DE3872369T2

DE3872369T2 - Ausgleichregler fuer spinnduesen.

Info

Publication number: DE3872369T2
Application number: DE8888904837T
Authority: DE
Inventors: Franklin Day; Jayprasad Desai; Camillo Varrasso
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1988-05-06
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2008-05-07
Also published as: EP0323486B1; DE3872369D1; JPH02500835A; FI890865A; CA1289646C; CN1031991A; US4780120A; KR890702103A; KR0127147B1; CN1018539B; FI96454C; EP0323486A1; FI96454B; AU593504B2; WO1989000309A1; AU1798788A; FI890865A0; JPH0822758B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Temperatur an jedem Abschnitt einer eine Vielzahl von Abschnitten enthaltenden, Glasfasern produzierenden Düsenanordnung. Spezieller bezieht sich diese Erfindung auf eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur eines jeden Abschnitts einer N Abschnitte enthaltenden Glasfaser erzeugenden Düsenanordnung, die in Kombination N Mittel zum Erfassen der Temperatur an jedem Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung und weiterhin N Mittel zum Erzeugen eines entsprechenden Temperatursteuerungssignals für jeden Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung aufweist.

Technologischer Hintergrund

Ein Verfahren zum Erzeugen von Glasfasern besteht darin, daß man geschmolzenes Glas Öffnungen in einer aus Edelmetall bestehenden Düsenanordnung passieren läßt und die dabei entstehenden schmelzflüssigen Glasströme zu Fasern verdünnt bzw. auszieht. Die metallische Düsenanordnung gehört zu einem Behälter der mit geschmolzenem Glas gefüllt ist. Der Boden dieses Behälters weist eine Mehrzahl von Öffnungen bzw. Düsen auf, durch die das geschmolzene Glas durch mechanische Mittel hindurchgezogen wird. Es ist vorteilhaft, die Düsenanordnung auf eine gleichbleibende Temperatur zu erhitzen, um die Erzeugung von gleichförmigen Glasfasern zu erleichtern und sicherzustellen. Eine bevorzugte Methode zum Erhitzen der Düsenanordnung besteht darin, daß man durch letztere einen starken elektrischen Strom hindurchleitet.
Der Durchmesser der erzeugten Glasfasern hängt von der Zusammensetzung des Glases, der Temperatur des Glases, der Temperatur der Düsenanordnung, den die Kühlrate der geschmolzenen Glasfasern beeinflussenden thermischen Bedingungen unterhalb der Düsenanordnung und auch von der durch das mechanische Ausziehen bedingten Spannung in den Glasfasern ab. Ziel dieses Verfahrens ist es, eine Vielzahl von Glasfasern von gleichem Durchmesser und als Folge davon auch von gleichförmigen Pakkungsgewichten zu erzeugen. Herkömmlicherweise werden Düsenanordnungen verwendet, die eine Vielzahl von Düsenabschnitten aufweisen, wobei sich herausgestellt hat, daß die Aufrechterhaltung einer konstanten und gleichmäßigen Temperatur quer über jeden Abschnitt einer solchen Düsenanordnung von besonderer Bedeutung für die Erzeugung gleichmäßiger Glasfaserdurchmesser ist.
Verschiedene Methoden sind bereits zum Steuern des Erwärmens der individuellen Abschnitte einer eine Vielzahl solcher Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung vorgeschlagen worden, damit jeder Abschnitt beständig bei einer gleichen gemeinsamen Temperatur arbeiten kann. Z.B. wird in dem am 14.04.1987 erteilten US-Patent 46 57 572 ein Temperaturausgleich in einer eine Vielzahl von Abschnitten enthaltenden Düsenanordnung dadurch vorgenommen, daß man den Stromfluß aus einem Abschnitt der Düsenanordnung ablenkt, der bei einer oberhalb des Sollwerts liegenden Temperatur arbeitet, um auf diese Weise die Sollwert-Temperatur herbeizuführen und aufrechtzuerhalten. In diesem System wird die Temperatur der individuellen Düsenanordnungsabschnitte dadurch ermittelt, daß man den Widerstandswechsel der Düsenanordnungsabschnitte feststellt und daraus die Temperatur und die Temperaturabweichung von dem Sollwert berechnet.
Im US-Patent 45 11 791 wird die Temperaturermittlung der einzelnen Düsenanordnungsabschnitte auch dadurch bewirkt, daß man die Widerstandsänderungen der Düsenabschnitte ermittelt. Jedoch sind dabei keine Mittel vorhanden, die die Anwendung von Wärme in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur steuern, da die Einstellung vielmehr nur von Hand vorzunehmen ist.
Weitere Mittel zum Erfassen der Temperatur sind im US-Patent 45 94 087 offenbart. Hiernach wird eine Mehrzahl von Thermoelementen an verschiedenen Stellen längs einer Düsenanordnung angebracht und auf diese Weise eine Durchschnittstemperatur angezeigt. Ein Paar von thyristorgesteuerten Zweigströmen fließt durch jede Hälfte der Düsenanordnung, um die gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten.
Das US-Patent 40 24 336 offenbart eine zweigeteilte Düsensteuerung, die dem vorerwähnten Gerät ähnlich ist. Dabei werden zwei Temperaturerfassungskomponenten verwendet. Die erste treibt ein erstes Steuergerät an, das den Versorgungsstrom zur gesamten Düsenanordnung steuert, während der zweite Temperaturfühler und ein zweites Steuergerät den Relativstrom zu den beiden Düsenanordnungsabschnitten steuern, und zwar durch ein Paar ganzwellig arbeitender, variabler Impedanz-Einrichtungen, die im Nebenschluß zu den Düsenanordnungshälften liegen.
