WO2007039024A1

WO2007039024A1 - Verfahren zum computergestützten optimieren des betriebs eines rollenofens

Info

Publication number: WO2007039024A1
Application number: PCT/EP2006/008397
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Erdmann
Original assignee: Wolfgang Erdmann
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2007-04-12
Also published as: DE102005047433B4; DE102005047433A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens in einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas. Nach diesem Verfahren werden bestimmte Wärmespeicher definiert und mit ihren verfahrensrelevanten Parametern vorgegeben. Daraus resultierende Wärmeströme werden berechnet. Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur Glas oben und der Temperatur Glas unten wird über die Gesamtzeit dem Wert Null dadurch angenähert, daß die Parameter Temperatursollwert Keramik oben, Temperatursollwert Keramik unten, Anfangsleistung Netz für Heizung oben sowie Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Anfangsleistung Netz für Heizung oben eingestellt werden. Dadurch läßt sich eine Simulation des Betriebs des Rollenofens umsetzen, so daß auf Arbeit mit Bruchbildern von testweise erwärmten Glasplatten verzichtet werden kann.

Description

Verfahren zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum computergestützten Op- timieren des Betriebs eines Rollenofens in einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Um aus normalem Flachglas beispielsweise Einscheibensicherheitsglas entstehen zu lassen, muß man der Glasplatte einen Spannungszustand einprägen, bei dem die Glasoberflächen unter Druckspannungen und das Innere der Glasplatte unter Zugspannungen steht. Durch diesen starken inneren Spannungszustand zerbricht eine solche Glasplatte bei Überschreiten einer Grenzbelastung in kleinste Teilchen.

Der gewünschte Spannungszustand der Glasplatte wird durch Erwärmen der Glasplatte und anschließendes Abschrecken beispielsweise durch Anblasen mit kalter Luft erzielt. Das Abschrecken setzt also eine gleichmäßig auf eine hohe Temperatur erwärmte Glasplatte voraus. Das vorliegende Verfahren betrifft das Betreiben einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas in ei- nem Rollenofen, in dem die Glasplatte bzw. eine Gruppe von Glasplatten einer Charge auf die Temperatur erwärmt wird, von der ausgehend dann die anschließende Weiterbearbeitung, beispielsweise das Abschrecken, erfolgen kann.

Bei der Lehre der Erfindung geht es somit um die Erwärmung von Flachglas in einem Rollenofen im Chargenbetrieb von Umgebungstemperatur (beispielsweise ca. 20 ⁰C) auf die gewünschte Temperatur des Flachglases von mehreren hundert ⁰C, insbesondere von ca. 600 ⁰C bis 650 ⁰C. Das soll in möglichst kurzer Zeit erfolgen.

Die Lehre der vorliegenden Erfindung ist also in erster Linie auf die Wärmebehandlung von Flachglas, also plattenförmigem Glas, gerichtet. Grundsätzlich sind technisch ähnliche Probleme aber auch bei anderen mit hohen Temperaturen einer Wärmebehandlung zu unterziehenden plattenförmigen Werk- Stoffen zu beobachten. Im Grundsatz läßt sich die Lehre der vorliegenden Er- findung also auch auf Verfahren zur Wärmebehandlung von anderen platten- förmigen Werkstoffen, bei denen ähnliche Aufgabenstellungen bestehen, übertragen. Der Begriff "Flachglas" in den Patentansprüchen soll also Flachglas im engeren Sinne sowie andere plattenförmige Werkstoffe umfassen, bei denen sich ähnliche Probleme der Wärmebehandlung stellen.

Ein besonderes Problem besteht in der sogenannten Schüsselbildung beim Einlaufen von Flachglas in einen solchen Rollenofen. Eine Schüsselbildung führt zu Qualitätsminderung durch optische Fehler bis hin zum Glasbruch.

Das noch kalte, einlaufende Flachglas rollt auf den Keramikrollen einer Fördereinrichtung, die selbst ungefähr die Temperatur der Kammerluft im Ofen, also eine Temperatur von etwa 650 ⁰C haben. Diese Keramikrollen sind ein Wärmespeicher, von denen Wärmeströme in erster Linie durch Wärmestrah- lung und durch Wärmeleitung die Glasplatte schnell von unten erwärmt. Der Wärmeübergang von den Keramikrollen auf die Unterseite der Glasplatte ist sehr intensiv. Die die Glasplatte von der Oberseite her erreichenden Wärmeströme hingegen sind weniger wirkungsvoll, weil hier die Komponente der Wärmeleitung fehlt. Das gilt insbesondere für sogenanntes "low e-Glas", also Glas mit geringem Absorptionsgrad, erreicht durch eine reflektierende Be- schichtung auf der Oberseite der Glasplatte. Hier ist eine gegenüber normalem Flachglas wesentlich geringere Wärmeeinkopplung in die Glasplatte durch Wärmestrahlung möglich, diese wird ja gerade reflektiert. Das prinzipiell vorhandene Problem der Schüsselbildung von Flachglas beim Einlaufen in die Anlage ist bei beschichtetem Glas also noch größer.

Hinsichtlich der Bezeichnungen "Luft", "Kammerluft" etc. ist festzuhalten, daß bei der vorliegenden Erfindung generell ein beliebiges Gas oder Gasgemisch verwendet werden kann. Insbesondere kann die Anlage statt mit Luft im engeren Sinne auch mit Schutzgas arbeiten, also in der Kammer des Rollenofens eine Schutzgasatmosphäre vorgesehen sein.

Hinsichtlich der Bezeichnung "Keramikrollen" ist zu vermerken, daß es sich zwar wegen der hohen Temperatur im Regelfall um Rollen aus keramischem Material handeln wird, daß aber im Grundsatz für die Rollen alle Werkstoffe eingesetzt werden können, die bei der Betriebstemperatur im Rollenofen störungsfrei arbeiten.

Was den Begriff "Keramikträger" im Zusammenhang mit den Heizstrahlern betrifft, so kann es sich nicht nur um einen durchgehenden Keramikträger, sondern auch um einen aus mehreren einzelnen Teilen oder Abschnitten bestehenden Keramikträger handeln. Dieser muß auch nicht unbedingt die Heizstrahler im engeren Sinne tragen, er befindet sich nur normalerweise an oder in der Nähe der Heizstrahler und hat zumeist eine Halterungsfunktion für die Heizstrahler oder Anschlüsse der Heizstrahler. Auch hier gilt, daß als Werkstoff statt Keramikmaterial im engeren Sinne auch andere Werkstoffe in Frage kommen, wenn sie bei der hohen Betriebstemperatur im Rollenofen störungsfrei funktionieren.

Die Heizstrahler sind normalerweise und in den meisten Fällen als elektrische Widerstandsheizstrahler ausgeführt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, in einem solchen Rollenofen mit Gasheizstrahlern (geschlossen oder offen) zu arbeiten.

Das Einlaufen einer kalten Glasplatte auf die Keramikrollen im Rollenofen geschieht mit normalerweise derselben Geschwindigkeit wie das Auslaufen der vorherigen, bereits erwärmten Glasplatte aus dem Rollenofen in die anschließende Vorspann- und Abkühlstation. Eine typische Geschwindigkeit für diesen Zustand liegt bei 0,5 m/s. Befindet sich die eingelaufene Glasplatte im Rollenofen, so wird diese während des Erwärmens im Rollenofen vor- und zurückgefahren, um zu vermeiden, daß sich das weicher werdende Glas zwischen den Keramikrollen nach unten verformt. Dieses Vor- und Zurückfahren der Glasplatte im Rollenofen, das beispielsweise und typischerweise mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,25 m/s oder weniger abläuft, nennt man Pendeln.

Beim Einlaufen einer kalten Glasplatte auf die Keramikrollen im Rollenofen, die beispielsweise eine Oberflächentemperatur von 550 bis 600 ⁰C haben, entsteht wie erläutert ein intensiver Wärmestrom durch Wärmestrahlung und

Wärmeleitung zu der Glasplatte (50 bis 70 kW/m²). - -

Um einen entsprechenden Wärmestrom auch zur Oberseite der Glasplatte bereitzustellen, wird bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren (DE 40 08 516 Al) mit oberen Heizstrahlern in einem oberen Keramikträger gearbeitet, die vom Einlauf ausgehend steuerungstechnisch in mehreren auf- einanderfolgenden Bereichen, sogenannten Heizzonen, zusammengefaßt sind. Die Heizstrahler hier sind als elektrische Widerstandsheizstrahler ausgeführt, die mit einer geringen thermischen Zeitkonstante arbeiten, also eine hohe Temperaturanstiegsgeschwindigkeit, beispielsweise eine solche von ca. 10 °C/s bis ca. 25 °C/s, mit Mittelwerten z. B. bei 18 °C/s, erreichen.

Jedem Heizstrahler ist hier mindestens eine entsprechende Temperaturmeßstelle im Ofen zugeordnet. Der Sollwert für die Temperatur der oberen Heizstrahler in der Heizzone mit Glasplatten wird höher gewählt als der Sollwert für die Heizstrahler in Heizzonen, welche die Glasplatten nicht direkt beauf- schlagen. Im Zuge der zunehmenden Erwärmung der Glasplatten wird die Sollwertdifferenz zwischen den Heizzonen verringert.

Zu dem erläuterten Verfahren, bei dem beim Einlaufen einer kalten Glasplatte auf die Keramikrollen im Rollenofen die Heizleistung der oberen Heizstrahler zumindest in dem am Einlauf liegenden Bereich vorübergehend erhöht wird, um eine Schüsselbildung der einlaufenden Glasplatte zu vermeiden, ist bereits durch den Einsatz von Treibluftgebläsen oberhalb der Keramikrollen und unterhalb der oberen Heizstrahler ein zusätzlicher Wärmestrom durch Konvekti- on in Richtung der Oberseite der Glasplatte vorgeschlagen worden (DE 103 30 196 Al). Damit wird zwar die beim Einlaufen einer kalten Glasplatte auf die Keramikrollen im Rollenofen besonders stark wirksame, bei low-e-Glas nochmals problematischere Asymmetrie der Wärmeaufnahme von der Unterseite der Glasplatte einerseits und von der Oberseite der Glasplatte andererseits deutlich vermindert. Das hauptsächliche Problem des bekannten Verfah- rens, daß nämlich zur Kompensation nur Änderungen von Temperatursollwerten der Heizstrahler zur Verfügung stehen, die auf irgendwo in der Kammer des Rollenofen gemessenen Temperaturen beruhen, ist damit noch nicht angegangen worden.

