DE3029944C2 - Elektrisch beheizter Glasvorherd - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrisch beheizte Glasvorherde oder Speiseröfen und betrifft insbesondere einen Vorherd- oder Speiserkanal, der Gruppen von Elektroden für jede der diskreten Temperaturzonen innerhalb des Ofens aufweist. ι⁵

Die Erfindung schafft insgesamt ein Regelsystem für einen solchen Vorherd, in welchem die dreiphasige Netzspannung an die Schaltungsanordnung angelegt wird und in welchem drei Zonen jeweils unabhängig voneinander durch Bezugnahme auf den elektrischen -° Leitwert und die Temperatur an den Auslaßenden jeder dieser Zonen geregelt werden, wodurch ein Grad an Vielseitigkeit geschaffen wird, der bislang bei elektrisch beheizten Vorherden im allgemeinen nicht zur Verfügung stand.

Gemäß der Erfindung sind wenigstens zwei Elektroden in der Mitte einer gleichen Anzahl von Zonen in dem Vorherd angeordnet und gemeinsame Elektroden zwischen den Zonen liegen auf einem gemeinsamen elektrischen Potential, wobei diese gemeinsamen w Elektroden zwischen den Mittenelektroden und weitere Elektroden an entgegengesetzten Enden des Vorherdes vorgesehen sind. Eine Regelschaltungsanordnung ist vorgesehen, um einphasigen elektrischen Wechselstrom bei veränderlichen Spannungen den Elektroden in jeder dieser Zonen aus einer herkömmlichen dreiphasigen Wechselstroniquelle einzuprägen. Transformatoren sind für jede dieser Zonen vorgesehen, wobei die Sekundärwicklungen dieser Transformatoren jeweils mit den in der Mitte jeder Zone angeordneten Elektroden un*' mit den gemeinsamen Elektroden, die an dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende jeder Zone vorgesehen sind, verbunden sind, so daß eine Parallelschaltung der Elektroden in jeder Zone vorhanden ist. Sirom fließt von der Mittenelektrode durch das schmelzflüssige Glas zu beiden gemeinsamen Elektroden in jeder Zone und durch di«. Sekundärwicklung des Transformators. Stromwandler sind der stromabwärtigen Schleife der Parallelschaltung zugeordnet, und eine Spannung wird an der Sekundär-Wicklung jedes Transformators abgefühlt, so daß ein Regler mn diesen Ausgangssignalen gespeist und ein Verhältnis I/" in dem RegL-r für den Vergleich mit einem voreingestellten Wert des Verhältnisses Strom -r Spannung berechnet werden kann, so daß ein einfacher Vergleichsschritt benutzt werden kann, um die Transformatorprimärwicklungen ein/ein für jede Zone gemäß den Ergebnissen dieses Vergleiches zu- oder abzuschalten. Eine Glasstanddetektorvorriihtung ist an dem stromaufwärtigen Ende des Vorherdes vorgesehen. und der Regler kann voreingestellt werden, um Änderungen in der Tiefe des Glases und die Auswirkung von solchen Änderungen auf den elektrischen -Wider' stand des Glases gegen den Durchfluß von Elektrizität ZU kompensieren.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung wird im folgenden Unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

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⁶⁵ Die einzige Figur der Zeichnung zeigt perspektivisch einen Vorherd- oder Speiserofenkannl und außerdem die Lage Jer verschiedenen Elektroden in den drei Zonen des Ofens.