Im US-Patent 45 46 485 ist eine Mehrzahl von Thermoelementen längs einer Düsenanordnung vorgesehen, die eine Durchschnittstemperatur ermitteln, die zur Steuerung und Aufrechterhaltung des Stromflusses und dadurch auch der Temperatur der Düsenanordnung dient. Eine von Hand verstellbare, variable Impedanz-Einrichtung kann so eingestellt werden, daß sie die relativen Temperaturen der Hälften der Düsenanordnung steuert, um einen gleichen Durchsatz herbeizuführen und diesen aufrechtzuerhalten.
Besondere Aufmerksamkeit sollte bei Glasfasern erzeugenden Düsenanordnungen und deren Temperatur-Steuereinrichtungen der Auswahl der Temperaturerfassungsmittel geschenkt werden. Dafür haben sich die Anwendung von Thermoelementen, Infrarot- und anderen kontaktfreien Temperatur- und Widerstandsmeßgeräten als nützlich erwiesen.
Jedes der vorerwähnten Temperaturmeßmittel hat seine Vor- und Nachteile. Zum Beispiel liefert die Thermoelemente-Technologie äußerst exakte Temperaturmessungen. Jedoch bei den Arbeitstemperaturen einer Glasfasern erzeugenden Düsenanordnung, und das heißt bei 1.371,1ºC (2.500ºF), haben Thermoelemente nur eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer. Weiterhin messen Sie die Temperatur nur an einer bestimmten Stelle und da sie im allgemeinen an der Außenseite der Düsenanordnung angebracht sind, besteht immer eine gewisse zeitliche Verzögerung zwischen einem Wechsel der Temperatur des geschmolzenen Glases und einem Wechsel der Temperatur der Düsenanordnung und dem Erfassen derselben durch das Thermoelement. Infrarot-Temperaturmessungen sind auch sehr exakt, werden jedoch durch die Gegenwart von ausströmenden Dämpfen des geschmolzenen Glases und die gedrängten Bedingungen unterhalb der Düsenanordnung, bedingt durch Seitenabschirmungen und andere Temperatur-Steuerungseinrichtungen, beeinträchtigt.
Die Temperaturerfassung und -steuerung durch Widerstandsmessung entspricht der in Rede stehenden Anwendung wohl noch am besten, ist aber auch nicht ohne Behinderung durchzuführen. Wenn z.B. das Steuerungssystem den Widerstand der Düsenanordnung ermittelt während Strom hindurchfließt, ist das Steuerungssystem empfindlich für Rauschen in der Stromzuleitung und andere örtlich hervorgerufene Beeinträchtigungen. Weiterhin müssen, sofern das Steuerungssystem den Stromfluß durch Teile der gesamten Düsenanordnung reguliert, Schritte unternommen werden, um zu verhindern, daß der eingespeiste Strom dabei mit dem zu ermittelnden Widerstand interferiert.
Es versteht sich aus der vorerwähnten Beschreibung und Erörterung des bekannten Standes der Technik, daß Verbesserungen in der Art der Temperatursteuerung einer viele Abschnitte enthaltenden, Glasfasern erzeugenden Spinndüsenanordnung nicht nur wünschenswert sondern auch möglich sind.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum Steuern der Temperatur jeden Abschnitts einer N Abschnitte enthaltenden, Glasfasern erzeugenden Düsenanordnung dadurch gekennzeichnet, daß sie N Stromversorgungsgeräte zur Strombelieferung der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung aufweist, von denen eines die Stromversorgung aller N Abschnitte in Abhängigkeit von einem der erwähnten Temperatur-Steuerungssignale bewirkt, und wobei weiterhin N-1 der erwähnten N Stromversorgungsgeräte die entsprechenden N-1 Abschnitte der Düsenanordnung mit Strom in Abhängigkeit von den N-1 entsprechenden Temperatur-Steuerungssignalen beliefern.
In einem System mit N Düsenabschnitten und daran angebrachten N Thermoelementen sorgen N-1 Thermoelemente-Steuerungen und Stromlieferungsgeräte dafür, daß die N-1 Abschnitte mit Strom beliefert werden, während das Nte Thermoelement, sein Steuergerät und Stromversorgungsgerät die Anwendung elektrischer Energie und damit die Temperatur der gesamten N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung steuern, wodurch wirksam auch die Temperatur des Nten Abschnitts der Düsenanordnung gesteuert wird.
Techniken der Widerstands-(Spannungsabfall-)Messung können in ähnlicher Weise zur Steuerung der Temperatur von N individuellen Abschnitten einer eine Vielzahl solcher Abschnitte aufweisenden Spinndüsenanordnung verwendet werden, nämlich durch Erfassen des Spannungsabfalls an jedem der N Abschnitte und Steuerung der Stromeinspeisung in jeden von N-1 Abschnitten gemäß einer ermittelten Abweichung vom Sollwert und durch Ermitteln des Spannungsabfalls am Nten Abschnitt und Steuerung der Anwendung elektrischer Energie zur gesamten Düsenanordnung mit N Abschnitten gemäß einer ermittelten Abweichung vom Sollwert, wodurch wirksam auch die Temperatur des Nten Abschnitts der Düsenordnung gesteuert werden kann. Bei dieser Anordnung wird während abwechselnder Stromversorgungszyklen Strom in die N-1 Abschnitte eingespeist und der Spannungsabfall ermittelt, um ein exaktes Ermitteln und geeignetes Steuern sicherzustellen.
So ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Ausgleichsteuerung für eine Spinndüsenanordnung, um die Temperatur jedes ihrer individuellen Abschnitte ordnungsgemäß steuern zu können.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Mittel zum Erfassen der Temperatur der individuellen Abschnitte einer eine Vielzahl solcher Abschnitte aufweisenden, Glasfasern erzeugenden Düsenanordnung zu schaffen und ergänzende elektrische Energie in alle Abschnitte, mit Ausnahme eines einzelnen, der Düsenanordnung einzuspeisen, um die Temperatur jedes Abschnitts der Düsenanordnung auf einem gewünschten Sollwert einregeln zu können.