Ein weiteres Problem des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zum Betreiben einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas besteht dar- in, daß die Erwärmung einer kompletten Beladung des Rollenofens mit einer Glasplatte oder, vorzugsweise, einer Gruppe von Glasplatten, einer sogenannten "Charge", nach Ablauf einer Heizzeit beendet wird, die man experimentell mit Bruchbildern von testweise erwärmten Glasplatten ermittelt. Die An- fangsbedingungen für eine Charge ändern sich jedoch je nach Belegung des Rollenofens in der speziellen Charge und nach der zeitlichen Chargenfolge. Das Ende der Heizzeit wird daher experimentell in einen Bereich gelegt, in dem die Temperatur der Glasplatte die gewünschte normale Betriebstemperatur an Unterseite und Oberseite mit Sicherheit gleichmäßig erreicht hat, also in einen Bereich, in dem die Glastemperatur insgesamt nur noch sehr langsam ansteigt. Das bedeutet, daß die Heizzeit prinzipiell länger ist als sie vom konkreten Prozeß her sein müßte. Eine längere Heizzeit bedeutet eine schlechtere Nutzung des Rollenofens.

Will man, insbesondere bei low-e-Glas, die Wärmeaufnahme an der Oberseite der Glasplatte hinreichend weit erhöhen, so muß man die Heizleistung der oberen Heizstrahler im Bereich oberhalb der Glasplatte, also normalerweise beginnend in dem am Einlauf liegenden Bereich, vorübergehend erheblich erhöhen, beispielsweise um 80 ⁰C und mehr über die Betriebstemperatur. Das bedeutet, daß man die Netzanschlußleistung der gesamten Anlage auf diese Höchstbelastung auslegen muß. Netzanschlußleistung muß man mit verbrauchsunabhängigen Anschlußkosten bezahlen. Außerdem muß die Anlage insgesamt auf die Netzanschlußleistung einschließlich einer Sicherheitsmarge konstruktiv ausgelegt sein, was hohe Kosten verursacht.

Die Nutzung von Konvektion zum Erwärmen der Oberseite der Glasplatte, um so eine Schüsselbildung zu vermeiden, ist auch aus anderem Stand der Technik bekannt (US 4,390,359 A). Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus.

Aus diesem Stand der Technik ergeben sich einige theoretische Berechnungen und Angaben für Werte von Durchbiegungen von Glasplatten bestimmter Dicke. Der hier angegebene Wert von 0,5 mm auf eine Länge von 1 m (angegeben für eine Differenz der Wärmeströme oben/unten von 1 kW/m²) im we- sentlichen unabhängig von der Dicke der Glasplatte (US 4,390,359 A, Spalte 5, Zeilen 15 bis 19) erscheint allerdings etwas gering, richtiger dürften 1,0 bis - -

1,5 mm sein. Richtig ist, daß tendenziell die Durchbiegung von der Dicke der Glasplatte wenig abhängig ist. Eine größere Dicke der Glasplatte senkt die Durchbiegung tendenziell, allerdings ist die Temperaturdifferenz zwischen Oberseite und Unterseite der Glasplatte größer, was zu einer Erhöhung der Durchbiegung führen müßte. Beides gleicht sich aus. Interessant sind in diesem Stand der Technik die Berechnungen zu den Wärmeströmen und den Energiebilanzen, auf die zu diesem Zwecke inhaltlich in vollem Umfange Bezug genommen wird. Ergänzend wird für derartige physikalische Grundlagen auf Grundlagenwerke der Physik, beispielsweise Gerthsen "Physik", 22. Auf- läge, Springer- Verlag 2003, Abschnitte 5.4 "Wärmeleitung und Diffusion" sowie 11.2 "Strahlungsgesetze" verwiesen.

Im zuvor erläuterten Stand der Technik werden umfangreiche grundlegende Ausführungen zur Physik der Wärmebehandlung von Flachglas in Rollenöfen erläutert und eine Reihe von anzuwendenden Formeln angegeben. Dieser Stand der Technik unterscheidet zwischen Formeln für Wärmestrahlung (Radiation, Spalte 1, Zeile 61 bis Spalte 2, Zeile 23) einerseits und Wärmeleitung und Konvektion (Conduction and Convection, Spalte 2, Zeilen 25 bis 58) andererseits. Die physikalischen Grundlagen der Schüsselbildung werden aus- führlich unter Angabe entsprechender Formeln erläutert (Spalte 4, Zeile 20 bis Spalte 5, Zeile 19). Die Offenbarung dieses Standes der Technik beschränkt sich jedoch darauf, nur allgemein darauf hinzuweisen, daß man eine stufenlose Steuerung des Wärmebehandlungsprozesses erreichen kann (Spalte 8, Zeilen 3, 4), insbesondere unter zusätzlicher Nutzung von Konvektion durch Treibluftgebläse, ohne anzugeben, wie man konkret zu einer Optimierung des Betriebs eines Rollenofens in dieser Hinsicht gelangen kann.

Der Lehre der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens in einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas so zu konkretisieren, daß damit eine weitgehend zutreffende Vorhersage des Ergebnisses der Wärmebehandlung einer Glasplatte oder einer Charge von Glasplatten möglich ist, ohne wie bisher umfangreich mit Bruchbildern von testweise erwärmten Glasplatten arbeiten zu müssen. Das zuvor angesprochene Problem ist bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Grundlage für die Lehre der Erfindung ist die Analyse der Wärmeströme und Wärmespeicher des Systems, von denen diese Wärmeströme ausgehen. Erfindungsgemäß wird angegeben, welche Wärmespeicher und Wärmeströme in welcher Weise zu berücksichtigen sind und welche Parameter gezielt verändert werden sollen, um letztlich die Temperaturdifferenz zwischen der Tempe- ratur des Glases oben und der Temperatur des Glases unten über den gesamten Zeitraum der Erwärmung der Glasplatte auf die Betriebstemperatur dem Wert Null so gut wie möglich anzunähern.

Wesentlich für die Lehre der Erfindung ist die Definition der Glasplatte mit- tels zweier (oder mehrerer) voneinander unterschiedener Wärmespeicher, zumindest des Wärmespeichers Glas oben und des Wärmespeichers Glas unten, die dann über den Wärmestrom der Wärmeleitung Glas oben / Glas unten gekoppelt werden. Damit gelingt es, eine realistische Vorhersage des Ergebnisses der Wärmebehandlung einer Glasplatte oder einer Charge von Glasplatten zu treffen. Bereits mit den zumindest geforderten zwei Schichten, die rechnerisch besonders einfach zu handhaben sind, kommt man zu sehr praxisgerechten Resultaten.

Im Stand der Technik ist eine Optimierung des Verfahrens zur Wärmebehand- lung einer Glasplatte oder einer Charge von Glasplatten nur mit Testläufen des Rollenofens selbst möglich gewesen und mit Auswertung der Bruchbilder testweise erwärmter und anschließend zerstörter Glasplatten. Diese Verfahrensweise des "Try and Error" kostet erhebliche Aufwendungen an Personaleinsatz, Materialeinsatz und Energie. Das erfindungsgemäße Verfahren macht diese aus dem Stand der Technik bekannte, seit Jahrzehnten praktizierte Verfahrensweise überflüssig.

Je mehr unterschiedliche Wärmeströme man berücksichtigt, desto größer ist die Komplexität des B erechnungs Verfahrens und die Anforderung an die Ka- pazität des Computerprogramms und die Rechnerleistung. Die im Anspruch 1 angegebenen Wärmeströme stellen einen guten Kompromiß zwischen Genau- igkeit der Optimierung und Komplexität des Berechnungsverfahrens dar. Weitere Wärmeströme kann man bei höheren Genauigkeitsanforderungen zusätzlich berücksichtigen. Einige davon sind in den Unteransprüchen erwähnt.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der zuvor erläuterten Lehre der Erfindung sind Gegenstand der auf das Verfahren bezogenen Unteransprüche.

Ein Computerprogramm mit entsprechenden Programmitteln, das das erfin- dungsgemäße Verfahren realisiert, ist Gegenstand eines Anspruchs, ebenso ein entsprechender computerlesbarer Datenträger mit einem solchen Computerprogramm.

Im folgenden wird die Erfindung nun anhand einer lediglich bevorzugte Aus- führungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Auch bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre der Erfindung werden in diesem Zusammenhang weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 das grundsätzliche Schema eines Rollenofens zur Wärmebehand- lung von Flachglas in einer entsprechenden Anlage,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Rollenofens aus Fig. 1 in schematischer

Darstellung, nicht maßstabgerecht, mit Angabe der Wärmespeicher und Wärmeströme,

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die erfindungsgemäß zu berücksichtigenden Wärmespeicher und Wärmeströme schematisch zeigt,

Fig. 4 a,b Kurven der Glaserwärmung für ein Flachglas von 4 mm Dicke vor der und nach der Optimierung der Parameter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 5 ein Diagramm mit den Verläufen der Heizleistung über die Zeit für einen typischen Zyklus beim Erwärmen einer Glasplatte in einem Rollenofen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. - -

Fig. 1 zeigt eine Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas in einem Rollenofen 1 , der eine Wärmekammer 2 mit einem Einlaß 3 und einem Auslaß 4 aufweist.

Dem Rollenofen 1 in dieser Anlage vorgeschaltet ist eine Beladestation 1' für die Aufgabe der noch nicht wärmebehandelten Glasplatte 6. Diese läuft in Fig. 1 soeben in die Wärmekammer 2 des Rollenofens 1 ein. Ist die Glasplatte 6 vollständig in den Rollenofen 1 eingelaufen, beispielsweise mit einer Einlaufgeschwindigkeit von ca. 0,5 m/s, so beginnt ein langsameres Hin- und Herfah- ren der Glasplatte 6 (Pendeln), beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,25 m/s.

Nachgeschaltet ist dem Rollenofen 1 eine Vorspann- und Abkühlstation 1", in der durch Abschrecken der heißen Glasplatte 6 der gewünschte innere Span- nungszustand erzeugt und die Glasplatte 6 auf Handhabungstemperatur abgekühlt wird. Es folgt schließlich eine Entladestation 1'".

Es gelten die generellen Bemerkungen aus dem allgemeinen Teil der Beschreibung, auf die hier nochmals ausdrücklich hingewiesen werden darf.

Fig. 2 in Verbindung mit Fig. 1 läßt erkennen, daß der Rollenofen 1 versehen ist mit einem Einlauf 3 und einem Auslauf 4, mit Keramikrollen 5 zur Lagerung und Förderung der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge von Glasplatten, mit unteren Heizstrahlern 7 unter den Keramikrollen 5 und einem unteren Keramikträger 8 für die unteren Heizstrahler 7 sowie mit oberen Heizstrahlern 9 oberhalb der Keramikrollen 5 bzw. oberhalb der Glasplatte 6 auf den Keramikrollen 5 und einem oberen Keramikträger 10 für die oberen Heizstrahler 9.

