im Uhrzeigersinn, und Jas Zentrum 37 liegt benachbart zur Seitenwand 12 des Ofens.

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, Diese Bedingung wird aufrechterhalten, bis die Temperatur-' differenz den entgegengesetzten Schwellwert erreicht durch die.Kühlung des Thermoelementes 34 und die Aufheizung des

! Thermoelementes 36. Darauf wird der lies chwindigkeitsverl auf umgekehrt, und der itohmaterial-Strom schwingt zur rechten Seitenwand zurück, wie in Fig. 1 gezeigt ist.

Das in iig. 4 gezeigte steuersystem weist die Temperaturfühler 34, 36 auf. Der jj'ühler 36 mißt die Temperatur nahe der linken Seitenwand 12 der üchmelzzone 10, und der Fühler 36 mißt die Temperatur auf der rechten Seitenwand 14. Jeder der Temperaturfühler 34, 36 sendet analoge Temperatursignale als Spannungen im Millivoltbereich aus. Alle .acht Sekunden werden die Fühler 34, 36 abgefragt. Diese erhaltenen anologen Signale werden mittels eines Digital-Analog-Wandlers 40 in digitale Signale überführt, um sie in dem Steuersystem auszuwerten. Die erste Signal-Auswertung dient der Mchung der Thermolemente 34, 36 für die xiechenoperatxon. Zwischen den Thermoelementen wird eine Temperaturdifi'erenz ermittelt, die als Maß zur Feststellung der entsprechenden Zeit benutzt wird, um einen Wechsel der· relativen Förderraten der Fördervorrichtungen 22, 24 durchzuführen, wie durch die Vorrichtung 42 angedeutet ist.

Der G-rundmischungs-Schwingsteuerer 4-4 spricht auf das Ausgangs-

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aignal der die Temperaturdifferenz verarbeitenden Vorrichtung \<i bei positiven und negativen Stellwerten der Temperaturdifferenz der Seitenwandungen an, um ein Ansteigendes Signal zu erzeigen, das sich linear mit der Zeit ändert. Dieses ansteigende Signal stellt einen prozentualen Teil eines anderweitig sich darstellendenPegels dar und wird in einem das gegebene Verhältnis steuernden Organ benutzt, das einem Förderraten-Sollwert nachgeschaltet ist, der zu dem Schmeizpegel in Beziehung gesetzt ist, der seinerseits durch den Schmelzpegelfühler 38 wahrgenommen wird. Es werden außerordentlich kleine proportionale (Kp) und große integrale (Kj-2 Abschirmkonstanten verwendet in dem Algorithmus der Ausgangsform = Kpe + K₁- # dt), worin "e" der Fehler ist, der ein Überschwingen des Rohmaterial-Stromes bewirkt. Das Ausgangssignal des Grundmischungs-Schwingsteuerers 44 steigt zu einem hohen Ausgangssignal, wenn der differentiale Fehler positiv ist und fällt zu einem niedrigen Ausgangssignal, wenn der differentiale Fehler negativ ist. Beide Antriebe 30, 32 werden durch den Grundmischungs-Schwingsteuerer 44 gesteuert. Der rechte Antrieb 32 wird unmittelbar durch ein Signal gesteuert, das den in dem rechten Steuerer 46 eingestellten Sollwert prozentual ist, so daß der Ausgang des Steuerers 44 eich in Folgeschaltung mit dem Sollwert des Schmelz-Pegelsteuerera 48 befindet, wie durch den Digitalwert des Schmelzpegels ange-

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erwird, der durch den Digital-Analog-Wandler 50 festgestellt ist, der den Schmelz-Pegelfühler 38 mit dem Schmelz-Pegelsteuerer 48 verbindet. Die Ausgangsinformatiön-des Steuerers 46 steuert einen proportionalen, positiven Integral-Algorithmus, der zu einem eine, geschlossene Schleife bildenden Steuerer 52 gehört. Der Steuerer 52 ist ausgangsseitig mit dem Eingang der Vorrichtung 32 für die variierbare Geschwindigkeit des einen Zuführungsorgans der Grundmischung verbunden, wobei ein Tachometer einen .Rückkopplungskreis 54 zum Eingang des Steuerers 52 darstellt.