Es ist auch noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung für eine eine Vielzahl von Abschnitten aufweisende, Glasfasern erzeugende Düsenanordnung zu schaffen, die die Temperatur von N Abschnitten der Düsenanordnung ermittelt und die Einspeisung elektrischer Energie in N-1 Abschnitte und den Durchfluß der elektrischen Energie durch alle N Abschnitte steuert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig.1 ist ein Schaltbild einer eine mit einer Vielzahl von Abschnitten versehene Spinndüsenanordnung steuernden Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei als Temperaturerfassungsmittel Thermoelemente dienen;
Fig.2 ist ein Schaltbild einer eine mit einer Vielzahl von Abschnitten versehene, Glasfasern erzeugende Düsenanordnung steuernden Einrichtung, die zur Temperaturregelung eine Widerstands-(Spannungsabfall-)Meßtechnik verwendet;
Fig.3 ist ein Schaltdiagramm, das die elektrischen Charakteristika einer eine Vielzahl von Abschnitten aufweisenden, Glasfasern erzeugenden Spinndüsenanordnung wiedergibt, und
Fig.4 ist ein Schaltschema einer Steuerungseinrichtung für einer eine Vielzahl von Abschnitten enthaltenden, Glasfasern erzeugenden Spinndüsenanordnung, bei der zur Temperatursteuerung eine Widerstands-(Spannungsabfall-)Technik und abwechselndes Messen und Stromeinspeisen zur Anwendung gelangen.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung

In Fig.1 ist ein System zur Steuerung der Temperatur einer eine Vielzahl von Abschnitten aufweisenden Spinndüsenanordnung durch Stromeinspeisung und Verwendung von Thermoelementen zur Temperaturerfassung dargestellt, wobei das System generell mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Dieses System 10 umfaßt eine Mineral- oder Glasfasern erzeugende Spinndüsenanordnung 12, die in drei Abschnitte unterteilt ist, nämlich einen ersten oder linken Abschnitt 14, einen zweiten oder mittleren Abschnitt 16 und einen dritten oder rechten Abschnitt 18. Es versteht sich, daß die Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer drei Abschnitte enthaltenden Spinndüsenanordnung nur ihrer bildlichen beispielhaften Erläuterung dient. Die tatsächliche Zahl von Abschnitten in einer eine Vielzahl solcher Abschnitte enthaltenden Spinndüsenanordnung, die mit der vorliegenden Erfindung ausgerüstet werden kann, kann also auch mehr oder weniger als drei betragen.
Elektrische Stromenergie wird durch die gesamte eine Mehrzahl von Abschnitten enthaltende Spinndüsenanordnung 12 über die Leitungen 20 und 22 geleitet, die an die gegenüberliegenden Enden der Spinndüsenanordnung 12 angeschlossen sind und die mit der Sekundärwicklung eines ersten Stromtransformators 24 verbunden sind. Die Primärwicklung des ersten Transformators 24 wird durch ein erstes Stromversorgungsgerät 26 mit Strom versorgt. Das erste Stromversorgungsgerät 26 ist typischerweise eine transistorbestückte Steuereinrichtung, die an das Stromleitungsnetz 28 angeschlossen ist und über die Steuerleitung 30 ein Steuersignal empfängt. Das erste Stromversorgungsgerät 26 wird bezüglich der Größe seiner Stromlieferung an den ersten Transformator 24 in Abhängigkeit von dem ihm in der Steuerleitung 30 übermittelten Steuersignal gesteuert.
Das Steuersignal in der Steuerleitung 30 wird in einem ersten Prozeßsteuergerät 32 erzeugt, das ein Spannungssignal über eine Leitung 34 aus einem ersten Thermoelement 36 empfängt, das im mittleren Abschnitt 16 der aus einer Vielzahl solcher Abschnitte bestehenden Spinndüsenanordnung 12 angebracht ist. Das erste Prozeßsteuergerät 32 kann gleich oder ähnlich den Modelreglern 6810 oder 6403 der Firma Electronic Control Systems in Fairmont, West Virginia, oder dem Regelgerät der Firma Leeds und Northrup Emax V sein. Es ist zu bemerken, daß obwohl das erste Thermoelement 36 nur die Temperatur des mittleren Abschnitts 16 der eine Vielzahl solcher Abschnitte aufweisenden Spinndüsenanordnung 12 ermittelt, es Daten in Form von Spannungssignalen liefert, die letztenendes die Stromversorgung der gesamten Spinndüsenanordnung 12 steuern. Daher kann das erste Stromversorgungsgerät 26 typischerweise eine Leistungsfähigkeit zwischen etwa 10 und 35 Kilowatt besitzen.
Ein zweites Thermoelement 46 liefert ein Steuersignal über eine Leitung 48 an ein zweites Prozeßsteuergerät 50, das vorzugsweise von identischer Beschaffenheit wie das erste Prozeßsteuergerät 32 ist. Der Ausgang dieses zweiten Prozeßsteuergeräts 50 ist an die zu einem zweiten Stromversorgungsgerät 54 führende Leitung 52 angeschlossen. Dieses zweite Stromversorgungsgerät 54 kann gleich oder ähnlich dem Electronic Control Systems Model 7702 beschaffen sein und vorzugsweise eine Stromleistungsfähigkeit von etwa 30 Ampere besitzen, die der Primärwicklung eines Abwärtstransformators zugeführt wird, der einen Sekundärstrom von etwa 100 Ampere liefert. Das zweite Stromversorgungsgerät 54 steuert die Einspeisung elektrischer Energie aus den Leitungen 28 in die Primärwicklung des zweiten Transformators 56. Der Ausgang der Sekundärwicklung des zweiten Transformators 56 ist über die Leitungen 60 und 62 mit den entgegengesetzten Enden des ersten Abschnitts 14 der eine Vielzahl von Abschnitten aufweisenden Spinndüsenanordnung 12 verbunden.