Nicht zwingend vorhanden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aber realisiert sind Treibluftgebläse 11 oberhalb der Keramikrollen 5, d. h. oberhalb der Glasplatte 6 auf den Keramikrollen 5, und unterhalb der oberen Heizstrahler 9. Die Treibluftgebläse 11 dienen der Erzeugung von Luftwirbeln 12 in der Wärmekammer 2, die auf die Glasplatte 6 gerichtet sind und diese streifen, so daß die Glasplatte 6 von der Oberseite her durch Konvektion erwärmt wird bzw. ein guter Wärmeaustausch zwischen der heißen Kammerluft und der Oberseite der Glasplatte 6 bewirkt wird. (Im einzelnen dazu die DE 103 30 196 Al, deren Offenbarungsgehalt in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung durch Bezugnahme mit aufgenommen wird).

Die Heizstrahler 7, 9 sind hier als elektrische Widerstandsheizstrahler ausgeführt. Grundsätzlich können die Heizstrahler auch als Gasheizstrahler ausgeführt sein, und zwar mit offener Flamme oder geschlossen. Ersteres bedeutet eine besonders hohe Temperaturänderungsgeschwindigkeit der Gasheizstrahler, letzteres hat sicherheitstechnische Vorteile.

Die Keramikrollen 5, Heizstrahler 7, 9 und Keramikträger 8, 10 wirken als Wärmespeicher, von denen ausgehende Wärmeströme durch Strahlung, Leitung und Strömung die Glasplatte 6 erwärmen. Fig. 2 zeigt die entstehenden Wärmeströme angedeutet mit Pfeilen und den folgenden Bezugnahmen:

a - Wärmestrahlung obere Heizstrahler in oberen Keramikträger = N_SHCO b - Wärmestrahlung untere Heizstrahler in unteren Keramikträger = N_SHCU c - Wärmestrahlung unterer Keramikträger an Keramikrollen = N_SCRU d - Wärmestrahlung obere Heizstrahler an Oberseite Glasplatte = N_SHGO e - Wärmestrahlung oberer Keramikträger an Oberseite Glasplatte = N_SCGO f - Wärmestrahlung Keramikrollen an Unterseite Glasplatte = N_SRGU g - Wärmeleitung Keramikrollen an Unterseite Glasplatte = N_LRGU h - Wärmestrahlung unterer Keramikträger an Unterseite Glasplatte = N_SCGU i - Wärmekonvektion an Oberseite Glasplatte = N_KHGO j - Wärmeleitung innerhalb des Glases zwischen der Oberseite und der Unterseite = N_LGG

Für die unterschiedlichen Wärmespeicher gelten unterschiedliche Trägheiten. Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt beispielsweise für die Keramikrollen 5 eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von ca. 0,3 ⁰CVs. Träger ist der untere Keramikträger 8 mit im Ausführungsbeispiel einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von ca. 0,2 ⁰CVs. Etwas flinker ist der obere, weniger voluminöse Keramikträger 10 mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 2 °C/s. Wirklich flinker sind nur die oberen und unteren Heizstrahler 7, 9 mit Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten von im Ausführungsbeispiel ca. 18 °C/s. Gewünscht und benötigt sind dabei in dieser Form nur die oberen Heizstrahler 9, da nur insoweit eine schnelle Veränderung der Temperatur des entsprechenden Wärmespeichers benötigt wird.

Im Betrieb wird für die unteren und oberen Keramikträger 8, 10 eine normale Arbeitstemperatur von mehreren hundert ⁰C eingestellt, beispielsweise oben 670 ⁰C und unten 690 ⁰C. Die Wärmekammer 2 des Rollenofens 1 wird dadurch auf einer normalen Betriebstemperatur von mehreren hundert ⁰C gehalten. Vorgesehen ist, daß die Isttemperaturen der unteren und oberen Keramikträger 8, 10 mittels entsprechender Temperatursensoren gemessen werden.

Die Keramikrollen 5 und die auf diesen rollende Glasplatte 6 wird im temperaturausgeglichenen Zustand des Rollenofens 1 ebenfalls ungefähr diese Betriebstemperatur einnehmen, beispielsweise eine Betriebstemperatur von ca. 650 ⁰C. Ganz am Ende hat die Glasplatte 6 eine geringfügig höhere Tempera- tur als die Keramikrollen 5.

Vorgesehen kann sein, daß die Gesamtzeit zur gleichmäßigen Erwärmung der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge auf deren normale Betriebstemperatur in eine erste Phase und eine zweite Phase aufgeteilt wird, daß in der ersten Phase beim Einlaufen der kalten Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge auf die Keramikrollen 5 im Rollenofen 1 die Heizleistung der oberen Heizstrahler 9 zumindest in dem am Einlauf 3 liegenden Bereich schlagartig auf einen so hohen Wert eingestellt wird, daß von den Heizstrahlern 9 eine erhöhte Arbeitstemperatur erheblich über der normalen Betriebs- temperatur erreicht wird, und daß in der zweiten Phase durch Regelung der Heizleistung der unteren und oberen Heizstrahler 7, 9 die Temperatur der unteren und oberen Keramikträger 8, 10 auf ihre normale Arbeitstemperatur geregelt wird, dergestalt, daß insgesamt die Temperaturdifferenz zwischen der Oberseite und der Unterseite der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Char- ge während der Erwärmung stets möglichst gering ist.

Mit dieser Betriebsweise teilt man die Erwärmung der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge auf deren Endtemperatur, also die normale Betriebstemperatur, in die erste Phase "Leistungsstellung" und die dann folgende zweite Phase "Regelung über die Temperaturen der Keramikträger" auf. In der ersten Phase erfolgt eine Einstellung der Heizleistung der oberen Heizstrahler 9, so daß die erhöhte Arbeitstemperatur erreicht wird, vorzugsweise eine um mindestens 80 ⁰C, insbesondere um mindestens 100 ⁰C über der normalen Betriebstemperatur erhöhte Arbeitstemperatur. Hier wird die Temperatur der Keramikträger 8, 10 nicht geregelt. Die Regelung unter Nutzung der gemessenen Isttemperaturen der Keramikträger 8, 10 setzt in der zweiten Phase ein.

In einem zweckmäßigen Anwendungsbeispiel ist die erste Phase etwa ein Drittel und die zweite Phase etwa zwei Drittel der Gesamtzeit. Die Aufteilung kann aber je nach Dicke der Glasplatte 6, Beladung des Ofens und Art des Glases, insbesondere Beschichtung, auch sehr anders aussehen.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperaturkurve für die Glasplatte 6 bereits von Anfang an dahingehend optimiert, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Oberseite und der Unterseite der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge stets möglichst gering ist. Dadurch läßt sich die Heizzeit insgesamt deutlich verkürzen. Bisher wurde etwa das letzte Viertel der Heizzeit zum Ausgleich von Unterschieden bei sehr langsamem Temperaturanstieg der Glasplatte 6 benutzt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperaturdifferenz zwischen der Oberseite und der Unterseite der Glasplatte 6 während der gesamten Aufheizzeit klein gehalten. Die letzte Phase der Heizzeit kann daher entfallen.

Bei diesem Verfahren kann man, wenn man elektrische Widerstandsheizstrahler als Heizstrahler 7, 9 einsetzt, ferner vorsehen, daß während der Phase des Betriebs der oberen Heizstrahler 9 mit der erhöhten Heizleistung die Heizleistung der unteren Heizstrahler 7 vorübergehend so stark verringert wird, daß eine vorgesehene Netzanschlußleistung der unteren und oberen Heizstrahler 7, 9 insgesamt nicht überschritten wird. Dadurch ist es möglich, die Netzanschlußleistung der Elektroheizung des Rollenofens 1 insgesamt auf den nor- malen Betriebszustand zu begrenzen, also die Sondersituation beim Einlaufen der kalten Glasplatte 6 auf die Keramikrollen 5 hinsichtlich der Netzanschlußleistung zu ignorieren. Die weit höhere Heizleistung der oberen Heizstrahler 9 während dieser Phase des Verfahrens wird dadurch kompensiert, daß die unteren Heizstrahler 7 mit niedrigerer Heizleistung betrieben oder sogar ganz ab- geschaltet werden. Die Trägheit des unteren Keramikträgers 8 und der Kera- mikrollen 5, also letztlich deren hohe Wärmekapazität, erlauben diese Verfahrensweise ohne Schaden für das Verfahren insgesamt.

Das zuvor beschriebene, besondere Betriebsverfahren ist Gegenstand einer parallelen Patentanmeldung der vorliegenden Anmelderin, auf die hier verwiesen wird und deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird (Aktenzeichen DE 10 2005 047 434.9 vom 30. September 2005).

Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt dabei, daß die normale Arbeitstemperatur der unteren und oberen Keramikträger 8, 10 auf Werte zwischen 600 und 800 ⁰C, vorzugsweise zwischen 650 und 700 ⁰C, eingestellt wird. Oben sind als Beispiele bereits 670 ⁰C für den oberen Keramikträger 10 und 690 ⁰C für den unteren Keramikträger 8 angegeben worden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist im übrigen eine Abdek- kung 13 für den unteren Keramikträger 8 vorgesehen, so daß die Wärmestrahlung ausgehend vom unteren Keramikträger 8 vergleichsmäßig ist. Außerdem schützt die Abdeckung 13 die unteren Heizstrahler 7 gegen Verschmutzungen.

Für die normale Betriebstemperatur gilt im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel, daß diese auf Werte zwischen 600 und 700 ⁰C, insbesondere auf etwa 650 ⁰C, eingestellt wird. Letztlich haben also die Keramikrollen 5 am Ende des Erwärmungsprozesses eine nur ein wenig geringere Temperatur als die Glasplatte 6. Natürlich kann es da geringfügige Abweichungen, auch lokaler Art geben.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient nun dem computergestützten Optimieren des Betriebs des Rollenofens 1 dadurch, daß der Rollenofen 1 mit seinen wesentlichen Wärmespeichern möglichst zutreffend abgebildet und in seiner Funktionsweise simuliert wird.

Bei dem Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht (US 4,390,359

A), werden zwar Berechnungen bestimmter Wärmeströme von bestimmten Wärmespeichern vorgestellt und durchgeführt, auch wird auf eine stufenlose

Regelung entsprechender Heizleistungen hingewiesen. Die eigentliche Ermitt- - -

lung der optimalen Betriebsdaten des Rollenofens erfordert dort aber nach wie vor das Fahren von Testchargen mit Analyse der Bruchbilder resultierender Gläser.