In der Zeichnung fließt das Glas von links nach rechts, was durch den Pfeil angedeutet ist, und eine Quelle schmelzflüssigen Glases, wie beispielsweise eine Glaswanne oder ein Glasofen (nicht gezeigt), ist an dem stromaufwärtigen Ende des Kanals 10 vorgesehen, welcher in drei Regel- oder Heizzonen A. B und C zwischen dieser Quelle schmelzflüssigen Glases und einem Speiser an dem stromabwärtigen Ende unterteilt ist. Die Zonen innerhalb des Vorherdes werden vorzugsweise auf Temperaturen gehalten, die sich voneinander unterscheiden und ein Schirm 12 kann zwischen den Zonen A. B und C vorgesehen sein, um diese Differenz in der Temperatur für das durch den Kanal 19 fließende Glas 14 zu isolieren und aufrechtzuerhalten. Das Glas 14 wird in dem Kanal 10 vorzugsweise auf einer konstanten Tiefe gehalten, und diese Tiefe wird durch eine Platinsor- ^!e 16 überwacht, die so ausgebi'det ist. daß sie durch e>r? herkömmliche Regelschaltung vertikal bewegt werden kann, welche vorgesehen ist, um einen konstanten Glasstand aufrechtzuerhalten, der üblicherweise auch aufgezeichnet wird. Dieses System fühli periodisch die Höhe des Glases elektrisch ab. Solche Glasstanddetektorvorrichtungen sind bekannt und werden benutzt, um die Rohstoffmenge, wek he in die Gemengewanne oder den Gemengeofen stromaufwärts des Vorherdkanais 10 geleert wird, zu steuern. Der Stand des Glases 14 wird somit vorzugsweise auf einer vorbestimmten Höhe gehalten, aber jedwede Abweichung davon wird durch die Vorrichtung 18 erkannt und über eine Leitung 20 den verschiedenen Reglern Ca. Cb und Cc zugeführt, welche weiter unten beschrieben sind. Es sei angemerkt, daß die Glass.andsrückkopplungseingangssign;tle der Regler Ca. Cb und Cr, die ihnen über die Leitung 20 geliefert werden, mit Hilfe eines externen, manuell einstellbaren Potentiometers 22j, 22£> b/w. 22c für jeden Regler ein/ein verändert werden können. Auf diese Weis^ kann der Grad der Glasstandkompensation >n gewünschter Weise für jede Zone ausgewählt werden. Der Vorherdkanal wird durch längs des Kanals in gegenseitigem Abstand angeordnete Elektroden 23, 24, 25, 26, 27, 28 und 29 beheizt. Diese Elektroden erstrecken sich jeweils horizontal quer über den Kanal bis /u einem Punkt in der Nähe der gegenüberliegenden Seitenwand des Kanals 10. und das nahe Ende jeder Elektrode ist in der nahen Seitenwand des Kanals 10 so befestigt, daß Anschlußdrähte 23a—29<ί. die diesen Elektroden jeweils zugeordnet sind, mit der Regelschaltungsanorjnung zum Speisen dieser Elektroden und zum Erhitzen des Glases zwischen ihnen durch Stromwärmewiderstandserhitzung des Glases verbunden werden können Diese Elektroden si.ij in das schmelzflüssige Glas eingetaucht, und elektrischer Strom fließt von der Mittenelektrode in jeder Zone 24, 26 und 28 sowohl in stromaufwärtiger als auch in Stromabwärtiger Richtung zu vier übrigen »gemeinsa men« Elektroden 23, 25, 27 und 29. welch letztere auf einem gemeinsamen Potential gehalten werden und zur Systemisölierung geerdet sein können, wie es an der Stelle30inFig. I gezeigt ist.

Einphasenwechselstrom wird den Elektroden in jeder dieser Zonen A, B und CaUs den Sekundärwicklungen von drei Transformatoren Ta, Tb und Tc zugeführt. Die Transformatoren haben Primärwicklungen, die regelbar

und selektiv durch die Regler Ca. Cb bzw. Cc gespeist werden. Der Vorherd kann einzelne Kühlcinrichiungen in Form einer Gcblüscluftkühlung in seinem oberen Gebiet (nicht gezeigt) aufweisen, und die oben erwähnten Elektroden und deren zugeordnete Regelschaltungsanordnung sind vorgesehen, um dem Glas in dem Vorherdkanal Wärme zuzuführen, damit d>e elektrische Leitfähigkeit (der Kehrwert des elektrischen Widerstands) des Glases in jeder dieser Zonen auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Für schmelzflüssiges Glas ist es allgemein charakteristisch, daß sein Leitwert in direkter Beziehung zu seiner Temperatur und seiner Viskosität steht, mit dem Ergebnis, daß die Regelung des Leitwertes des Glases die Regelung seiner Temperatur und insbesondere die Regelung seiner Viskosität ermöglicht, sogar bei Nichtkompensation von zufälligen Zusammensetzungsänderungen.

