DE1758057A1

DE1758057A1 - Vorrichtung zur Waermebehandlung,insbesondere zur Waermebehandlung von Glas und anderen durch Waerme erweichbaren Stoffen

Info

Publication number: DE1758057A1
Application number: DE19681758057
Authority: DE
Inventors: Griem Jun Paul Dyrsen
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1967-03-31
Filing date: 1968-03-27
Publication date: 1972-02-03
Also published as: JPS5021486B1; LU55782A1; US3506427A; BE712823A; GB1266460A; US3420510A; FR1573971A; NL6804272A; GB1221864A; DE1758057B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, insbesondere zur Wärmebehandlung von Glas und anderen durch Wärme erweichbaren Stoffen, umfassend eine Beheizungseinheit mit einem Eingang für die Stoffe und einem ersten Ausgang für diese Stoffe, welcher erste Ausgang in Verbindung steht mit einer Verteilungseinheit mit einem zweiten Ausgang, eine erste Heizvorrichtung zur Beheizung des Inneren der besagten Beheizungseinheit und des in diese durch die besagte Eingangsvorrichtung eingespeisten Stoffes, sowie eine erste Steuervorrichtung, die in Abhängigkeit von der Temperatur des in der besagten Beheizungseinheit befindlichen Stoffes die dieser Beheizungseinheit über die erste Heizvorrichtung zugeführte Wärmemenge regelt.

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Die Erfindung wird hiernach in ihrer Anwendung zur Behandlung von Glas und zur Ausbildung von Glasfasern beschrieben, obwohl sie auch auf andere Gebiete anwendbar ist.

Es ist gebräuchlich, eine Charge aus Glas, Glasbruch oder Glaspulver (calcin) in einem Ofen zu schmelzen und die Schmelze in einen Vorherd zu leiten, um eine oder mehrere diesem Vorherd zugeordnete Fadenziehdüsen (filieres) mit flüssigem Glas zu beschicken. Diese Düsen weisen eine gewisse Anzahl kleiner öffnungen oder Bohrungen auf, durch die hindurch die aus dem Vorherd kommenden Glasströme abfließen und somit Glasströme erzeugen, die leicht zu Fasern verdünnt und ausgezogen werden können. Die Glasströme können auf verschiedene Weise zu Fasern umgeformt werden, z.B. durch Kontakt mit Heißgasströmen großer Geschwindigkeit oder durch unmittelbaren Kontakt mit Strömen aus Dampf oder Druckluft. Ferner können die Fäden oder Fasern gebildet werden durch Spinnen oder durch ein Zentrifugalverfahren. Wenn man kontinuierliche Fäden oder Fasern herstellen will, können die Glasströme dadurch dünner gemacht werden, daß man sie unmittelbar mit Längungs- oder Klemmrollen in Berührung bringt oder daß man sie schnell auf eine Hülse oder zylindrische Spindel aufrollt, um eine Spule zu bilden, wobei das Aufspulen des Fadens mit großer Geschwindigkeit die für das längen und Ausziehen der Ströme zu Fäden notwendige Kraft liefert.

Die Gleichmäßigkeit und die Güte der Fasern und der Fäden, die aus Glasströmen gebildet sind, sind in großem Maße abhängig von derHomogenität der Glaszusammensetzung, deren Bestandteile gleichmäßig verteilt sein müssen, und von der richtigen Kontrolle der Temperatur und der Viskosität des Glases im Bereich jeder dem Vorherd zugeordneten Düse. Die bisher verwendeten Einrichtungen von öfen und

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Vorherden haben gewisse Fehler, durch die Schwierigkeiten entstehen, um eine zufriedenstellende Kontrolle der Homogenität, der Viskosität und der Temperatur des Glases aufrechtzuerhalten, während die Fäden oder Fasern mittels der verschiedenen entlang dem Vorherd angeordneten Düsen ausgebildet werden.