Der linke Fördersteuerer besteht aus einer ähnlichen Kombination, wo der Ausgang des Grundmischungs-Schwingsteuerers 44 mit dem Servosteuerer 56 verbunden ist und in prozentualer Änderung angewendet wird. Dies führt im Fulgeablauf des rechten Fördersteuerers für den linken Fördersteuerer zu einer Änderung der Geschwindigkeit beide* Steuerer in gleichem Verhältnis, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen. Der linke Verhältnissteuerer 58 folgt der Änderung eines Fördersignals desSTeuerers 56 mit dem Sollwert oder der Änderung des den Pegel der Schmelz zufolge der Zuführung beeinflussenden Organes 48, um dem linken Steuerer 60 ein Signal zu erteilen. Das resultierende Geschwindigkeitssignal in dem Steuerer 60 wird einem Ge-Bchwindigkeitsrücksignal des Antriebes 30 zugegeben in der Rückkopplung 62, um eine Servosteuerung der linken Fördergeechwindigkeit zu erreichen. -

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- 2& —

wie in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, wo andere variable, wie der ι Schmelzpegel und die Heizung unverändert sind, kann eine

den Zyklus der Fördergeschwindigkeiten zeigende Kurve in i
Beziehung gesetzt werden zu der Temperaturdifferenz zwischen der rechten und der linken Seitenwand, die ausgedrückt ist als Differenz des Signals der Temperatur der rechten Seitenwand und des Signals der Temperatur der linken Seitenwand. In der Praxis arbeitet ein Ofen mit merklich erhöhtem Wirkungsgrad, wenn die Förderer zwischen 7»35 und 2,9 U/min arbeiten, wie in Fig. 5 dargestellt ist. In einem solchen Ofen beträgt der Schwingzyklus ungefähr 40 Minuten, wobei die Ubertragungszeit zur Umwandlung der entsprechenden Förderraten lineari zwischen einem Maximum und einem Minimum vier Minuten beträgt, und wobei über em 16-Minuten-Intervall die maximale und minimale Förderrate für beide Förderer beibehalten wird.

Wie in der Kurve der Temperaturdifferenzen gemäß Fig. 6 gezeigt ist, werden zwei Schwellwerte verwendet, ein positives Differential +x und ein negatives Differential -at. I_n der Darstellung wird eine ausbalancierte Tempereturcharakterietik und einauebalancierter Schwingungeverlauf des Hohxnaterials gezeigt, da die Schwellwerte gleiche absolute Werte besitzen. Bei diesen Schwellwerten, die durch den Schnitt der Kurve der Temperaturdifferenzen mit den geraden Linien +x und -x parallel zur Zeitachse dargestellt sind, leitet der Grundmischungs-

-M.

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Schwingförderer 44eine Umkehr des G-eschwindigkeitsv erlauf es ein· Me Kurve des Temperaturverlauf es g"emäß Fig. 6 ist im allgemeinen sinusförmig; es besteht jedoch eine beträchtliche Zeitabweichung von der Mörderschwingung und eine Verfälschung der Kurve von der genauen Sinusform aufgrund der thermischen Nacheilung des Ofens. Die Temperatur wird:, sich auf diese Weise • hinter dem Punkt A für eine bestimmte Zeit erhöhen, nachdem . die Förderrate zur heißeren Seite, d.h. zur rechten Seite

bei einem positiven Temperaturdifierential ihr Maximum erreicht hat. Das maximale Differential B ist in der Kurve gemäß Mg. 6 vier Minuten nach der Umwandlung des Geachwindigkeitsverlaufes gezeigt. Danach ergibt sich eine graduelle-Fühlung bei erhöhter

j Geschwindigkeit, so daß das Null-Differential beim Punkt G nur zwei Minuten auftritt, bevor der entgegengesetzte Schwellwertpegel D erreicht ist, um den Geychwindigkeitsverlauf der Schwingung des Rohmaterial« umzukehren. Wiederum ergibt sich ein Überschuß und eins= Nacheilung, bis das Differential sein Maximum bei E erreicht und graduell seine ßückkehrgeschwindigkei zum Punkt F erhöht, und bis das entgegengesetzte Schwellwert-Signal bei A' einen neuen Zyklus einleitet.