Die Leitfähigkeit des schmelzflüssigen Glases wird für iede der Zonen A. B und C auf der gesamten stromabwärtigen Hälfte jeder Zone gemessen, und zwar durch ein Amperemeter A. welches aus einem Stromwandler gespeist wird, der den Elektroden 25, 27 und 29 an dem stromabwärtigen F.ndc jeder dieser Zonen zugeordnet ist. Die Spannung an der Sekundärwicklung von jedem der drei Transformatoren Ta. Tb und Tc wird durch ein Voltmeter gemessen, das gemäß der Darstellung in Fig. 1 angeschlossen ist. so daß sowohl der Strommeßwert als auch der Spannungsmeßwert den Reglern Ca. Cb bzw. Cc zugeführt werden kann, damit diese Ablesungen elektrisch dividiert werden können, um ein Augenblicksverhältnis (oder einen Augenblicksquotienten) von Strom zu Spannung zu berechnen, welches ein direktes Maß für den Augenblicksleitwert des schmelzflüssigen Glases in der stromabwärtigen Hälfte jeder der Zonen A. ßund Cist. Die Regler Ca. Cb und Cc haben Einrichtungen zum Voreinstellen eines Sollvcrhällnisses von Strom zu Spannung für jede dieser Zonen A. B und C. welches einer Sollglastemperatur entspricht. Die Regler Ca. Cb und Cc enthalten jeweils eine herkömmliche Thyristorzündschaltung und sind jeweils so ausgebildet, daß sie die Transformatoren Ta. Tb bzw. Tc in Abhängigkeit von dem Vergleich zu- oder abschalten, der zwischen diesem voreingestellten Verhältnis von Strom zu Spannung und dem elektrisch gewonnenen Istwert des Augenblicksquotienten aus Strom und Spannung vorgenommen wird, wie oben beschrieben.

Beispielsweise wurde beim Zuführen von Glas in einem Testkanal des oben beschriebenen Typs die Zone A auf einer Temperatur von 1204° C gehalten, indem der Regler Ca auf ein Verhältnis (I/V) von 1362 A/V (oder S) eingestellt wurde und indem eine Spannung (durch die Sekundärwicklung des Transformators Ta) an den Parallelschaltungen aus der stromaufwärtigen Elektrode 23 und der stromabwärtigen Elektrode 25 von 160 V eingeprägt wurde. In der Zone B wurde die Glastemperatur auf 1149° C gehalten, indem dieselbe Spannung von 160 V an der Sekundärwicklung des Transformators Tb benutzt wurde und indem das Verhältnis von Strom zu Spannung an dem Regler Cb auf 1303 S eingestellt wurde. Schließlich wurde die Zone neben dem Speiser selbst auf einer Temperatur von 1093° C gehalten, indem eine Spannung von 110 V an der Sekundärwicklung des Transformators Tc eingeprägt und ein Verhältnis von Strom zu Spannung von 1,613 S voreingestellt wurde. Für den Strom, der in der stromabwärtigen Schleife von jedem der den drei Zonen A, B bzw. C zugeordneten Elektrodenpaare gemessen wurde, ergaben sich an dem dem Regler O) zugeordneten Amperemeter A 197,5 A. an dem dem Regler Cb zugeordneten Amperemeter A 189 A und an dem dem Regler Cc zugeordneten Amperemeter A 159 A. Somit wurde die dreiphasige Netzspannung aus der Quelle 32. die an jeden der Regler Ca, Cb und Cc in der gezeigten Weise angelegt wurde, durch die Transformatoren Ta, Tb und Tc in ungleiche Teile unterteilt.