Demgegenüber erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren das computergestützte Optimieren des Betriebs des Rollenofens 1 im Extremfall ganz ohne testweise gefahrene Glaschargen und Analyse von Bruchbildern.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst festgelegt, wel- che Wärmespeicher definiert und mit ihren verfahrensrelevanten Parametern vorgegeben werden. Es sind dies folgende Wärmespeicher:

- Wärmespeicher Heizung oben W_HO mit Temperatur Heizung oben T_HO,

- Wärmespeicher Keramik oben Wco mit Temperatur Keramik oben T_Co, - Wärmespeicher Glas oben W₀O mit Temperatur Glas oben TGO>

- Wärmespeicher Glas unten W_Gu mit Temperatur Glas unten T_Gu_>

- Wärmespeicher Rollen W_R mit Temperatur Rollen T_R,

- Wärmespeicher Keramik unten W_Cu mit Temperatur Keramik unten T_Cu,

- Wärmespeicher Heizung unten W_HU mit Temperatur Heizung unten T_HU,

Besondere Bedeutung kommt hier der Tatsache zu, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die durchgehende Glasplatte 6 in zwei Wärmespeicher W_GO und W_0U aufgeteilt wird. Der Wärmeaustausch zwischen diesen beiden Wärmespeichern erfolgt nur durch Wärmeleitung, das wird im weite- ren Verfahren berücksichtigt. Diese Aufteilung der Glasplatte 6 für die Zwek- ke der computergestützten Simulation in zwei Teilplatten erlaubt es, die Schüsselbildung (Durchbiegen) der Glasplatte 6 einigermaßen genau zu simulieren. Prinzipiell könnten auch mehrere Schichten der Glasplatte 6 in die Berechnungen aufgenommen werden, insbesondere drei Schichten für die Au- ßenflächen mit Druckspannungen und der Innenfläche mit Zugspannungen.

Weiter wird vorgegeben, daß die Heizleistung Netz für Heizung oben N_HO und die Heizleistung Netz für Heizung unten N_HU gestellt oder geregelt wird. Dazu später noch mehr. - -

Vorgegeben wird auch die Dicke der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge sowie deren Anfangstemperatur, von der aus der Aufheizvorgang beginnen soll. Da das Verfahren auch in einem Zweiofensystem für den zweiten Rollenofen eingesetzt werden kann, kann die Anfangstemperatur durchaus auch einmal 200 ⁰C betragen. Selbstverständlich vorgegeben wird auch die gewünschte Endtemperatur der Glasplatte 6.

Hinsichtlich der verfahrensrelevanten Parameter der Wärmespeicher sind insbesondere die Strahlungsflächen und Emissionsgrade relevant. Man kann die- se je nach Verfeinerung des erfindungsgemäßen Verfahrens in unterschiedlichen Stufen berücksichtigen.

Im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden konstruktionsbedingt folgende Strahlungsflächen und Emissionsgrade (der Emissionsgrad liegt zwischen 0 und 1) herangezogen:

Strahlungsfläche Heizung oben / Keramik oben,

Strahlungsfläche Keramik oben / Heizung oben,

Strahlungsfläche Keramik oben / Glas oben, Strahlungsfläche Glas oben / Keramik oben,

Strahlungsfläche Heizung oben / Glas oben,

Strahlungsfläche Glas oben / Heizung oben,

Strahlungsfläche Heizung unten / Keramik unten,

Strahlungsfläche Keramik unten / Heizung unten, Strahlungsfläche Abdeckung unten / Rollen,

Strahlungsfläche Rollen / Abdeckung unten,

Strahlungsfläche Abdeckung unten / Glas unten,

Strahlungsfläche Glas unten / Abdeckung unten,

Strahlungsfläche Rolle / Glas unten, Strahlungsfläche Glas unten / Rolle,

Emissionsgrad Keramik oben,

Emissionsgrad Heizung oben,

Emissionsgrad Heizung unten,

Emissionsgrad Keramik unten, Emissionsgrad Abdeckung unten,

Emissionsgrad Rollen. - -

Die Erwähnung der Strahlungsflächen und Emissionsgrade Abdeckung bezieht sich auf die Abdeckung 13 für den unteren Keramikträger 8, die, wenn vorhanden, nach Gewicht und spezifischer Wärme auch der Keramik zuge- schlagen werden kann, wobei dann für die von der Keramik im Unterofen ausgehenden Strahlung wiederum der Emissionsgrad der Abdeckung eingesetzt werden kann. Typische Abdeckungen sind durch Stahlblech oder durch Glaskeramik zu realisieren. Je nach Ausgestaltung des Rollenofens 1 und gewünschtem Annäherungsgrad des computergestützten Verfahrens kann man mit einer stärkeren oder weniger starken Aufteilung der Strahlungsflächen und Emissionsgrade arbeiten.

Hat man Wärmespeicher und zugehörige Werte für die wesentlichen Einflußgrößen bestimmt bzw. ermittelt und außerdem die Dicke der Glasplatte 6 so- wie deren angenommene Anfangstemperatur beim Einlaufen in den Rollenofen 1 vorgegeben und außerdem den Emissionsgrad Glas oben und Glas unten für die konkret vorgesehene Glasplatte 6 vorgegeben, so kann man die resultierenden Wärmeströme im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnen.

Dem Emissionsgrad Glas oben und Glas unten kommt deshalb besondere Bedeutung zu, weil in einem solchen Rollenofen 1, wie bereits oben erläutert, häufig auch oberseitig reflektierend beschichtete Glasplatten 6 (low-e-Glas) behandelt werden. Das kann man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfah- rens durch Wahl des entsprechenden Emissionsgrades als Einstellwert berücksichtigen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden alsdann zumindest folgende Wärmeströme berechnet:

Strahlung Heizung oben an Glas oben N_SHGO, Strahlung Heizung oben an Keramik oben N_SHCO> Strahlung Keramik oben an Glas oben N_SCGO, Wärmeleitung Glas oben /Glas unten N_LGG, Strahlung Keramik unten an Glas unten N_SCGU>

Strahlung Heizung unten an Keramik unten N_SHCU> Strahlung Keramik unten an Rollen N_SCRU_> Leitung Rollen an Glas unten N_LRGU, Strahlung Rollen an Glas unten N_SRGu_.

Um nun im Ergebnis die Temperaturdifferenz T_Gou zwischen der Temperatur Glas oben T_Go und der Temperatur Glas unten T_Gu über die Gesamtzeit, also über den gesamten Zeitraum der Erwärmung der Glasplatte auf ihre Betriebstemperatur, dem Wert Null anzunähern, kann man nach dem erfindungsgemäßen Optimierungsverfahren zweckmäßigerweise folgende Parameter einstel- len:

- Temperatursollwert Keramik oben T_Co, _SOLL

- Temperatursollwert Keramik unten T_cu, _SOLL

- Anfangsleistung Netz für Heizung oben N_HO - Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Anfangsleistung Netz für Heizung oben.

Hat man also vorweg die Glaseigenschaften, also Glasdicke, Emissionsgrad Glas oben, Emissionsgrad Glas unten und Anfangstemperatur der Glasplatte vorgegeben, so kommt man mit den vier Einstellparametern, die zuvor aufgeführt worden sind, für das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich aus. Bei dem weiter oben beschriebenen, bevorzugten Betriebsverfahren des Rollenofens 1 mit zwei Phasen hat die Einstellung der Temperatursollwerte Keramik oben und Keramik unten dabei nur für die zweite Phase mit geregelten Tem- peraturen der Keramik oben und Keramik unten Bedeutung. In der ersten Phase dieses besonderen Betriebsverfahrens, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren computergestützt simuliert werden kann, werden hingegen die Heizleistungen für die Heizung oben und für die Heizung unten nicht geregelt, sondern auf die gewünschten Werte eingestellt.

Insgesamt ist das erfindungsgemäße Verfahren selbst auf einem PC übersichtlich und leicht nachvollziehbar anzuwenden.

Für Chargen mit größeren Lücken, insbesondere wenn es sich um auf der Oberseite beschichtetes Glas handelt, hat die Wärmestrahlung von Heizung und Keramik oben auch eine nicht zu vernachlässigende Aufheizung der RoI- len sowie der Keramik unten zur Folge. Diese kann bei einer weiteren Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Berechnung weiterer Wärmeströme berücksichtigt werden, nämlich der Wärmeströme Strahlung Heizung oben an Rollen N_SHOR und/oder Strahlung Keramik oben an Rollen N_SCOR und/oder Strahlung Heizung oben an Keramik unten N_SHOC und/oder Strahlung Keramik oben an Keramik unten N_Scc-

Für das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren können noch weitere Werte vorgegeben werden, um einen höheren Grad an Genauigkeit zu errei- chen. Das können insbesondere Gewichte, Dichten, spezifische Wärmen und Wärmeleitfähigkeiten sowie geometrische Daten wie Rollendurchmesser und Rollenabstände für die einzelnen Wärmespeicher sein.

Bereits oben ist erläutert worden, daß nicht zwingend vorhanden, aber zweckmäßig Treibluftgebläse 11 oberhalb der Keramikrollen 5, d. h. oberhalb der Glasplatte 6 auf den Keramikrollen 5, und unterhalb der oberen Heizstrahler 9 angeordnet sind. Ist eine solche Konvektionszusatzheizung mit Treibluftgebläsen 11 vorgesehen, so empfiehlt es sich, diese durch die folgenden Wärmeströme im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu berücksich- tigen:

Konvektion Heizung an Glas oben N_KHGO» Konvektion Keramik an Glas oben N_RCGO»

Ferner empfiehlt es sich dann folgende Parameter einstellbar vorzusehen:

Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Konvektion, Druck für die Treibluftgebläse 11.

Diese Parameter berücksichtigen, daß es sich bei der Konvektionszusatzheizung empfiehlt, daß beim Einlaufen der kalten Glasplatte 6 auf die Keramikrollen 5 im Rollenofen 1 die Treibluftgebläse 11 eingeschaltet und dann gesteuert betrieben und zu gegebener Zeit wieder abgeschaltet werden. Die Leistung der Treibluftgebläse 11 kann in dieser Phase durch den Druck der Treib- luft beeinflußt werden. Laufzeit und Druck der Treibluft können unabhängig von der Steuerung der Heizleistung der oberen Heizstrahler 9 im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert (oder geregelt) werden. Was die oberen Heizstrahler 9 betrifft, so gilt in dem hier diskutierten Ausfuhrungsbeispiel, daß die erhöhte Arbeitstemperatur der oberen Heizstrahler 9 auf Werte bis zu 1100 ⁰C, insbesondere zwischen 800 und 1000 ⁰C, vorzugsweise zwischen 850 und 950 ⁰C, eingestellt wird. Hier läßt sich die beim Einlauf des kalten Glases erforderliche zusätzliche Heizleistung von vorzugsweise ca. 50 bis 70 kW/m² erreichen.