Mit den Temperaturen der links- und rechtsseitigen Thermoelemente in der Zone 11, deren Signale zu Digitalsignalen für Rechenoperationen umgewandelt sind, ist es möglich, diese Signale mit durch Beobachtung der Schmelze und der Schwingung

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ermittelten empirischen Gewichtsfaktoren zu verwenden. Wesentlich ist es, einen Ausgleich der Schwingung zu erreichen mit

i
einem extremen Wert auf jeder Seite der Ofen-Längsachse. Dies sind die thermischen Kennlinien des Ofens oder seiner Umgebung. Wenn beispielsweise die linke Ofenwandung nahe an der Außenwand j eines den Ofen aufnehmenden Gebäudes liegt, und wenn die rechte Ofenwand benachbart zu einem anderen Ofen liegt, iat der iiitzeverlust an der linken Wandung größer, und es ist daher eine Kompensation der Signale der Thermoelemente erforderlich, wenn diese Signale gleiche liohmatetfial-Schwingungen darstellen. Das Temperatursignal der linken Wandung liegt hierbei 10% unter demjenigen der rechten Wandung, und es ist ein Ausgleich von 5# positiv bei dem linken Signal und 5$ negativ bei dem rechten Signal erforderlich.

Bei einem Ofen mit gleichen thermischen Bedingungen auf beiden Seiten der Schmelzzone 10 beträgt der Ausgleichsfaktor "eins¹¹, der eowohl für das linke als auch das r.echte Signal maßgebend ist.

Die gegebenenfalls ausgeglichenen Temperatursignale werden voneinander abgezogen, um ein Temperaturdifferential zu schaffen aus der rechtsseitigen Temperatur minus der linksseitigen Temperatur. Dieses Differential bildet das Eingangseignal des Grundmiachungs-Schwingsteuerers 44. Ein proportionaler positiver

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j integraler Algorithmus wird in dem.Steuerer 44 verwendet.

Der Steuerer 44 neigt dazu, ein prozentuales Signal als Ausgangssignal aufrechtzuerhalten während des konstanten Laufes der Fördervorrichtung bei respektiven maximalen und j minimalen Förderraten. Während der Umkehrungen des Greschwindigkeitsablaufes erfolgt eine periodische Bewertung der Ausgangsabweichung, während die Ausgangsinformation variiert wird, um die Umwandlung vom Minimum zum Maximum der einen Fördervorrichtung und vom Maximum zum Minimum der anderen Fördervor- '. richtung zu erreichen. Ein enger Abweichungsbereich von dem geraden Kurvenverlauf ist während dieser Umwandlung möglich, bis ein neuer Sollwert für Jede Charge festgestellt ist, der ein geändertes Signal jenseits des zulässigen Abweichungsbereiches anzeigt, ^eI dieser Selbstkorrektur wird das prozentuale Ausgangssignal entlang exner annähernd geraden Linie zwischen einer minimalen und einer maximalen Ausgangsinformation verschoben.

Das Ausgangssignal des Grundmischungs-Schwingsteuerere als Prozentwert liegt in Heine !mit der Sollwertinformation des Verhältnissteuerers der rechten Seite, während der Negativwert in leihe mit dem Sollwert des Verhältnissteuerers der linken Seite liegt, nachdem diese in dem Folgesteuerer 56 wertmäßig konvertiert worden ist, d.h. eine Vorzeichen-Umkehrung erfahren

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hatf eine lO^ige Erhöhung aus dem Steuerer 44 führt zu einer lO^igen Erhöhung des rechten Verhältnissteuerers 46 und zu einer 10j£igen Verminderung des linken Verhältniseteuerers 58. Umgekehrt führt eine Verringerung am Ausgang des Steuerers 44 zu einer gleichen Verringerung im Ausgang des Folgesteuerere 56, wodurch die Summe der Zuführungsraten der Fördervorrichtungen konstant bleibt.