Es ist ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, daß die eingeprägte »Ganz Ein«*Spannung an der Sekundärwicklung Von jedem dieser transformatoren zwischen ungefähr 160 V und einem beträchtlich niedrigeren Wert in dem Bereich zwischen 80 V. und sogar niedriger an der Sekundärwicklung des Transformators 7c(55 V bis 110 V), verändert werden kann. Das wird durch die gezeigten veränderlichen Spannungsab griffe erreicht. Die unteren Abgriffe werden benutzt, um einen großen Prozentsatz an Thyristorsperrzeit und damit einen niedrigen Leistungsfaktor zu vermeiden.

l.s sei außerdem angemerki. daß der Glasstand sr, dem stromaufwärtigen Ende des Vorherdkanals während des oben beschriebenen Experiments auf ungefähr 152.40 mm gehalten wurde. Ein konstanter Glasstand muß innerhalb von ungefähr ±0.51 mm aufrechterhalten werden, wozu der oben erwähnte, im Handel erhältliche Glasstandsregler gewöhnlich in der Lage ist. Aus Darstellungsgründen sei jedoch angegeben, wie eine Änderung im Glasstand die Leitfähigkeit beeinflussen kann, wenn der Glasstand um 1,02 mm fällt, beispielsweise aufgrund von Ofenbeschickungsproblemen. Der elektrisch bestimmte Leitwert von 2,33 S wird dann auf einen soichcn Abfall un Glasstand und im Wegquerschnitt hin um ungefähr 0.015VoIt pro Ampere abfallen, was typischerweise eine Temperaturänderung von 2.78° C (5° F) darstellt. Die Eingangspotentiometer 22a. 226 und 22c die von der Glasstanddetektorvorrichtungsleitung 20 zu den Reglern Ca, Cb bzw. Cc führen, sind vorgesehen, um diesen scheinbaren Temperaturabfall (oder -anstieg) zu beseitigen und diese Regler in die Lage zu versetzen, trotz geringfügiger Änderungen in dem Glasstand innerhalb des Vorherdkanals richtig zu arbeiten. Die tatsächlichen Einstellungen, die benutzt werden, werden für eine besondere Anlage am besten empirisch bestimmt.

Es sei ferner angemerkt, daß die Elektroden innerhalb einer besonderen Zone gleichen gegenseitigen Abstand haben können, aber daß Elektroden in der benachbarten Zone gewöhnlich einen anderen gegenseitigen Abstand haben, und weiter, daß der tatsächliche Abstand zwischen den Elektroden selbst innerhalb einer besonderen Zone des Vorherdofens nicht immer derselbe zu sein braucht. In dem oben angegtuenen Beispiel betrug zwischen der Elektrode 24 und ihren zugeordneten gemeinsamen Elektroden 23 und 25 der Abstand 1117,60 mm. In der Zone B betrug der Abstand zwischen der Mittenelektrode 26 und ihren gemeinsamen Elektroden 25 und 27 jedoch 1016,00 mm. In derselben Anlage befand sich jedoch die Mittenelektrode 28 in der Zone C nicht in der Mitte zwischen ihren gemeinsamen Elektroden 27 und 29, sondern war um eine Strecke von 711,20 mm von der stromaufwärtigen Elektrode 27 und um eine Strecke von 660,40 mm von der stromabwärtigen Elektrode 29 entfernt, um ihre kürzere Länge zu gestatten. Es zeigte sich, daß diese Konfiguration innerhalb der Betriebsmöglichkeiten der oben beschriebenen Regler lag, und es sei angemerkt, daß der spezifische Abstand zwischen den Mittenelektroden 24,26 und 28 nicht notwendigerweise sowohl in

der stromaufwärtigen als auch in der slromabwärtigen Richtung, gemessen zu den betreffenden gemeinsamen Elektroden in den diesen Mittenelektroden zugeordneten Parallelzweigsrhaltungen, derselbe zu sein braucht. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die oben beschriebene Elektrodenregelschaltungsanördnung ein vielseitiges System zum elektrischen Erhitzen schmelzflüssigef Glases in einem Vorherdofen mit mehreren diskreten Sollternpefatufzonen bildet Nur Wechselspannung und Wechselstrom werden den Elektroden in dem Glas zugeführt, weil die Transformatoren Ta, Tb und Tc als Trenntransformatoren dienen, um jedwede störenden Gleichspannungen zu unterdrücken, die sich aus Steuerungsungenauigkeiten der Thyristofregler Ca, Cb und Cc ergeben. Dadurch wird eine Gleichstromelektrolyse in dem Glas und jede dadurch verursachte Beschädigung der Elektroden verhindert. Die Verwendung eines herkömmlichen Reglers der Thyristorbauart

und der einfache elektronische Berechnungsschritt (Strom ~ Spannung) und der Vergleichsschfitt (Vergleich des voreingestellten Verhältnisses mit dem berechneten Quotienten) stellen einen beträchtlichen Schritt vorwärts bei der Regelung von Vofherden für