Wenn beispielsweise eine an eine herkömmliche Anlage mit Ofen und Vorherd angeschlossene Düse schadhaft wird oder ausfällt oder wenn man sie reinigen oder irgendeine andere Wartung an ihr vornehmen will, muß die betreffende Düse aus der Produktion herausgenommen werden. Dadurch wird der Durchsatz, mit dem das Glas aus dem Ofen in den Vorherd fließt, plötzlich um den Anteil herabgesetzt, der dem Verbrauch der so außer Betrieb gesetzten Düse oder Düsen entspricht. Der Extremfall ist offensichtlich der, bei dem alle Düsen außer Betrieb gesetzt werden oder wenn die einzige dem Vorherd zugeordnete Düse außer Betrieb genommen wird. In diesen beiden Fällen wird der aus dem Ofen kommende und auf die Düse hingerichtete Glasstrom sofort unterbrochen, weil eine direkte Verbindung zwischen Ofen, Vorherd und Düse besteht. Selbst wenn die Erwärmung der in dem Ofen befindlichen Glasschmelze unmittelbar steuerbar ist durch eine Vorrichtung, die die Temperatur des Glases wahrnimmt, ist daher die Reaktionszeit dieser Vorrichtung so lang, daß das gesamte in dem Ofen befindliche Glas und die gesamte thermische Umgebung des Ofens einer Überhitzung ausgesetzt sind, bevor die Steuervorrichtung wirksam werden kann.

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Dies ist aus verschiedenen Gründen nachteilig· Wenn z.B. die Ofenbeschickung nur auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden darf, um gewisse Eigenschaften des Materials zu bewahren, dann kann die oben erwähnte Überhitzung verhindern, daß man die Glasschmelze in dem Ofen in einem gewünschten Zustand hält. Selbst wenn der Temperaturanstieg nicht die Eigenschaften des in dem Ofen in Schmelze befindlichen Glases ändert, muß der Betrieb oder die Produktion während einer gewissen Zeit nach der Wiederinbetriebnahme der Düse oder Düsen unterbrochen werden, um es dem Ofen zu erlauben, wieder auf seine gewünschte Temperatur zurückzukommen und einen Glasstrom zu liefern, dessen Temperatur sich in Grenzen hält, die steuerbar sind durch in dem Vorherd und/oder der Düse angeordnete normale Heizmittel.

Umgekehrt tritt bei der Inbetriebnahme einer oder mehrerer Düsen eines Vorherdes das entgegengesetzte Phänomen auf, d.h., daß es dem Ofen unmöglich ist, die in ihm befindliche Glascharge in der zweckmäßigen Zeit auf die gewünschte Temperatur zu bringen, weil seine Ansprechzeit zu lang ist·

Dazu kommen noch die Schwierigkeiten am Eingang der Vorherde, die durch diejenigen in den Vorherden selbst noch gesteigert werden können.

Zur Erzielung einer befriedigenden Kontrolle der Viskosität und der Temperatur des Glases hat man Vorherde entworfen, die in eine gewisse Anzahl aufeinanderfolgender Be-

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reiche unterteilt sind, wobei jeder Bereich getrennt steuerbar ist durch eine auf einen vorgegebenen Punkt eingeregelte Steuervorrichtung. Diese Steuervorrichtung ist einem wärmeempfindlüchen Element zugeordnet, das in der in dem kontrollierten Bereich befindlichen Schmelze angeordnet ist. Da die Temperatur der in dem Ofen befindlichen Schmelze bei 14-25 G und die Temperatur beim Ausziehen der Fäden bei 1260⁰C liegt, muß der Vorherddas Glas bei einer relativ hohen Temperatur aufnehmen, und diese Temperatur jmuß unter Beibehaltung des flüssigen Zustandes des Glases auf die gewünschte Temperatur zur Ausbildung der Fasern herabgesetzt werden. Dies geschieht in den oben erwähnten aufeinanderfolgenden Heizbereichen.