Dieses Verfahren läßt sich weiter durch eine Art "Vorheizen" der oberen Heizstrahler 9 optimieren. Dazu kann man vorsehen, daß die Heizleistung der oberen Heizstrahler 9 zum Erreichen der erhöhten Arbeitstemperatur bereits einige Sekunden, vorzugsweise etwa 5 bis 20 s, vor dem Einlaufen einer kalten Glasplatte 6 erhöht wird. Da während dieser Vorlaufzeit keine kalte Glasplatte 6 in der Wärmekammer 2 liegt, jedenfalls nicht nahe dem Einlauf 3, kann die gesamte Heizleistung in den Temperaturanstieg der oberen Heiz- strahier 9 umgesetzt werden, diese heizen mit maximaler Temperaturanstiegsgeschwindigkeit auf. Berücksichtigung finden sollte auch eine Begrenzung der Temperatur der Heizstrahler 7, 9, auf Werte wenig über 1000 ⁰C. Dies berücksichtigt die physikalische Besonderheit, daß normale Gläser bei Wärmestrahlungs-Temperaturen über 1000 °C für die Wärmestrahlung nahezu "durchsichtig" werden, also die Wärme nicht mehr aufnehmen.

Handelt es sich bei den Heizstrahlern 7, 9 um elektrische Widerstandsheizstrahler, so kann man vorsehen, daß während dieser Zeit der Stromfluß durch die unteren Heizstrahler 7 verringert oder ganz abgeschaltet wird, so daß auch insoweit die vorgesehene Netzanschlußleistung der oberen und unteren Heizstrahler 7, 9 insgesamt nicht überschritten wird.

In der Praxis bleiben die unteren Heizstrahler 7 häufig bis zu 30 % der Aufheizzeit abgeschaltet. Wegen des sehr trägen Wärmespeichers, den der untere Keramikträger 8 bildet, ändert sich die Temperatur dort jedoch nur mit der entsprechend geringen Temperaturänderungsgeschwindigkeit von unter 0,3 ⁰CVs. Der Temperaturabfall ist gering und läßt sich anschließend leicht wieder aufholen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum computergestützten Optimieren des Betriebs des Rollenofens 1 empfiehlt sich hierfür, daß als weite- - -

rer zu verändernder Parameter der zeitliche Vorlauf des Heizungsprogramms verändert wird.

Sowohl für die anfängliche erhöhte Heizleistung Heizung oben N_HO als auch für die erhöhte Heizleistung während des "Vorheizens" gilt, daß eine Einstellung eines einzelnen Wertes für eine bestimmte Zeit möglich ist oder eine vom höchsten Wert langsam abnehmende Heizleistung, evtl. auch eine Verbindung beider Komponenten. Das gilt in gleicher Weise für die Steuerung der Konvektionszusatzheizung (allerdings nicht im Rahmen eines Vorhei- zens).

Insgesamt wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Anlage selbst in einer mit einem entsprechenden Computer ausgerüsteten elektronischen Steuerung 14 umgesetzt.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird man typischerweise folgende Einheiten verwenden:

Temperatur: ⁰C

Wärmestrom: kW/m²

Heizleistung: kW

Spezifische Heizleistung: kW/m²

Speicherleistung : kWh/°C

Dicke: mm

Zeitdauer: sec; s

Druck: bar

Fläche: m²

Volumen: m³

Gewicht: kg

Dichte: kg/m³

Rollendurchmesser/Rollenabstand: m spezifische Wärme: kWh/kg°C

Dies sind für eine bestimmte Dimensionierung passende Dimensionen, in an- derer Dimensionierung können selbstverständlich andere Dimensionen verwendet werden. - -

Es kann nicht verhindert werden, daß die Keramikrollen 5 eine höhere normale Betriebstemperatur einnehmen, wenn Chargen mit geringerer Beladung gefahren werden oder größere Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Chargen vorliegen. Dies kann man durch verschiedene Veränderungen bestimmter Ein- Stellungen kompensieren. In der Praxis besonders gut nutzbar ist der zeitliche Vorlauf der erhöhten Heizleistung der oberen Heizstrahler 9. Das gilt insbesondere, wenn eine langsame Chargenfolge eingestellt ist. Dann hat man genügend zeitliche Lücken zwischen den Chargen, so daß der Vorlauf in der Wärmekammer 2 befindliche Glasplatten einer vorhergehenden Charge nicht beeinträchtigt. Interessant ist auch die Regelung über die Heizleistung der oberen Heizstrahler 9 durch eine Erhöhung derselben in der ersten Phase. Zur Kompensation der höheren Betriebstemperatur der Keramikrollen 5 eignet sich schließlich ferner der obere Keramikträger 10, weil er im Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens eine etwas höhere Temperaturän- derungsgeschwindigkeit hat, also etwas weniger träge ist als der untere Keramikträger 8. Im dargestellten Ausführungsbeispiel genügt die Temperaturänderungsgeschwindigkeit von ca. 2 °C/s für den oberen Keramikträger 10, um eine Verstellung in der gewünschten Weise bis zur nächsten Charge umzusetzen.

Insgesamt können so die Parameter abhängig von Chargenbeladung und Chargenfolge unterschiedlich eingestellt werden dergestalt, daß bei geringer Chargenbeladung und/oder langsamer Chargenfolge die dann höhere Betriebstemperatur der Keramikrollen 5 ausgeglichen wird. Die Ursache für die höhe- re normale Betriebstemperatur der Keramikrollen 5 bei geringer Chargenbeladung und/oder langsamer Chargenfolge liegt darin, daß die Keramikrollen 5 durch Wärmeleitung Wärme an die darauf rollende Glasplatte 6 abgeben. Passiert das seltener, so erreichen die Keramikrollen 5 eine höhere mittlere Betriebstemperatur.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt man die Chargenbeladung damit, daß bestimmte Wärmeströme und Wärmespeicher mit einem Faktor multipliziert werden. Insbesondere sind das die Wärmespeicher WGO und W_Gu sowie die Wärmeströme N_SHGO_> N_SCGO, N_SCGU, N_SRGU, N_LRGU, N_LGG und, so vorhanden, NKHGO und N_KCGO- - -

Für die Berechnung der Wärmeströme empfiehlt es sich zunächst, daß die Wärmeströme der Wärmestrahlung unter Anwendung des Stefan-Boltzmann- Gesetzes berechnet werden. In diesem Zusammenhang darf auf übliche Fachliteratur hingewiesen werden, beispielsweise auf die oben angegebene Literatur Gerthsen "Physik".

Die Basisformel für Wärmestrahlung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dann für die unterschiedlichen Wärmespeicher, die durch Wärmeströme miteinander gekoppelt sind, anzuwenden ist, lautet:

Ai ^≤ Λ_.2 ' Strahlungswirksame Fläche γγι ε; Absorptionskoeffizient

C = Strahlungskoeffizient für den schwarzen Körper

Für Heizleitertemperaturen über 800 ⁰C muß ferner der Transmissionsfaktor des Glases berücksichtigt werden (Planck'sches Verteilungsgesetz; Transmis- sionskennlinie des Glases über der Wellenlänge der Strahlung).

Typische Absorptionskoeffizienten sind für unbeschichtetes Glas 0,94, für Keramik 0,9 und für Stahlblech ebenfalls etwa 0,9. Beschichtetes Glas kann gelegentlich einen Absorptionskoeffizienten von nur 0, 1 haben. Man kann sich vorstellen, welch erhebliche Einflüsse hinsichtlich der Schüsselbildung dann zu bewältigen sind. - -

Für die Wärmeleitung empfiehlt es sich, daß die Wärmeströme nach der Formel Temperaturdifferenz durch Wärmedurchgangswiderstand berechnet werden. Hier gilt die allgemeine Formel:

Für die Wärmeleitung von Glas oben nach Glas unten kann man beispielsweise folgendes berechnen:

J) = Glasdicke in mm

kW

Wärmeleitfähigkeit Glas Ac ⁼ 0.8 ' 10 m °C

Wärmeleitung ist auch ein maßgeblicher Faktor für den Wärmestrom von den Keramikrollen 5 in die Glasplatte 6. Hier gilt im Grundsatz dieselbe allgemeine Formel wie oben, wobei der Wärmeübergangswiderstand doppelt anzuset- - -

zen ist und die linienförmige Berührung durch eine entsprechende Berechnungsformel berücksichtigt wird.

Das Keramikmaterial der Keramikrollen 5 hat einen vergleichsweise hohen Wärmewiderstand, also eine vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit, die jedenfalls auch stark temperaturabhängig ist. Folglich kann man eine Optimierung der Berechnung dieses wesentlichen Wärmespeichers dadurch erzielen, daß man die Keramikrollen 5 in eine Mehrzahl, beispielsweise drei oder vier konzentrische Rohre mit gleichem Volumen aufteilt. Dann sind mehrere un- tergeordnete Wärmeströme und mehrere untergeordnete Temperaturen zu berechnen, die in den Prozeß der Glaserwärmung insgesamt über die Temperatur der Rollenoberfläche eingebunden werden.

Im Rahmen der Erfindung wird schließlich vorgesehen, daß die Wärmeströme der Wärmekonvektion nach der Formel Temperaturdifferenz mal Wärmeübergangszahl berechnet werden, wobei die Wärmeübergangszahl das Produkt einer Konstanten, dem Abstandsfaktor, der Treibluftverstärkung und der Düsenaustrittsgeschwindigkeit der Treibluftgebläse 11 ist.

Die Berechnung der Konvektion ergibt sich aus folgender Formel:

Wärmeübergangszahl a = 7,12 ^• 10^{" •} ]ty LG

W _IG = wirksame Luftgeschwindigkeit am Glas W_LC = K_ABS ' W_L; K_ABS = 0,33 Abstandsfaktor

W_L = K_TLG • W_TL; Luftgeschwindigkeit am Austritt der Treibluftgebläse

W _TL ⁼ Düsenaustrittsgeschwindigkeit - -

Für ein konkretes Treibluftgebläse 11 des zuvor angesprochenen Standes der Technik ergibt sich die Wärmeübergangszahl α bei einem Treibluftdruck von 1 bar zu etwa 0,032 und bei einem Treibluftdruck von 2 bar zu etwa 0,039. Drücke über 2 bar sind bei dem hier diskutierten Treibluftgebläse 11 nicht sinnvoll, weil die Strömungsgeschwindigkeit der Treibluft in jedem Fall unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleiben muß, um die auftretenden Effekte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren rechnerisch berücksichtigen zu können. Bei anders konstruierten Treibluftgebläsen mag man zu anderen Maximaldrücken kommen, ohne an dieser physikalischen Tatsache etwas zu än- dem.

Die zuvor angegebene Formel stellt eine erste, zugegebenermaßen noch relativ grobe Näherung dar, die weiter verfeinert werden kann.