ίο schmelzflüssiges Glas dar. Das Glasstandsregelungsfückkopplungsmerkmal ist in Vorherdöfen besonders nützlich, um diesen Typ Von Änderung des Glasleitwertes zu kompensieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

230237/480

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrisch heheizter Glasvorherd, in welchem geschmolzenes Glas aus einer Gemengewanne durch einen Kanal zu einem Speiserbecken fließt, wo das Glas abgegeben wird, gekennzeichnet durch wenigstens drei Elektroden (24, 26, 28), die jeweils in der Mitte der ersten, der zweiten und der dritten Zone (A, B. C) in dem Vorherd, die auf diskreten Glastemperaturen zu halten sind, angeordnet sind, durch wenigstens vier gemeinsame Elektroden (23, 25, 27, 29) auf einem gemeinsamen elektrischen Potential, wobei zwei der vier gemeinsamen Elektroden zwischen den drei Elektroden (24, 26, 28) und die anderen beiden gemeinsamen Elektroden (23, 29) mit Abstand stromaufwärts und stromabwärts von der ersten bzw. dritten Elektrode (24, 28) angeordnet sind, durch eine Regelschallungsanordnung zum Versorgen der drei Elektroden mit einphasigem Wechselstrom bei Potentialen, die sich in Bx. tug aufeinander verändern, aus einer dreiphasigen Ncizwcchselstromqueüe (32), wnhei die Steuerschaitungsanordnung Transformatoren (Ta. Tb. Tc) für jede der drei Elektroden (24, 26, 28) enthalt, von denen jeder Transformator eine Sekundärwicklung hat, die zu einer der drei Elektroden in Reihe geschähet und zu zwei der gemeinsamen Elektroden parallel geschaltet ist, so daß Strom von einer der drei Elektroden durch das schmelzflüssige Glas (14) zu zwei der gemeinsamen Elektroden und durch die Sekundärwicklung fließen kann, und \ ibei jeder Transformator eine Primärwicklung hat. die durch eine der drei Phasen der Net/wechselstromquelle gespeist wird, wobei die Rcgelschaltungsanordnun^ weiter wenigstens drei Stromabfühlcinrichtungen (A) enthält, die /u dem Elektrodenparallelschaltungsstrom in Beziehung stehende Ausgangssignale liefern, wobei die Regelschaltungsanordnung außerdem wenigstens drei Potentialmeßeinrichtungen (V) enthält, die Aus- <o gangssignale liefern, welche /u der Sekundärwicklungsspannung proportional sind, und wobei die Regelschaltungsanordnung Regler (Ca. Cb. Cc) enthalt, welche Hinrichtungen /um Voreinstellen eines gewünschten Verhältnisses von Elektrodenstrom /u Sekundärwicklungsspannung für jede Sekundärwicklung und Einrichtungen /um Vergleichen des Istqiiotienten aus dem Ausgangssignalstrom für jede der drei Parallelschaltungen und der entsprechenden Sekundärwicklungsspannung mit dem voreingestellten Verhältnis aufweisen, wobei die Regler jede der drei Transformatorprimärwicklungen in jeder Wechselstromperiode ein/ein /u oder abschalten, wenn der Vergleich /eigt. daß der IstqiKitient kleiner oder großer als das voreingestellte Verhältnis für jede Vorherd/one ist.

2 Vorherd nach Anspruch I. dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden gemeinsamen Elektroden (25, 27) /wischen den drei Elektroden (24,26,28).die in dei Mine der drei diskreten Vorherd/onen (A. B. C) angeordnet smd. sich an den (iren/en der Zonen befinden, und daß die Stromabfühlelnrichtung (A)für jede Sekundärwicklung insbesondere eitlen Stronv wandler aufweist, der den Strörrifluß in dem strorriabwärtigen Ende nur einer zugeordneten Zone zwischen der Millenelektrode für eine der Zonen und der gemeinsamen Elektrode an dem stromab-Wäftigen Ende dieser Zöiie mißt.