Die meisten Glasofen haben Entschäumungsvorrichtungen zwischen dem Schmelzofen und dem Vorherd. Diese Vorrichtungen verschleißen oder lösen sich jedoch mit der Zeit so daß kleine Bruchteile oder Massen unvollständig geschmolzenen Materials aus dem Schmelzofen in die Vorherde gelangen. Wenn diese Masse relativ kalten Materials in den ersten Heizbereich des Vorherdes gelangt, wird dies von der wärmeempfindlichen Vorrichtung dieses Bereiches festgestellt, die dann der Heizungsvorrichtung dieses Bereiches den Befehl gibt, eine zusätzliche Wärmemenge zu liefern. Nun ist aber die zusätzliche Wärmemenge zum Schmelzen der Masse unvollständig geschmolzenen Materials in dem ersten Bereich übergroß und erzeugt ein thermisches Ungleichgewicht der Schmelze in diesem Bereich, weil die Heizung der ver-

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echiedenen Bereiche des Vorherdes hauptsächlich dazu bestimmt ist, die Stabilität der Temperatur des bereits geschmolzenen Glases zu gewährleisten und nicht zum Schmelzen der Massen kalten Materials, die zufällig in den Vorherd gelangen. Ähnliche Ungleichgewichte werden in den aufeinanderfolgenden Bereichen des Vorherdes in dem Maße erzeugt, wie die kalte oder unvollständig geschmolzene Masse durch diesen hindurchgeht. Daher ist es also zweckmäßig, die schnellen Steuerungen, die eine übergroße Wärmezufuhr bei der Ankunft einer unvollständig geschmolzenen Masse in dem ersten Bereich erzeugen, auszuschalten, wenn sich eine solche Masse zeigt.

Daher ist es eine der Aufgaben der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung genannter Bauart in Vorschlag zu bringen für die Wärmebehandlung gewisser Stoffe, welche Vorrichtung die genannten Nachteile ausräumt und insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung Abänderungsmittel aufweist, die in Abhängigkeit von der Temperatur des in dem ersten Ausgang oder in der Verteilungseinheit befindlichen Stoffes die Temperatur dieses Stoffes in der besagten Verteilungseinheit regeln.

Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abänderungsmittel eine erste Meß- und Anzeige-Vorrichtung (dispositif de detection) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Temperatur des in dem ersten Ausgang oder der Verteilungseinheit befindlichen Stoffes ein Signal erzeugt, das die Regelwirkung der ersten Steuervorrichtung ändert.

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Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abänderungsmittel eine zweite Heizvorrichtung zur Beheizung der Verteilungseinheit aufweisen und daß eine zweite Meß- und Anzeigevorrichtung die der Verteilungseinheit durch die zweite Heizvorrichtung zugeführte· Wärmemenge regelt.

Diese Maßnahmen erlauben es, eine genaue und geeignete Kontrolle über die Viskosität und die Temperatur des Stoffes während der Behandlungen auszuüben.

Sie erlauben ebenso, gewisse Teile der Verteilungseinheit zu reparieren, ohne die Kontrolle im Inneren des Ofens selbst zu stören, und bilden ein Steuermittel, das den zukünftigen Bedarf der Einrichtung vorwegnimmt und dementsprechend ihre Beheizung steuert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht beschränkten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 echematisch eine vollständige Anlage zur Glasbehandlung entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Da die Erfindung insbesondere vorteilhaft ist in Verbindung mit einer Ausrüstung zum Schmelzen von Glas oder anderen Mineralien, die im Hinblick auf die Ausbildung von Fasern oder Fäden durch Wärme erweichbar sind, ist ein Schmelzofen dieser Art in Verbindung mit der Anlage darge-