Zum einen kann man weiter berücksichtigen, daß an sich die wirksame Luftgeschwindigkeit am Glas W_LG je Treibluftgebläse 11 über eine kreisscheibenförmige Anblasfläche auf der Oberseite der Glasplatte 6 als mittlere effektive Geschwindigkeit berechnet werden sollte. Der zuvor genannte Faktor von 7,12 ^• 10^'3 ist somit mit einem Term zu multiplizieren, der die Integration über die kreisscheibenförmige Anblasfläche berücksichtigt. Im übrigen gilt dieser Faktor mit hinreichender Genauigkeit nur für Treibluftgebläse, bei denen die Luftgeschwindigkeit am Austritt des Treibluftgebläses W_L > 8 m/s ist. Für darunter liegende Werte ergibt sich ein etwas komplizierterer Rechnungsweg.

Bei allem ist zu berücksichtigen, daß bei der hier berechneten Einheitsfläche eines Rollenofens von 1 m² das Ergebnis für ein Treibluftgebläse 11 noch mit der Anzahl der Treibluftgebläse 11 pro m² des betroffenen Rollenofens multipliziert werden muß.

Bei einer genaueren Betrachtung ist weiter interessant, daß man die Berechnungen so ausführen sollte, daß die wirksame Luftgeschwindigkeit am Glas W_LG proportional zur Temperatur (absolute Temperatur) der Ofenluft und umgekehrt proportional zur Wurzel der Temperatur (absolute Temperatur) der Treibluft vor der Düse des Treibluftgebläses 1 1 sowie integriert über eine kreisscheibenformige Anblasfläche auf der Oberseite der Glasplatte 6 als Geschwindigkeitsmittelwert berechnet wird. Diese Erkenntnis führt dazu, daß - -

man mit möglichst kühler Treibluft des Treibluftgebläses 11 arbeiten sollte, aber mit möglichst heißer Ofenluft. Das widerspricht den bislang in der Praxis verbreiteten Erkenntnissen, bei denen man nämlich davon ausging, daß die Temperatur der Treibluft hoch sein sollte.

Letztlich ist es vergleichsweise kompliziert, die Wärmeübergangszahl mit den zuvor erläuterten Integrationsrechnungen mathematisch korrekt zu berechnen. In der Praxis spielen so viele Einflußfaktoren eine Rolle, daß man diese nur schwierig berücksichtigen kann. Somit kann es sich empfehlen, die im Ver- fahren später genutzten Zusammenhänge für die Berechnung der Wärmeübergangszahl empirisch anhand von Messungen der Konvektionsleistungen der Treibluftgebläse 11 zu ermitteln und beispielsweise in einer einfachen quadratischen Näherung für den normalen Betriebsbereich des Rollenofens zu programmieren.

Eine Aufteilung in verschiedene Konvektionskomponenten ergibt sich beispielsweise wie folgt:

Konvektion N_KHGO von der Heizung Oberofen T_Ho zum Wärmespeicher Glas oben W_Go

Konvektion N_KCGO ^V(>ⁿ der Keramik im Oberofen zum Wärmespeicher

N KCGO = 1/2⁽X (Tc₀ -T₀₀)

In den zuvor wiedergegebenen Formeln, die auf einem stark vereinfachten Berechnungsmodell beruhen, muß man berücksichtigen, daß die Konvektion unter Nutzung der Ofenluft stattfindet, tatsächlich also zwei Wärmeübergänge stattfinden, zum einen von der Heizung oder der Keramik auf die Ofenluft, zum anderen von der Ofenluft auf das Glas. Die Vereinfachung berücksichtigt dies durch den Faktor Vi in den oben genannten Formeln.

Eine erhöhte Genauigkeit erreicht man, wenn man die Wärmeströme N_KHGO und N_KCGO unter Berücksichtigung der konvektionswirksamen Flächen von Heizung oben und Keramik oben sowie der Temperatur der Ofenluft berechnet.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, das computergestützt ausgeführt wird, werden die Temperaturänderungen an verschiedenen Wärmespeichern durch Zu- und Abfuhr von Wärmeströmen in einer bestimmten Zeitspanne berechnet. Dabei gilt beispielsweise für die Temperaturänderung am Wärmespeicher Heizung oben W_HQ:

T _ \ HO N SHGO N KHGO N SHCO' . TT T _ ^ ^j

¹ HO ~ U W/ ' W HO ~ C WH ^' V HO ^' H H

HO

Ciw' spezifische Wärme Heizung oben

V _{HO >} Volumen Heizung oben

P π; Dichte Heizung oben

In diesem Zusammenhang gilt im übrigen, daß die Heizleistung Netz für Heizung oben N_HO in einer ersten Phase mit erhöhter Heizleistung eingestellt, während der restlichen Heizzeit über die Temperatur Keramik oben Tco gere- gelt wird mit der Heizleistung Netz für Heizung oben N_Ho als Stellgröße.

Für die Temperaturänderung am Wärmespeicher Heizung unten W_HU gilt hingegen:

Hat man elektrische Widerstandsheizstrahler als Heizstrahler 7, 9 im Rollenofen 1, so kann man vorsehen, daß die Heizleistung Netz für Heizung unten N_HU auf die Differenz von Netzanschlußleistung und Heizleistung Netz für - -

Heizung oben N_Ho oder auf Null geregelt wird, wenn die Summe der berechneten Heizleistungen oben und unten N_Ho_> N_HU die Netzanschlußleistung überschreitet. Mit dieser speziellen Steuerung der Heizleistungen wird die weiter oben beschriebene und vorteilhafterweise verwirklichte Begrenzung auf die installierte Netzanschlußleistung erreicht.

Man kann nicht immer davon ausgehen, daß die Meßfühler zur Messung der Temperaturen der Keramiken in den Keramiken selbst positioniert sein können. Zu berücksichtigen ist folglich, daß die von nicht in der Keramik ange- ordneten Meßfühlern gemessene Temperatur interpretiert wird, indem der Einfluß aller Temperaturen von Wärmespeichern mit den strahlungsrelevanten Flächen und der Chargenbeladung auf den jeweiligen Meßfühler berechnet wird.

Letztlich ergeben sich für die Temperaturänderungen am Wärmespeicher Glas oben W_0O und am Wärmespeicher Glas unten W_GU bei einem vollständig umgesetzten erfindungsgemäßen Verfahren folgende Gleichungen:

- -

Schließlich sind die typischen Wärmekapazitäten und Temperaturänderungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Wärmespeicher von Interesse. In einem durchgerechneten, einigermaßen typischen Beispiel eines Rollenofens 1 kann dabei folgendes gelten:

Daraus resultieren die entsprechenden Folgerungen für das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren. Man sieht auch hier, von wie wesentlicher Bedeutung die Aufteilung der Glasplatte 6 bzw. der Glasplatten einer Charge der Länge nach in mindestens zwei Teile, also Glas oben und Glas unten, ist.

Die Zusammenhänge von Wärmespeichern, Wärmeströmen und Temperaturen erschließen sich bildlich aus der Blockdarstellung in Fig. 3, die nach den voranstehenden Ausführungen weiterer Erläuterungen nicht bedarf. Der Ver- bindungspunkt zwischen Oberofen und Unterofen konzentriert sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens im Wärmestrom N_LGG innerhalb der Glasplatte 6 bzw. der Charge von Glasplatten. Dies gilt in Strenge nur bei vollständiger Belegung und sonstigen optimalen Randbedingungen. Ansonsten gibt es einige Leck- Wärmeströme, die bei einer höheren Genauigkeit des Optimierungsverfahrens berücksichtigen werden können. - -

Zur Vereinfachung der Berechnungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens empfiehlt es sich, daß die Kurvenverläufe von Temperaturkurven durch Polygonzüge angenähert werden.

Grundsätzlich kann man die Berechnungen mit Differentialgleichungen ausführen. Die dann resultierenden Berechnungen sind jedoch relativ komplex. Außerdem sind die einzelnen Koeffizienten in den Gleichungen nicht sehr gut nachvollziehbar. Aus diesem Grunde ist ein optimiertes erfindungsgemäßes Verfahren so konzipiert, daß die Temperatur des jeweiligen Wärmespeichers über die Zeit als Summe linearer Zeit-Temperatur- Abschnitte errechnet wird, insbesondere nach der Formel

wobei N die Summe der zu dem und von dem Wärmespeicher strömenden Wärmeströme ist. Das entspricht dem oben angesprochenen Polygonzug. Die zuvor angegebene allgemeine Formel wird für jeden der betroffenen Wärmespeicher angewandt, um im Rahmen des erfindungsgemäßen Optimierungsverfahrens die resultierenden Temperaturen der Wärmespeicher zu ermitteln. Dabei ist C_w die spezifische Wärme des betroffenen Wärmespeichers und G sein Gewicht.

Wählt man die Zeitintervalle Δt zu groß, so kann es wegen der starken Nicht- linearität der zugrundeliegenden Berechnungsgleichungen (vierte Potenz bei Stefan-B oltzmann) geschehen, daß die Simulation in eine Schwingung gerät. Dementsprechend ist vorzusehen, daß die Größe der Zeitintervalle Δt so klein gewählt wird, daß trotz starker nichtlinearer Vorgänge keine Schwingungserregung eintritt.

Im Zusammenhang mit dem weiter oben erläuterten Verfahren mit unterschiedlicher Chargenbeladung und Chargenfolge kann man im übrigen zweckmäßigerweise vorsehen, daß für den eingeschwungenen Zustand des Verfahrens in der n-ten Charge die Temperaturen der Wärmespeicher iterativ berechnet werden. Beispielhaft wird bei einer Glasplatte 6 einer Dicke von 4 mm die Größe der Zeitintervalle Δt bei ungefähr 2 s liegen bei einer Gesamtzeit zur kompletten Erwärmung der Glasplatte 6 von 200 s. Beispielhaft wäre eine entsprechende Größenbestimmung der Zeitintervalle Δt mit 7 s bei einer Gesamtzeit von ca. 1000 s angebracht, wo eine Glasplatte 6 einer Dicke 15 mm auf die gewünschte Temperatur von 650 ⁰C erwärmt werden soll.

Die oben angegebenen Zeitintervalle ergeben sich aus der Anwendung von insgesamt 100 Zeitintervallen für die Gesamtzeit. In der Praxis hat es sich jedoch als zweckmäßiger erwiesen, mit einer größeren Anzahl von Zeitintervallen für die jeweilige Gesamtzeit zu arbeiten, insbesondere mit 600 Zeitintervallen. Das würde im obigen Beispiel dann zu einer Länge der Zeitintervalle von 0,33 s bzw. 1,66 s führen.