3. Vorherd nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen von jedem der drei Transformatoren (Ta. Tb, Tc) einen veränderlichen Spannungsabgriff aufweisen, um das Verändern der Spannung an den Elektroden in jeder Zone (A, B, C) des Vorherdes unabhängig voneinander zu gestatten.

4. Vorherd nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Glasstancdetektorvorrichtung (18), die in der Lage ist, ein Eingangssignal an die Regler (Ca, Cb, Cc) abzugeben, welches in Beziehung zu Zunahmen oder Abnahmen des Glasstandes (14) von einem vorbestimmten oder Betriebswert stehen, aufgrund dessen die voreingestellten Verhältnisse von Strom zu Spannung berechnet werden, und durch den Reglern zugeordnete Einrichtungen (22a, 226,22c) zum Verstellen der gemessenen Verhältnisse nach unten bei einer Zunahme im festgestellten Glasstand und nach oben bei einer Abnahme im festgestellten Glasstand von dem vorbestimmten Glasstand.

5. Elektrisch beheizter Glasvorherd, in welchem geschmolzenes Glas aus einer Gemengewanne durch einen Kanal zu einem Speiserbecken fließt, wo das Glas abgegeben wird, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Elektroden (24, 26), die in der Mitte von zwei benachbarten Zonen (A. B) in dem Vorherd, welch3 auf diskreten Glastemperaturen zu halten sind, angeordnet sind, durch wenigstens drei gemeinsame Elektroden auf einem gemeinsamen elektrischen Potential, wobei eine der gemeinsamen Elektroden zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. während die anderen gemeinsamen Elektroden mit Abstand stromaufwärts bzw. stromabwärts von den mittig angeordneten Elektroden angeordnet sind, durch eine Regelschaltungsanordnung zum Liefern eines elektrischen Wechselstromes zu den mittig angeordneten Elektroden bei Potentialen, die sich in Bezug aufeinander ändern können, aus einer mehrphasige 1 Netzwechselstromquelle (32), wobei die Regelschaltungsanordnung Transformatoren (Ta. Tb) iür jede der mittig angeordneten Elektroden enthält, von denen jeder eine Sekundärwicklung hat, die durch eine der mittig angeordneten Elektroden und in Parallelschaltung zu zwei der gemeinsamen Elektroden gespeist wird, so daß Strom von einer der mittig angeordneten Elektroden durch das schmelzflussige Glas zu zwei der gemeinsamen Elektroden und durch die Sekundärwicklung fließen kann, und eine Primärwicklung, die durch eine der drei Phasen der Netzwechselstromquelle gespeist u<ird. wobei die Regelschaltungsanordnung weiter wenigstens zwei Stromabfühleinnchtungen (A) enthalt, die Ausgangssignale liefern, welche in Beziehung /u dem Elektrodenparallelschaltungsstrom stehen, wobei die Regelschaltungsanordnung außerdem wenig stens zwei Potentialmeßeinrichtungen (\) enthalt, die Ausgangssignale liefern, welche /u der Sekun därwicklungsspannung proportional sind, und wobei die Regelschaltungsanordnung Regler (Ca. Cb) enthält, die Einrichtungen aufweisen zum Voreinstel· leri eines Soilverhältnisses von Elektrodenstrom zu Sekundärwicklufigsspännung für jede Sekundärwicklung und Einrichtungen zum Vergleichen des IstqUofienten aus dem Ausgangssignalstrom für jede der beiden Parallelschaltungen und der entsprechen* den Sekundärwicklungsspannung mit dem voreinge-

stellten Verhältnis, wobei die Regler die Transformatorprimärwicklungen in jeder Wechselstromperiode jeweils einzeln zu- oder abschalten, wenn der Vergleich zeigt, daß der Istquotient kleiner oder größer als das voreingestellte Verhältnis für jede Vorherdzone ist.