Eine ähnliche Anordnung ermittelt die Temperatur und steuert die Stromversorgung zum dritten Abschnitt 18 der Spinndüsenanordnung 12. Sie umfaßt ein drittes Thermoelement 66, das die Temperatur im dritten Düsenabschnitt 18 ermittelt und ein Spannungssignal in der Leitung 68 erzeugt, das dem dritten Prozeßsteuergerät 70 zugeleitet wird. Dieses ist vorzugsweise identisch mit den Prozeßsteuergeräten 32 und 50. Der Ausgang des dritten Prozeßsteuergeräts 70 ist über die Leitung 72 mit einem dritten Stromversorgungsgerät 74 verbunden, das die Stromlieferung zur Primärwicklung eines dritten Transformators 76 bewirkt, der über seine Sekundärwicklung und die Leitungen 80 und 82 mit den gegenüberliegenden Enden des dritten Düsenabschnitts 18 verbunden ist. Das dritte Stromversorgungsgerät 74 ist vorzugsweise identisch mit dem zweiten Stromversorgungsgerät 54.
Die gerade beschriebenen Bestandteile, die mit dem ersten Spinndüsenabschnitt 14 und jene die mit dem dritten Spinndüsenabschnitt 18 verbunden sind, bilden einen geschlossenen Regelkreis, der einen entsprechenden Strom in den entsprechenden Düsenabschnitt in Abhängigkeit von dessen Temperaturabweichung vom Sollwert einspeist. Andererseits sorgen die früher erwähnten Bestandteile (das erste Stromversorgungsgerät 26, das erste Prozeßsteuergerät 32, das Thermoelement 36 und der zugehörige Stromkreis), für die Steuerung des Stromflußes durch die gesamte aus einer Vielzahl von Abschnitten bestehende Spinndüsenanordnung 12.
In den Fig. 2,3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer für eine aus einer Vielzahl von Abschnitten bestehende Spinndüsenanordnung bestimmten Temperatursteuerung dargestellt und darin generell mit dem Bezugszeichen 100 versehen. Dieses System 100 verwendet mehrere gleiche Bestandteile, besonders elektrische Stromsteuerungs-Bestandteile, wie sie beim ersten in Fig.1 dargestellten System 10 verwendet werden und in Verbindung mit einer identischen oder ähnlichen Spinndüsenanordnung zusammenarbeiten. Das System 100 umfaßt eine Mineral- oder Glasfasern erzeugende, mehrere Stationen umfassende Spinndüsenanordnung 12, die in drei Abschnitte unterteilt ist: Einen ersten oder linken Abschnitt 14, einen zweiten oder mittleren Abschnitt 16 und einen dritten oder rechten Abschnitt 18. Wiederum versteht es sich, daß die Darstellung und Beschreibung dieser Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer drei Abschnitte aufweisenden Spinndüsenanordnung nur beispielhaft ist und daß die Erfindung auch bei solchen Spinndüsenanordnungen zu verwenden ist, die mehr oder weniger solcher Abschnitte besitzen. Das System 100 umfaßt auch ein Paar von Stromleitungen 20 und 22, die mit den gegenüberliegenden Enden der mehrere Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung 12 verbunden sind und sie mit elektrischer Energie versorgen, die aus der Sekundärwicklung eines ersten Transformators 24 stammt. Die Primärwicklung dieses ersten Transformators 24 wird mit Strom von einem ersten Stromversorgungsgerät 26 versorgt. Dieses Stromversorgungsgerät 26 steuert den über die Leitungen 28 zu der eine Vielzahl von Düsenabschnitte aufweisenden Spinndüsenanordnung 12 herangeführten Strom in Abhängigkeit von einem Steuersignal in einer Steuerleitung 30.
Das System 100 enthält auch ein zweites Stromversorgungsgerät 50, das über die Leitung 52 ein Steuersignal empfängt sowie Strom auch über die Leitungen 28 erhält und das die Stromversorgung der Primärwicklung eines zweiten Transformators 56 steuert. Die Sekundärwicklung dieses zweiten Transformators 56 ist über ein Stromleitungspaar 60,62 mit den gegenüberliegenden Enden des ersten Düsenabschnitts 14 verbunden. Das System 100 enthält weiterhin auch ein drittes Stromversorgungsgerät 70, das von einem Steuersignal in einer dritten Steuerleitung 72 gesteuert wird und ebenfalls über die Leitungen 28 mit Strom versorgt wird und das die Stromversorgung der Primärwicklung eines dritten Transformators 76 steuert. Die Sekundärwicklung des dritten Transformators 76 ist über das Stromleitungspaar 80,82 mit den gegenüberliegenden Enden des dritten Spinndüsenabschnitts 18 verbunden.
Das System 100 unterscheidet sich von dem System 10 in der nachstehend beschriebenen Weise. Es enthält zusätzlich ein Ausgleichs-Steuergerät 102, das über die Steuerleitungen 30,52 und 72 Steuersignale an das erste Stromversorgungsgerät 26 bzw. das zweite Stromversorgungsgerät 50 und das dritte Stromversorgungsgerät 70 liefert. Das Ausgleichs-Steuergerät 102 empfängt über die Leitungen 104,106,108 und 110 Spannungssignale. Die Differenz zwischen den Spannungen in den Leitungen 104 und 106 geben den Spannungsabfall an dem ersten Düsenabschnitt 14 wieder, die Differenz der Spannungen in den Leitungen 106 und 108 den Spannungsabfall am zweiten oder mittleren Düsenabschnitt 16 und die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 108 und 110 den Spannungsabfall am dritten Düsenabschnitt 18. Das System 100 enthält auch einen Stromtransformator 112, dessen Primärwicklung in einer der Leitungen 20 oder 22 liegt, über die die Hauptstromversorgung der eine Vielzahl von Abschnitten enthaltenden Spinndüsenanordnung 12 erfolgt. Der Stromtransformator 112 tastet den Stromfluß durch die gesamte Spinndüsenanordnung 12 ab. Das in der Sekundärwicklung des Stromtransformators 112 induzierte Stromsignal wird einem Präzisionswiderstand 114 zugeleitet, wodurch ein Stromspannungssignal in den Steuerleitungen 116 erzeugt wird, das der Ausgleichs-Steuereinrichtung 102 zugeführt wird.