Die Verhältnissteuerer sprechen sowohl auf die prozentualen Ausgangsinformationen des Spiegels der Schmelze und der Schwingsteuerung an ι um ein Steuersignal für den Geschwindigkeitsantriet zu erzeugen, das der Gesamtförderrate und den relativen Förderraten entspricht, die die Schwingsteuerung gewährleisten, der Steuerer 48 des Spiegels der Schmelze behält normalerweise eine relativ feste Einstellung auf eine bestimmte Förderrate bei, bis Verluste eintreten durch Abziehung aus dem Ofen· Wenn bier eine Änderung auftritt, wenn die Zahl der Öffnungen im Herd verändert wird, erfolgt eine Korrektur des Speigele der Schmelze durch einen proportionalen, integralen, derivativen Algorithmus. tis wird ein lineares Korrektursignal erzeugt mit periodischen Kontrollen zur Feststellung des Grades der Abweichung von dem idealen Korrekturmuster· Wenn die Abweichung die gesetzten Grenzejn überschreitet, erfolgt eine ßückeinstellung des Korrektursignals nittels Einstellung eines neuen Sollwertes, der das Pegelsigna] Ln den annehmbaren Bereich zurückbringt. Die Hückeinstellung

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des Sollwertes ist einer Zwangsläufigkeit der Änderungen der Förderrate unterworfen. Hierdurch wird die Tendenz zu einem Überschuß vermieden, der aus einer außerordentlich langsamen Rückeinstellung des Faktors des Schmelzspiegels erfolgen würde.

Das Ausgangssignal des Schmelzspiegelsteuerers 48 wird umgekehrt, so daß es die Schmelze innerhalb oberer und unterer Grenzen nahe einem optimalen Pegel hält. Sein Signal ist eine Messung, nach der sowohl der linke und auch der rechte Verhältnisateuerer 58, 46 arbeiten, wobei der Ausgang des Schmelzpegelsteuerers 48 den Sollwert der entsprechenden Rohmaterial-Fördersteuerer nachgeschaltet ist. Die entsprechenden Verhältnis steuerer verwenden jeder den Ausgang ihrer Grund- oder Folge-Schwingsteuer er in Reihe mit den"Sollwerten der Verhältnissteuerer, um eine proportionale negative Vorspannung auf den Ausgang der Variablen für einen positiven Sollwert und eine · positive Vorspannung auf den Ausgang für einen negativen Sollwert zu geben. Äl3 Ergebnis ist der Pegel der Schmelze kombiniert mit einem prozentualen Ausgangssignal, das durch das Temperaturintegral erzeugt wird, das einen Schwellwert-Pegel erreicht, um einen Verlauf der Antriebsgeschwindigkeit der Fördervorrichtung gemäß Fag. 5 zu erreichen. Bin solcher Verlauf führt zu einer Geschwindigkeitssteuerung durch übliche Rückkopplungssignale und durch geeignete Kompensation für Stabilität und die gewünschte Geschwindigkeit.

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AIs Ergebnis der Schwingbewegung des Rohmaterials entwickeln sicn thermische Gradienten a uf der Oberfläche der Schmelze, die zur Bildung von Konvektionsströmen in der Schmelze führen. Me hieraus sich ergebende Zirkulation des Rohrmaterials und der Schmelze verzögert das Beatreben des Rohmaterials, zur Lauterungszone und zum Herd zu strömen, bevor es in die Schmelze als homogener Beatandteile eingetreten iet.

Die Steuerung zur Durchführung der Umkehrung des Pörderungsverlaufen führt selbst zu weiteren Steuerfunktionen. Beispielsweise kann ein Zeitzyklus empirisch derart entwickelt werden, daß die Umkehr des Geschwindigkeitaverlaufes auf einer regulären Zeitbasis erfolgt. Diese Umkehr kann auch aufgrund einer thermischen und einer Zeitbasis erfolgen, nämlich durch In_ beZiehungsetzung der Zeit und der Temperatur derart, daß eine erste gegebene Temperaturdii'ierenz bei einem ersten gegebenen Zeitintervall folgend einer Umkehr der Förderraten eine umgekehrte Umleitung dieser Raten veranlaßt, während bei Nichterreichen jener ersten gegebenen Temperatur bei jener ersten Zeit die förderung aufrechterhalten wird, bis ein anderes, Zeit-Temperaturdifferential erzeugt wird oder eine bestimmte Zeitgrenze erreicht ist.