Fig. 4a zeigt den Erwärmungsverlauf einer Glasplatte 6 von 1 m² mit einer Glasdicke von 4 mm in einem Rollenofen 1, ohne daß eine Veränderung von Parametern im Sinne einer Optimierung stattgefunden hat. Die links liegende Skala gilt für die Kurven TQ_O und TQ_U* die rechts liegende Skala für die Kurve der Temperaturdifferenz T_Gou-

Neben der Glasdicke von 4 mm sind hier die Solltemperatur Keramik oben mit 670 °C und die Solltemperatur Keramik unten mit 690 ⁰C eingegeben worden. Die Glasplatte 6 soll nicht beschichtet sein, so daß sich der Emissi- onsgrad Glas oben und Glas unten mit 0,94 ergibt. Die Anfangstemperatur des Glases wurde auf 20 ⁰C eingestellt, die Chargenbelegung mit 70 % vorgegeben.

Man erkennt, daß die Temperaturdifferenz sich zwischen -25 ⁰C und +4 ⁰C bewegt. Die Schüsselbildung der Glasplatte 6 würde definitiv zu Glasbruch führen.

Fig. 4b zeigt den gleichen Erwärmungsverlauf, nun jedoch mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren optimierten Parametern.

Zunächst sind auch hier die Glasdicke von 4 mm und die Solltemperatur Keramik oben mit 670 ⁰C und die Solltemperatur Keramik unten mit 690 ⁰C ein- - -

gegeben worden. Die Anfangstemperatur des Glases wurde auch hier auf 20 °C eingestellt, die Chargenbelegung mit 70 % vorgegeben.

Eine höhere Anfangstemperatur des Glases kann beispielsweise bei einem Zweiofensystem vorgegeben sein, bei dem dieses Verfahren im zweiten Rollenofen 1 durchgeführt wird, dem bereits auf eine beachtliche Temperatur vorerwärmtes Glas zugeführt wird.

Zusätzlich sind nun folgende Parameter eingestellt worden:

Erhöhte Heizleistung Netz für Heizung oben N_H(> 35 kW Erhöhte Heizleistung Netz für Heizung oben N_Ho, Zeitdauer: 39 S. Abfallende erhöhte Heizleistung N_Ho, Ende: 70 S (Endzeitpunkt; die Länge dieser Phase entspricht also 31 s.). Konvektionszusatzheizung, Zeitdauer: 20 S. Treibluftdruck: 1,0 bar

Abfallender Treibluftdruck, Zeitdauer: 70 S. Heizungsvorlauf oben, Zeitdauer: 10 S.

Jetzt liegt die Temperaturdifferenz nur noch zwischen -2 ⁰C und +4 ⁰C. Die resultierende Aufwölbung der Glasplatte 6 liegt zwischen -0,4 mm und 0,8 mm, was im Hinblick auf Glasfehler ohne weiteres akzeptabel ist.

Übliche Glasdicken für Rollenöfen der in Rede stehenden Art liegen zwischen 3 mm und etwa 20 mm, mitunter auch noch um einiges darüber.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das die Kurven der den Heizstrahlern 7, 9 zugeführten Heizleistungen über die Zeit zeigt. Die mit "7" bezeichnete strichpunktierte Kurve zeigt die Heizleistung der unteren Heizstrahlern 7, die mit "9" bezeichnete gestrichelte Kurve die den oberen Heizstrahlern 9 zugeführte Heizleistung. Die mit G bezeichnete durchgezogene Kurve zeigt die Gesamtheizleistung der unteren und oberen Heizstrahler 7, 9. Da hier ein erfindungsgemäßes optimiertes Verfahren angewandt worden ist, reicht die Netzanschlußleistung von 55 kW/m² aus, obwohl die Summe der installierten Heiz- leistungen bei 70 kW/m² liegt. Man kann zunächst davon ausgehen, daß die Einstellung der oben angegebenen Parameter manuell durch eine Bedienungsperson erfolgt.

In einer weiter ausgebauten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens kann man auch vorsehen, daß eine, vorzugsweise prozeßfolgende, Einstellung und Verstellung der Sollwertparameter Temperatursollwert Keramik oben T_Co, _SOL_L* Temperatursollwert Keramik unten T_Cu_{, SOLL»} Anfangsleistung Netz für Heizung oben N_HO5 Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Anfangsleistung Netz für Heizung oben, und, ggf., Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Konvektion, Druck für die Treibluftgebläse, zeitlicher Vorlauf für die oberen Heizstrahler, Chargenbeladung und Chargenfolge, automatisch mittels des Computerprogramms erfolgt. Insbesondere empfiehlt es sich dabei, zur Vereinfachung der Berechnungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfah- rens, wie schon bei den Kurvenverläufen der Temperaturkurven, eine stufenweise Berechnung der Sollwertparameter für die Konvektion als Folge einzelner Zeit-Luftdruck- Abschnitte durchzuführen. Beispielsweise kann man mit 50 bis 100 Wertepaaren des Sollwertes für den Treibluftdruck über der Zeit bei einer Gesamt-Zeitdauer von ca. 200 s eine vorzügliche und schnelle Be- rechnung gewährleisten.

Vom Ablauf der Berechnungen her hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Berechnung der Sollwertparameter in zwei Abschnitten durchzuführen, die sich beide in unterschiedlicher Weise an der Temperaturdifferenz Glas oben/unten T_Gou orientieren. Dementsprechend ist nach bevorzugter Lehre vorgesehen, daß die automatische Berechnung zunächst derjenigen S oll wertparameter erfolgt, die nichts mit der Konvektion zu tun haben, mit der Vorgabe, die Temperaturdifferenz Glas oben/unten T_Gou zum Ende der Heizzeit hin i.w. zu Null werden zu lassen und insbesondere während der letzten zwei Drittel der Heizzeit nahe Null zu halten und daß die Annäherung der Temperaturen Glas oben T_Go und unten T_Gu am Anfang und insbesondere im ersten Drittel der Heizzeit mittels der die Konvektion betreffenden Sollwertparameter, insbesondere des zeitlichen Verlaufs des Druckes für die Treibluftgebläse, durchgeführt wird. Mit dieser Methode nutzt man die Möglichkeiten der Steuerung und Regelung der verschiedenen Wärmequellen mit ihren besonderen Eigenschaften optimal aus. - -

Besonders bevorzugt ist es, wenn in einer weiteren Ausbaustufe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Chargenbeladung nicht vom Bediener eingegeben, sondern ebenfalls computergestützt automatisch ermittelt wird. Diese Ermittlung der Chargenbeladung sollte tunlichst zeitlich so weit vor Einlaufen der Charge in die Wärmekammer 2 des Rollenofens 1 erfolgen, daß eine ggf. realisierte Vorlaufzeit (Anspruch 7) Berücksichtigung finden kann. In einer ersten Variante des so optimierten Verfahrens kann man vorsehen, daß die Chargenbeladung durch Abtasten der Glasplatten 6 einer Charge auf einem Aufgaberollgang - Beladestation T - des Rollenofens 1 erfaßt und darauf ba- sierend berechnet wird. Noch zweckmäßiger erscheint eine Erfassung mit digitaler Bilderfassung und -Verarbeitung beispielsweise mittels einer Videokamera und eines entsprechenden Auswertungsprogramms. Die Bilderfassung erfolgt am Aufgaberollgang - Beladestation 1' -, und rechtzeitig vor Einlaufen der Charge in die Wärmekammer 2 steht fest, welche Lücken die Chargenbe- ladung läßt. Das wiederum erlaubt dann die Korrektur im Rahmen des computergestützten Verfahrens durch Berücksichtigung beispielsweise der weiteren Wärmeströme von Anspruch 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens in einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas kann dazu führen, daß die errechneten Sollwertparameter von einem Bediener von Hand in die Steuerung des Rollenofens, in der Praxis häufig Automatisierungsgerät genannt, eingegeben werden. Nach besonders bevorzugter Lehre der Erfindung wird das Verfahren aber in das gesamte Steuerungs- System des Rollenofens eingebettet dergestalt, daß die im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23 errechneten Sollwertparameter mittels Rechnerkopplung an ein Automatisierungsgerät des Rollenofens übergeben werden.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren empfiehlt sich ei- ne direkte Online-Temperaturmessung der Temperatur an der Oberseite der noch im Rollenofen 1 befindlichen Glasplatte 6. Ein speziell dafür bestimmter und geeigneter Wärmestrahlungssensor, der die hohe Hintergrundstrahlung im Rollenofen 1 korrigiert, ist Gegenstand einer weiteren parallelen Patentanmeldung (DE 10 2005 047 432.2 vom 30. September 2005) des vorliegenden Anmelders, auf die hier ausdrücklich hingewiesen wird. - -

Für die zuvor geschilderte Simulation sowie für die zuvor dargestellten automatischen Berechnungen der Sollwertparameter ist die Position der Temperaturmeßfühler im Oberofen und Unterofen von erheblicher Bedeutung.

Die gesamten voranstehenden Darstellungen, soweit es sich um Zahlenangaben handelt, beziehen sich auf einen Musterofen mit einer Fläche von 1 m².

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre wird ein Verfahren zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens 1 beschrieben. Ein sol- ches Verfahren konkretisiert sich in einem Computerprogramm mit Programmitteln mit den Merkmalen von Anspruch 25. Ein solches Computerprogramm wird handelsfähiges Produkt dadurch, daß es auf einem computerlesbaren Datenträger gemäß Anspruch 26 gespeichert vorliegt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum computergestützten Optimieren des Betriebs eines Rollenofens in einer Anlage zur Wärmebehandlung von Flachglas, wobei der Rollenofen (1) aufweist a) Keramikrollen (5) zur Lagerung und Förderung einer Glasplatte (6) bzw. der Glasplatten einer Charge von Glasplatten, b) untere Heizstrahler (7) unterhalb der Keramikrollen (5) und einen unteren Keramikträger (8) für die unteren Heizstrahler (7), c) obere Heizstrahler (9) oberhalb der Keramikrollen (5) und einen oberen

Keramikträger (10) für die oberen Heizstrahler (9), d) ggf. Treib luftgebläse (11) oberhalb der Keramikrollen (5) und unterhalb der oberen Heizstrahler (9), wobei die Keramikrollen (5), die Heizstrahler (7, 9) und die Keramikträger (8, 10) als Wärmespeicher wirken, von denen ausgehende Wärmeströme durch Strahlung, Leitung und Strömung (Konvektion) die Glasplatte (6) erwärmen, und wobei die Keramikrollen (5) und die Glasplatte (6) im temperaturausgeglichenen Zustand des Ofens bei im wesentlichen vollständig aufgeheizter Glas- platte (6) ungefähr die gleiche normale Betriebstemperatur einnehmen und wobei die Zeit bis zur gleichmäßigen Erwärmung der Glasplatte (6) bzw. der Glasplatten einer Charge auf deren normale Betriebstemperatur als Gesamtzeit definiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest folgende Wärmespeicher definiert und mit ihren verfahrensrelevanten Parametern vorgegeben werden: a) Wärmespeicher Heizung oben (W_Ho) mit Temperatur Heizung oben