Die Fig.3 ist ein Schaltbild, das die elektrischen Charakteristika einer eine Vielzahl von Düsenabschnitten enthaltenden Spinndüsenanordnung entsprechend der Anordnung 12 wiedergibt. Wenn eine eine Vielzahl von Abschnitten enthaltende, Glasfasern erzeugende Spinndüsenanordnung elektrisch erhitzt wird, und zwar unter Berücksichtigung des elektrischen Widerstandes des Metalls der Düsenanordnung, der solches Erhitzen hervorruft, kann dieser Widerstand durch eine Reihe von einzelnen Widerständen wiedergegeben werden. So bezeichnet R&sub1;&sub4; den Widerstand des ersten oder linken Abschnitts 14 der Spinndüsenanordnung 12, R&sub1;&sub6; den Widerstand des zweiten oder mittleren Abschnitts 16 und R&sub1;&sub8; den Widerstand des dritten oder rechten Abschnitts 18 der Düsenanordnung 12. Jeder dieser Widerstände ändert sich in Abhängigkeit von dem Wechsel der Temperaturen in den einzelnen Abschnitten der Spinndüsenanordnung.
Um die Wirkungsweise des Ausgleichs-Steuergeräts 102 zu verstehen, wird nachstehend eine kurze Erklärung der Theorie dieser Wirkungsweise gegeben.
Die Widerstands-Temperatur-Beziehungen der Materialien, insbesondere Metalle, die bei Glasfasern erzeugenden Spinndüsenanordnungen verwendet werden, können durch die Formel
RN = RS [1 + α (TN-TS)] wiedergegeben werden, worin
RN den augenblicklichen elektrischen Widerstand des Abschnitts N der Spinndüsenanordnung,
RS den Widerstand des Nten Abschnitts der Düsenanordnung bei der Soll-Temperatur TS,
TN die augenblickliche Temperatur des Abschnitts N der Düsenanordnung,
TS die Solltemperatur und
α den Temperaturkoeffizienten des Widerstands des Düsenanordnungs-Materials bedeuten.
Im vorliegenden Fall einer drei Abschnitte aufweisenden Spinndüsenanordnung 12 kann dessen Gesamtwiderstand R&sub1;&sub2; durch die Formel
R&sub1;&sub2; = R&sub1;&sub4; + R&sub1;&sub6; + R&sub1;&sub8; wiedergegeben werden, worin
R&sub1;&sub4;, R&sub1;&sub6; und R&sub1;&sub8; die Widerstände der einzelnen Abschnitte 14 bzw. 16 und 18 bedeuten.
Der Stromfluß I&sub1;&sub2; durch die Düsenanordnung 12 ist der gleiche wie in jedem ihrer Abschnitte, da letztere in Reihe geschaltet sind. Da die Spannung E nach dem Ohmschen Gesetz gleich dem Produkt aus elektrischem Widerstand und Strom ist, erhält man die Beziehung:
I&sub1;&sub2;R&sub1;&sub2; = I&sub1;&sub2;R&sub1;&sub4; + I&sub1;&sub2;R&sub1;&sub6; + I&sub1;&sub2;R&sub1;&sub8; oder
E&sub1;&sub2; = E&sub1;&sub4; + E&sub1;&sub6; + E&sub1;&sub8;.
Das ist so, wenn keine Stromeinspeisung vorliegt.
Auf diese Weise stellen die Spannungsdifferenzen zwischen den Leitungen 104 und 106, 106 und 108, und 108 und 110 den entsprechenden Spannungsabfall an dem ersten Abschnitt 14, dem zweiten Abschnitt 16 und dem dritten Abschnitt 18 dar, die sich jeweils aus dem Stromfluß I&sub1;&sub2; durch die elektrischen Widerstände R der Düsenanordnungsabschnitte ergeben. Die Spannungsdifferenz zwischen den Leitungen 104 und 110 entspricht dem Spannungsabfall über der gesamten Spinndüsenanordnung 12.
Wie oben schon erwähnt, wird die Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand und der Temperatur in jedem Düsenabschnitt N in der Nähe der Solltemperatur durch die Formel wiedergegeben:
RN = RS [1 + α (TN-TS)].
Der Spannungsabfall EN über einem Düsenabschnitt N einer Spinndüsenanordnung B ergibt sich aus dem Produkt von Strom und elektrischem Widerstand, so daß
EN = IBRN = IBRS [1 + α (TN-TS)].
Um die Temperatur eines Abschnitts der Düsenanordnung zu steuern, kann ein Abweichungssignal XN aus der Beziehung abgeleitet werden:
XN = CIB - KEN, worin C und K Konstanten sind.
Wenn man die vorletzte Gleichung in die vorhergehende Gleichung einsetzt, ergibt sich
XN = CIB - KIBRS [1 + α (TN-TS)].
Wenn der Spinndüsenabschnitt die richtige, also dem Sollwert entsprechende Temperatur besitzt, so daß also TN = TS ist, kann das Abweichungssignal ausgedrückt werden durch
XN = CIB - KIBRS.
Da das Abweichungssignal bei der Sollwert-Temperatur den Wert Null hat, folgt daraus
K = C/RS.
Wenn jedoch die Temperatur über einem Düsenabschnitt nicht gleich der Solltemperatur ist, also
TN ≠ TS ist und damit TN = TS + Δ TN ist, so ergibt sich
XN = CIB - KIBRS [1 + α (TS + Δ TN - TS)].