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Das Steuersystem kann auch in abgewandelter Ausführungsform verwendet werden, wobei die Vorteile der Querschwingung des, Rohmaterial-Stromes auch dujfch andere Abtastmittel als Thermoelemente erreicht werden kann, beispielsweise durch visuelle Beobachtung der Schmelze oder durch optische Pyrometermessungen. Das Verfahren und die Einrichtung sind dargestellt für die .herstellung von Glasj sie können jedoch auch zur Verarbeitung anderer anorganischer thermoplastischer Materialien verwendet werden. In Abhängigkeit von dem Lageverhalten des Rohmaterials kann die Schwingung des Rohmaterials auch durch andere Steuermechanismen oder auch von Hand erfolgen, um die relativen Förderraten zu ändern oder sogar neue Förderungen zuzuführen unter der Voraussetzung, daß die gesamte Eingaberate gesteuert wird.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Verarbeitung von anorganischen, thermoplastischen Materialien, bei du;) das Materia] als itohmauerial dem Jinde der üchmel«kammer eines Schmelzofens zugeführt und die üchmelzkaiomer zum Schmelzen des Rohmaterials beheizt wird, dadurch g e k e η η - j zeichnet , daß die tförderrichtung des !tonmaterial» in die Kammer hinein derart gesteuert wird, daß ein von der einen Kanunerseite zur anderen Kammerseite hin- und herschwingender gleichmäßiger Hohmaterial-Ütrom erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

i das .Rohmaterial in Porm einer Mischung von lein ver- I

teilten festen Bestandteilen der Schmelzkammer zugeführt wi rd.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung des liohmaterials in die Schinelzkammer aus wenigstens zwei im Abstand angeordneten ütellun der Kammer erfolgt, und dab mit der Steuerung der if'orderrichtung auch tune Steuerung der relativen Zuteiluiigsgeschwindigkej ten des Hohmutenrialo von den beiden ÜteJien erfolgt.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand angeordneten Förderstellen der Kanutte r beiderseits der Längs -Mi tt el achse der Schmelzkaminer angeordnet sind.

5, Verfahren nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Zuteilungsgeschwindigkeiten der Förderstellen zum Wechseln der Schwingungsrichtung des ilohmaterial-Stromes in entgegengesetztem Sinn geändert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuteilungsge.jchwiridigkeiten der Förderstellen gesteuert werden in Abhängigkeit von einer ersten Bedingung, beij der die Förderung der ersten Stelle mit hoher Zuteilungsgeschwindigkeit und die Förderung der zweiten Stelle mit niedriger G-eschwindigkeit erfolgt, von einer aeiten Bedingung, bei der die Förderung der ersten Stelle mit niedriger Zuteilungsgeachwindigkeit unu die Förderung der aeiten Steile mit hoher Zuteilungsgeüchwindigkeit erfolgt, und von dem ÜDergangsbedinguna,en bei denen die ZuteiLungsgeschwindigkeit en der ersten und zweiten Stelle gleichzeitig in entgegengesetztem Sinn geändert werden.

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7· Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadui'ch gekennzeichnet, daß beim Abzug von geschmolzenem Material aus der Kammer die Zuteilungageachwindigkei.t des Rohmaterials derart gesteuert wird, daß der Pegel des geschmolzenen Materials erhalten bleibt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel des geschmolzenen Materials Überwacht wird, und die Steuerung der Zuteilungsgeuchwindigkeit des Rohmaterials in Abhängigkeit von dem überwachten Pegel gesteuert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abzug von geschmolzenem Material aus der Schmelz kammer die Gesamtmenge des geförderten Rohmaterials zur Kammer derart gesteuert wird, daß der Pegel des geschmolzenen Materials erhalten bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Förders teilen des Rohmaterials gleiche Abstände von der Längs-Mittelachse der Schmelzkammer aufweisen, und daß die Förderrichtungen der beiden Mördersteilen gleiche spitze Winkel mit der Längsachse der iichnielzkammer biLden.

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11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, ■ daß die Richtungsänderung des ,Rohmaterial-Stromes erreicht wird durch gleichmäßige Änderungen'der Zuteilungsgeschwindigkeiten der beiden Förderstellen in entgegengesetztem Sinn, d.h. mit entgegengesetztem Vorzeichen·

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12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, ! daß die Temperaturen der beiden Kammerseiten am im

j . Abstand von der Kammerrückwand liegenden Stellen abge-

j tastet werden, und die Richtung des Rohmaterial-Stromes in Abhängigkeit Ton diesen Temperaturen gesteuert wird derart, daß der Rohmaterial-Strom der die höhere Temperatur aufweisenden Seitenwand zugelenkt wird.

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