(THO), b) Wärmespeicher Keramik oben (Wco) mit Temperatur Keramik oben (Tco), c) Wärmespeicher Glas oben (W_Go) mit Temperatur Glas oben (T_G0), d) Wärmespeicher Glas unten (W_GU) mit Temperatur Glas unten (T_GU)_> e) Wärmespeicher Rollen (W_R) mit Temperatur Rollen (T_R), f) Wärmespeicher Keramik unten (W_Cu) mit Temperatur Keramik unten (Tcu), - 7 -

g) Wärmespeicher Heizung unten (W_HU) mit Temperatur Heizung unten

daß die Heizleistung Netz für Heizung oben (N_Ho) und die Heizleistung Netz für Heizung unten (N_HU) gestellt oder geregelt wird, daß die Dicke der Glasplatte (6) bzw. der Glasplatten einer Charge sowie deren Anfangstemperatur vorgegeben werden,

daß zumindest folgende Wärmeströme berechnet werden: a) Strahlung Heizung oben an Glas oben (N_SHGO)_> b) Strahlung Heizung oben an Keramik oben (N_SHco)_> c) Strahlung Keramik oben an Glas oben (N_SCGO), d) Wärmeleitung Glas oben /Glas unten (N_LGG)_> e) Strahlung Keramik unten an Glas unten (N_SCGU)_> f) Strahlung Heizung unten an Keramik unten (NSHCU), g) Strahlung Keramik unten an Rollen (N_SCRUX h) Leitung Rollen an Glas unten (N_LRGU)_> i) Strahlung Rollen an Glas unten (N_SRGU),

daß die Temperaturdifferenz (T_Gou) zwischen der Temperatur Glas oben (T_GO) und der Temperatur Glas unten (TQ_U) über die Gesamtzeit dem Wert Null angenähert wird, indem folgende Parameter eingestellt werden: a) Temperatursollwert Keramik oben (T_Co, _SOLL) b) Temperatursollwert Keramik unten (T_Cu, _SOLL) c) Anfangsleistung Netz für Heizung oben (N_Ho) d) Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Anfangsleistung Netz für Heizung oben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Wärmeströme berechnet werden:

Strahlung Heizung oben an Rollen (N_SHOR), und/oder

Strahlung Keramik oben an Rollen (N_SCOR)_> und/oder Strahlung Heizung oben an Keramik unten (N_SHOC)_> und/oder

Strahlung Keramik oben an Keramik unten (Nscc)- - -

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als verfahrensrelevante Parameter der Wärmespeicher zumindest deren

Strahlungsflächen und Emissionsgrade vorgegeben werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Abdeckung (13) für den unteren Keramikträger (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ferner der Emissionsgrad Abdeckung unten vorgegeben wird und die

Strahlungsflächen Keramik unten bezüglich Rolle und Glas als Strahlungsflä- che der Abdeckung vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die meisten oder alle Wärmespeicher ferner die Dichte, die spezifische Wärme und die Wärmeleitfähigkeit vorgegeben werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, bei einem Rollenofen (1) mit Treibluftgebläsen (11), ferner folgende Wärmeströme berechnet werden: j) Konvektion Heizung an Glas oben (N_KHGO), k) Konvektion Keramik an Glas oben (N_KCGO), und folgende Parameter zur Optimierung der Temperaturdifferenz (TQ_OU) ^em- gestellt werden: e) Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Konvektion, f) Druck für die Treibluftgebläse (11).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung Netz für Heizung oben (N_Ho) zum Erreichen einer erhöhten Arbeitstemperatur der oberen Heizstrahler (9) bereits einige Sekunden, vorzugsweise etwa 5 bis 20 s, vor dem Einlaufen einer kalten Glasplatte (6) in den Rollenofen (1) erhöht wird und daß als weiterer zu verändernder Parameter dieser zeitliche Vorlauf eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endtemperatur der Glasplatte (6) bzw. der Glasplatten einer Charge als weiterer zu verändernder Parameter eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von Chargenbeladung und Chargenfolge ein Vorheizen gemäß Anspruch 7 und/oder die erhöhte Heizleistung der oberen Heizstrahler (9) und/oder die Arbeitstemperatur des oberen Keramikträgers (10) bzw. des unteren Keramikträgers (8) unterschiedlich eingestellt werden dergestalt, daß bei geringer Chargenbeladung und/oder langsamer Chargenfolge die dann höhere Betriebstemperatur der Keramikrollen (5) ausgeglichen wird und daß die Chargenbeladung dadurch berücksichtigt wird, daß die passenden Wärmespeicher und Wärmeströme mit einem entsprechend passenden Faktor multipliziert werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeströme der Wärmestrahlung unter Anwendung des Stefan- Boltzmann-Gesetzes berechnet werden, wobei für Temperaturen über 800 ⁰C das Planck'sche Verteilungsgesetz sowie die Transmissionskennlinie des Glases über der Wellenlänge der Strahlung Berücksichtigung findet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeströme der Wärmeleitung nach der Formel Temperaturdifferenz durch Wärmedurchgangswiderstand berechnet werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeströme der Wärmekonvektion je Treibluftgebläse (11) nach der Formel Temperaturdifferenz mal Wärmeübergangszahl berechnet werden, wobei die Wärmeübergangszahl das Produkt eines Faktors mit der mittleren Luftgeschwindigkeit am Glas (W_LG) ist, wobei, vorzugsweise, entweder die mittlere Luftgeschwindigkeit am Glas (W_LG) als Produkt des Abstandsfaktors, der Treibluftverstärkung und der Düsenaustrittsgeschwindigkeit des Treibluftgebläses (11) errechnet wird, oder die mittlere Luftgeschwindigkeit am Glas (W_LG) aus den Massenströmen am Austritt der Düse des Treibluftgebläses (11) und am Austritt des Treibluftgebläses (11) derart errechnet wird, daß die wirksame Luftgeschwindigkeit am Glas (W_LG) proportional zur Temperatur der Ofenluft und umgekehrt proportional zur Wurzel der Temperatur der Treibluft vor der Düse des Treibluftgebläses (11) sowie integriert über eine kreisscheibenförmige Anblasfläche auf der Oberseite der Glasplatte (6) als Geschwindigkeitsmittelwert berechnet wird, oder die mittlere Luftgeschwindigkeit am Glas (W_LG) experimentell als insbesondere quadratische Näherung aus durchgeführten Messungen der Wärme- konvektionsleistung der Treibluftgebläse (11) bestimmt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzeit in eine erste Phase und eine zweite Phase aufgeteilt wird, daß die Heizleistung Heizung oben (N_Ho) in der ersten Phase mit erhöhter Heizleistung eingestellt wird, und daß die Heizleistung Heizung oben (N_Ho) in der zweiten Phase über die Temperatur Keramik oben (T_Co) geregelt wird mit der Heizleistung Heizung oben (N_HO) als Stellgröße.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Voraussetzung, daß als elektrische Widerstandsheizstrahler ausgeführte Heizstrahler (7, 9) im Rollenofen (1) vorgesehen sind, die Heizleistung Heizung unten (N_Hu) auf die Differenz von Netzanschlußleistung und Heizleistung Heizung oben (N_H0) oder auf Null gestellt wird, wenn die Summe der berechneten Heizleistungen oben und unten (N_Ho, N_HU) die Netzanschlußleistung überschreitet.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von nicht in der Keramik angeordneten Meßfühlern gemessene Temperatur interpretiert wird, indem der Einfluß aller Temperaturen von Wärme- speichern mit den strahlungsrelevanten Flächen und der Chargenbeladung auf den jeweiligen Meßfühler berechnet wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des jeweiligen Wärmespeichers über die Zeit als Summe linearer Zeit-Temperatur-Abschnitte errechnet wird, insbesondere nach der Formel

wobei N die Summe der während eines Zeitintervalls zu dem und von dem Wärmespeicher strömenden Wärmeströme ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Zeitintervalle Δt so klein gewählt wird, daß trotz starker nichtlinearer Vorgänge keine Schwingungserregung eintritt.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den eingeschwungenen Zustand des Verfahrens in der n-ten Charge die Temperaturen der Wärmespeicher iterativ berechnet werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise prozeßfolgende Einstellung und Verstellung der Sollwertparameter Temperatursollwert Keramik oben (T_{co> SOLL}), Temperatur- soliwert Keramik unten (T_Cu, _SOLL), Anfangsleistung Netz für Heizung oben (N_HOX Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Anfangsleistung Netz für Heizung oben, und, ggf., Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Konvekti- on, Druck für die Treibluftgebläse, zeitlicher Vorlauf für die oberen Heizstrahler, Chargenbeladung und Chargenfolge, automatisch mittels des Computerprogramms erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertparameter Zeitdauer und/oder zeitlicher Verlauf der Konvek- tion und Druck für die Treibluftgebläse als Folge einzelner Zeit-Druck- Abschnitte ermittelt und vorgegeben werden.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Berechnung zunächst derjenigen Sollwertparameter erfolgt, die nichts mit der Konvektion zu tun haben, mit der Vorgabe, die Temperaturdifferenz Glas oben/unten (T_GOU) ^ZUIΉ Ende der Heizzeit hin i.w. zu Null werden zu lassen und insbesondere während der letzten zwei Drittel der Heizzeit nahe Null zu halten und daß die Annäherung der Temperaturen Glas oben (TQ_O) und unten (T_GU) am Anfang und insbesondere im ersten Drittel der Heizzeit mittels der die Konvektion betreffenden Sollwertparameter, insbesondere des zeitlichen Verlaufs des Druckes für die Treibluftgebläse, durchgeführt wird.

22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Chargenbeladung durch Abtasten der Glasplatten einer Charge auf einem Aufgaberollgang des Rollenofens erfaßt und darauf basierend berechnet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Chargenbeladung durch digitale Bilderfassung und -Verarbeitung der Glasplatten einer Charge auf einem Aufgaberollgang des Rollenofens erfaßt und darauf basierend berechnet wird.

24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23 errechneten SoIl- wertparameter mittels Rechnerkopplung an ein Automatisierungsgerät des Rollenofens übergeben werden.

25. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das alle automatisch ablaufenden Verfahrensschritte des Anspruchs 1 und ggf. eines oder mehrere der Ansprüche 2 bis 24 durchführt, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.

26. Computerlesbarer Datenträger, auf dem ein Computerprogramm gemäß Anspruch 25 gespeichert ist.