Wenn K = C/RS in die vorerwähnte Gleichung eingesetzt wird, folgt daraus
XN = KIBRS α Δ TN.
Da K,α und RS Konstanten sind, kann das auch abgekürzt so geschrieben werden, daß
XN = MIB Δ TN ist, worin M eine Konstante darstellt.
Dieses Abweichungssignal ist in kleinen Bereichen linear zur Temperatur T.
In den Fig.2 und 3 und insbesondere auch in Fig.4 sind das Ausgleichs-Steuergerät 102 und zusammen mit ihm die übrigen elektrischen Bestandteile des Systems 100 dargestellt. Das Studium des das Ausgleichs-Steuergerät 102 enthaltenden Teiles der Fig.4 zeigt, daß darin drei im wesentlichen identische Stromkreise vorhanden sind, die mit dem ersten, zweiten und dritten Düsenabschnitt 14,16 und 18 verbunden sind und darüber hinaus auch mit einer zusätzlichen Schaltanordnung. Es versteht sich, daß wie oben schon bemerkt, die Ausgleichs-Steuereinrichtung 102 auch für eine Spinndüsenanordnung mit einer größeren oder kleineren Anzahl einzelner Düsenabschnitte verwendbar ist.
Das Ausgleichs-Steuergerät 102 empfängt die Spannungssignale in den Leitungen 104 und 106, welche die Spannung an jedem Ende des ersten Düsenabschnitts 14 wiedergeben. Die Signale in den Leitungen 104 und 106 werden einem ersten Differentialverstärker 122 zugeleitet. Dieser berechnet die Differenz zwischen den beiden Spannungssignalen und liefert ein Ausgangssignal zu dem Synchrondetektor 124. Auf ähnliche Weise werden die Spannungssignale in den Leitungen 106 und 108, die die Spannungen an jedem Ende des zweiten oder mittleren Düsenabschnitts 16 wiedergeben, einem zweiten Differentialverstärker 142 zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen zweiten Synchrondetektor 144 abgegeben wird. Die Spannungssignale in den Leitungen 108 und 110 werden dem Eingang eines dritten Differentialverstärkers 162 zugeführt, dessen Ausgang zu einem dritten Synchrondetektor 164 führt. Die Synchrondetektoren 124, 144 und 164 sorgen für eine exakte Doppelweggleichrichtung der ihnen zugeführten Wechselstrom-Signale.
Die Spannungen an den Enden der viele Düsenabschnitte aufweisenden Spinndüsenanordnung 12 liegen über die Leitungen 104 und 110 an einem vierten Differentialverstärker 182 an. Der Ausgang dieses vierten Differentialverstärkers 182 steuert einen Nulldurchgangsdetektor 184, der ein Basis-Steuersignal für die Düsen-Ausgleichssteuereinrichtung 102 liefert. Den unmittelbaren Ausgang des Nulldurchgangsdetektors 184 verläßt eine Kette von Impulsen, die die fehlenden oder Null- Durchgänge der Sinuswellen (A.C.) des Stroms bilden, der die aus mehreren Abschnitten bestehende Düsenanordnung 12 versorgt. Diese Impulskette wird jedem der Synchrondetektoren 124,144 und 164 über die Leitung 186 zugeführt und sie steuert die Gleichrichtung der verstärkten Spannungsabfall-Signale aus den entsprechenden Differentialverstärkern 122,142 und 162. Die vorerwähnte Impulskette wird auch der Frequenzhalbierschaltung 188 zugeführt. Diese liefert eine Impulsfolge in der Steuerleitung 190, in der je ein Impuls für jeweils zwei in der Leitung 186 auftretende Impulse auftritt. Die Impulsfolge in der Leitung 190 steuert ein erstes Paar von sehr schnell, vorzugsweise elektronisch schaltenden Schaltern 126 und 166, die intermittierend schalten, um die gleichgerichteten Ausgangssignale der entsprechenden Synchrondetektoren 124 und 164 in den Leitungen 128 bzw. 168 zu erden. Die Impulsfolge in der Leitung 190 gelangt auch in den Eingang zum Umformer 192. An dessen Ausgang stellt sich in der Steuerleitung 194 eine Folge von Impulsen ein, die zu den Impulsen der Steuerleitung 190 phasenverschoben sind. Diese phasenverschobenen Impulse steuern ein zweites Paar von sehr schnell, vorzugsweise elektronisch arbeitenden Schaltern 146 und 200. Diese sorgen dafür, daß die Steuersignale in den Steuerleitungen 52 und 72 intermittierend geerdet werden, wodurch die Steuersignale zu den entsprechenden Stromversorgungsgeräten 50 und 70 abwechselnd freigegeben und gesperrt werden. Da die Impulse in der Steuerleitung 190 umgekehrt oder phasenverschoben zu den Impulsen in der Steuerleitung 194 auftreten, erfolgt auch das Schließen und Öffnen des ersten Schalterpaares 126 und 166 alternativ oder phasenverschoben zum Schließen und Öffnen des zweiten Schalterpaares 146 und 200.
Die in den Leitungen 116 auftretende Spannung ist wie erwähnt direkt proportional dem durch die Düsenanordnung fließenden Strom. Diese Spannung wird durch einen vierten Differentialverstärker 210 verstärkt. Dessen Ausgang liegt an einem zweiten Nulldurchgangsdetektor 212 und auch an einem vierten Synchrondetektor 214 an. Durch die Verwendung eines Nulldurchgangsdetektors für das Stromsignal wird jede Phasenverschiebung zwischen dem Stromsignal und dem Spannungssignal eliminiert. Der Ausgang des vierten Synchrondetektors 214 liegt an einer Leitung 216, die mit einem Schnellschalter 218 gekuppelt ist, der das Ausgangssignal im Nebenschluß erdet, so bald ein Impuls in der Steuerleitung 190 auftritt.
Zurückkehrend auf die sich auf den Spannungsabfall beziehenden Schaltkreiselemente sieht man, daß die gleichgerichteten (D.C.) Signale in den Leitungen 128,148 und 168 entsprechenden Funktionsverstärkern 130,150 und 170 zugeführt werden. Die Funktionsverstärker 130,150 und 170 besitzen entsprechende Rückkopplungsschaltkreise 132,152 und 172. Diese erleichtern die Verstärkungseinstellung der Funktionsverstärker 130,150 und 170, wie man ohne weiteres erkennt. Die Rückkopplungsschaltkreise 132,152 und 172 bestimmen die Konstanten α, RS und K. Da jeder Schaltkreis eine individuelle Rückkopplungseinstellung besitzt, kann er den spezifischen individuellen Betriebsverhältnissen angepaßt werden.
Die Ausgänge der Funktionsverstärker 130,150 und 170 liegen jeweils an den Eingängen von in entsprechender Anzahl vorhandenen Summier-Funktionsverstärkern 134,154 und 174. Die anderen Eingänge der Summier-Funktionsverstärker 134,154 und 174 werden von einem Ausgangssignal beaufschlagt, das aus einem vierten Operationsverstärker 222 mit einem Rückkopplungsschaltkreis 224 stammt. Dieser bestimmt den die Konstante C bildenden Verstärkungsfaktor. Das Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 222 entspricht dem Strom durch die Spinndüsenanordnung 12 und wird über eine Steuerleitung 226 den anderen Eingängen in jedem der Summier-Funktionsverstärker 134,154 und 174 zugeführt.
Am Ausgang des Summier-Funktionsverstärkers 134 erscheint das Abweichungssignal:
X&sub1;&sub4; = KIBRS α Δ T&sub1;&sub4;.
Entsprechend erscheint am Ausgang des Summier-Funktionsverstärkers 154 das Abweichungssignal
X&sub1;&sub6; = KIBRS α Δ T&sub1;&sub6;
und am Ausgang des Summier-Funktionsverstärkers 174 das Abweichungssignal:
X&sub1;&sub8; = KIBRS α Δ T&sub1;&sub8;.
Das Abweichungssignal vom Summier-Funktionsverstärker 134 wird dann einer Proportional- und Integral-Stufe 136 zugeführt, die den proportionalen und integralen Wert des bestimmten Fehlersignals errechnet. Dieses passiert dann einen Zerhacker 138, der dieses Signal für das zweite Stromversorgungsgerät 50 konditioniert. Der mit dem zweiten oder mittleren Düsenabschnitt 16 verbundene Teil der Ausgleichssteuereinrichtung 102 besitzt eine entsprechende Proportional- und Integral-Stufe 156, die über den Zerhacker 158 mit dem ersten Stromversorgungsgerät 26 verbunden ist und dieses steuert. Der mit dem dritten oder rechten Düsenabschnitt 18 verbundene Teil der Steuereinrichtung 102 enthält ebenfalls eine Proportional- und Integral-Stufe 176, die über den Zerhacker 178 mit dem dritten Stromversorgungsgerät 70 verbunden ist. Die Proportional- und Integral- Stufen 136,156 und 176 sowie auch die Zerhacker 138,158 und 178 können zu einzelnen Einheiten kombiniert oder ihre Funktionen können auch von einem handelsüblichen Prozeßregler wie z.B. dem Model 6810 oder Model 6403 der Electronic Control Systems oder der Leeds and Northrup Model Emax V erbracht werden.
Außer den offensichtlichen Unterschieden, die mit der Temperaturmessung durch Thermoelemente im System 10 und der Temperaturmessung durch die Widerstands-(Spannungsabfall-)Technik im System 100 verbunden sind, ist die Wirkungsweise der beiden Systeme 10 und 100 im wesentlichen identisch und sie soll nun beschrieben werden. In beiden Systemen sind die Prozeßsteuerungen von N-1 Düsenabschnitten so eingestellt, daß sie 50% Stromleistung nach manueller bzw. fest eingestellter Art liefern. Diese Vorabeinstellung stellt sicher, daß beim Übergang auf die automatische Arbeitsweise die Steuerungen den maximalen positiven und negativen Temperatur-Einstellbereich zu erfassen erlauben. Sodann werden die ersten der stromsteuernden Bestandteile (das erste Prozeßsteuergerät 32 und das damit verbundene Stromversorgungsgerät 26 im System 10 oder die Bestandteile 142 bis 158 der Ausgleichssteuereinrichtung 102 und das Stromversorgungsgerät 26 des Systems 100) eingestellt, um eine optimale und ausgeglichene Durchsatzleistung in der mehrere Abschnitte enthaltenden Spinndüsenanordnung 12 zu erzielen. Dies kann durch verschiedenartige, auch mechanische Mittel wie beispielsweise durch Seiteneinstellung und ähnliches erreicht werden, wodurch eine im wesentlichen gleichmäßige Durchsatzleistung erzielt wird, bevor das System der automatischen Steuerung unterworfen wird. Sodann werden die Temperatursollpunkte an den N-1 Kontrollstellen, daß heißt, die die zweiten und dritten Stromversorgungsgeräte 54 und 74 steuernden Prozeß-Bestandteile so eingestellt, daß sie auf Nullpunktabweichung zeigen. Zu diesem Zeitpunkt ist die eine Vielzahl von Abschnitten aufweisende Spinndüsenanordnung 12 nominell ausgeglichen und ihre Durchsatzleistung und damit auch die Packungsdichte der erzeugten Glasfasern im wesentlichen gleich. Schließlich werden die N-1 Steuergeräte in den selbstätig arbeitenden Zustand versetzt und die Systeme 10 und 100 arbeiten so, daß sie ihren ausbalancierten Zustand beibehalten.
Es sei bemerkt, daß das erste oder hauptsächliche Stromversorgungsgerät 26 einen wesentlichen Teil der elektrischen Energie für die mehrere Abschnitte aufweisende Spinndüsenanordnung 12 zur Verfügung stellt und auch die Soll-Temperatur des zweiten (Nten) Düsenabschnitts 16 der Düsenanordnung 12 aufrechterhält. Die zweiten und dritten Stromversorgungsgeräte 54 und 74 liefern eine wesentlich geringere elektrische Leistung an ihre entsprechenden Düsenabschnitte 14 und 18 und regeln dort die Temperatur, indem sie zwischen 0 und 100% ihrer Stromleistung in Übereinstimmung mit der ermittelten Temperatur oder dem elektrischen Widerstand des entsprechenden Abschnitts der Spinndüsenanordnung 12 abgeben.
Beim System 100 soll, wie früher schon bemerkt, die durch die Ausgleichssteuereinrichtung 102 und speziell durch das zweite und dritte Stromversorgungsgerät 54 und 74 erfolgende Stromeinspeisung während der Widerstands-(Spannungsabfall-)Messung unterbleiben. Die Hochgeschwindigkeits-Schalter 126,146, 166 und 200, die abwechselnd arbeiten, sorgen dafür, da es sonst zu einem thermischen Durchgehen und entsprechendem Versagen der Spinndüsenanordnung 12 käme.
Die in der vorhergehenden Beschreibung erläuterte und in den Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsform erscheint den Erfindern als die für die Praxis bestmögliche. Es versteht sich aber, daß vom Durchschnittsfachmann auch Abänderungen daran vorgenommen werden können. Daher soll die vorhergehende Beschreibung dieser Erfindung sie auch nicht begrenzen.

Industrielle Anwendbarkeit

Bei der Erzeugung von Glasfasern ist es wünschenswert, eine Vielzahl von Fasern von gleichem Durchmesser und damit auch von gleichförmiger Packungsdichte herzustellen. Die Düsen-Ausgleichssteuereinrichtung der vorliegenden Erfindüng ermöglicht dies durch Ausbalancieren und Aufrechterhalten der Temperatur an den verschiedenen Düsenabschnitten der Spinndüsenanordnung durch entsprechende Stromeinspeisung.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern der Temperatur eines jeden Abschnitts (14,16,18) einer N Abschnitte enthaltenden, Glasfasern erzeugenden Spinndüsenanordnung (12), wobei N Mittel (36,46,66) zum Erfassen der Temperatur eines jeden Abschnitts der N Abschnitte aufweisenden Düsenanordnung und N Mittel (32,50,70) zum Erzeugen eines entsprechenden Temperatursteuersignals (30,52,72) für jeden Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß N Stromversorgungsgeräte (26,54,74) zur Strombelieferung der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung vorgesehen sind, wobei eines (26) der erwähnten N Stromversorgungsgeräte alle N Abschnitte der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung mit Strom in Abhängigkeit von einem (30) der Temperatursteuerungssignale beliefert und weiterhin N-1 (54,74) dieser N Stromversorgungsgeräte N-1 Abschnitte der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung mit Strom in Abhängigkeit von den N-1 entsprechenden Temperatursteuerungssignalen (52,72) beliefern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erwähnten N Temperatur-Erfassungsmittel aus Thermoelementen (36,46,66) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erwähnten N Temperatur-Erfassungsmittel Mittel (104,106,108,110) zum Messen des Spannungsabfalls an jedem Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung enthalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die N Temperatursteuerungssignale erzeugenden Mittel (102) Mittel (112) zum Messen des von dem erwähnten einen der erwähnten N Stromversorgungsgeräte gelieferten Stromes enthalten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der weiterhin Mittel (146,200,126,166) vorgesehen sind, die die erwähnten N-1 der erwähnten N Stromversorgungsgeräte abschalten, während die erwähnten N-1 entsprechenden Temperatursteuerungsmittel aktiviert werden, dagegen die erwähnten N-1 Temperatur-Erfassungsmittel abschalten, während die erwähnten N-1 Stromversorgungsgeräte aktiviert werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei weiterhin Unterbrechungsmittel (146,200,126,166) zum abwechselnden und gegenseitigen ausschließlichen Aktivieren und Abschalten der erwähnten N-1 entsprechenden Temperaturerfassungsmittel und der erwähnten N-1 Stromversorgungsgeräte vorhanden sind.

7. Verfahren zum Steuern der Temperatur in jedem Abschnitt (14,16,18) einer N Abschnitte enthaltenden, Glasfasern erzeugenden Düsenanordnung (12), bei dem die Temperatur an jedem Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung ermittelt und

ein entsprechendes Temperatursteuerungssignal (30,52,72) für jeden Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß alle N Abschnitte der Düsenanordnung mit Strom versorgt werden in Abhängigkeit von einem (30) der erwähnten entsprechenden Temperatursteuerungssignale und weiterhin N-1 Abschnitte der Düsenanordnung mit Strom beliefert werden in Abhängigkeit von den N-1 (52,72) erwähnten Temperatursteuerungssignalen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Temperaturerfassungsschritt das Ermitteln des Spannungsabfalls an jedem Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung umfaßt und ein Fehlersignal erzeugt wird, das der Differenz zwischen der ermittelten Temperatur und einem Temperatur- Sollwert entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Temperaturerfassungsschritt das Ermitteln des Spannungsabfalls an jedem Abschnitt der N Abschnitte enthaltenden Düsenanordnung umfaßt, wenn der Versorgungsstrom zu den N-1 Abschnitten unterbrochen wird, und der den Spannungsabfall ermittelnde Verfahrensschritt unterbrochen wird, wenn der erwähnte Stromversorgungs-Verfahrensschritt ausgeführt wird.