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stellt, die den Gegenstand der Erfindung; bildet. In Fig-1 sieht Man einen Ofen oder eine Schmelzwanne 10 aus feuerfestem Material, der bzw. die zur Aufnahme einer Beschickung aus Glas, Glasbruch (calcin) oder pulverisiertem Glas(groisil) 12 durch einen Eintrittsquerschnitt 14- hindurch ausgebildet ist. Der Ofen 10 kann durch eine gewisse Anzahl von Gasoder Gibrennern 16 auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden, um die Glasbeschickung zu -verflüssigen, wie in der Zeichnung dargestellt, wird der Rohstoff am rückwärtigen Ende eines länglichen Ofens 10 eingeführt, während die nach vorne oder allgemeiner in längsrichtung des Ofens fließende Schmelze sich bei ihrem Durchgang durch den Ofen vermischt und geläutert wird und einem Torherd 18 zufließt.

Bas Glas oder jede beliebige andere in dem Vorherd 18 befindliche Schmelzmasse kann in beliebiger Weise, je nach dem Behandlungsverfahren, einer oder mehrerer (nicht dargestellter) Düsen zugeführt werden, von denen jede eine gewisse Anzahl von Offnungen oder Bohrungen aufweist, durch welche hindurch zur Ausbildung von Primärfäden vorbereitete Glasstrome abfließen, die dann einer Torrichtung zum längen oder Ausziehen zugeführt werden. Eine Temperaturmessvorrichtung 20, wie' z.B. ein Thermoelement, ist zur nessung der in dem Ofen 10 befindlichen Schmelze vorgesehen. Ein der von dem Thermoelement 20 wahrgenommenen Temperatur proportionales Signal wird einer Steuchtung 22 zugeleitet. Die Brenner 16 werden von einer Quelle 30 her über ein Steuerventil 32 mit Brennstoff beschickt. Die von einer Quelle 40 herkommende Verbrennungsluft, die im

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allgemeinen durch einen Wärmeaustauscher geleitet wird, in dem sie erwärmt wird, wird über ein Steuerventil 42 angeliefert, um sich in einer Speiseleitung 44 zu vermischen.

Die Steuervorrichtung 22 kann von einer bekannten Bauart sein, die die Steuerung der Ventile 32 und 42 derart gewährleistet, daß die Brenner 16 im notwendigen Maß mit Brennstoff und Luft beschickt werden, um das Schmelzen der Glasbeschickung zu gewährleisten und um das geschmolzene Glas auf einer Temperatur zu halten, die bestimmt ist durch dessen Einstellpunkt. Der Anlieferdurchsatz der Luft und des Brennstoffes für die Brenner 16 kann durch das Ventil 42 oder durch ein von der Steuervorrichtung 22 gesteuertes Register eingeregelt werden. Die Steuervorrichtung 22 regelt auch den durch das Ventil 32 von der Quelle 30 her fließenden Brennstoffdurchsatζ. Die Steuervorrichtung 22 kann das Ventil 42 öffnen oder schließen in Abhängigkeit jeweils von einem Absinken oder Ansteigen der Temperatur des Glasschmelzbades, so wie sie von dem Thermoelement 20 angezeigt wird, und den Durchsatz des Gases oder anderen Brennstoffes von der Quelle 30 her proportional zum Durchsatz der Luft regeln. Gemäß einer anderen Ausführungsform könnte die Steuervorrichtung 22 das Ventil 32 in Abhängigkeit jeweils von einem Absinken oder Ansteigen der von dem Thermoelement 20 angezeigten Temperatur öffnen oder schließen und den Durchsatz der Verbrennungsluft durch das Ventil oder das Regelglied 42 in Abhängigkeit von dem Brennstoffdurchsatz in dem Ventil 32 regeln.

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Wie oben erwähnt, hat die soeben beschriebene Steuervorrichtung eine relativ langsame Ansprechzeit, weil die die Glasschmelze umgehende Umgebung und das feuerfeste Material eine ausreichende Trägheit aufweisen, um die Reatkion dieser Steuervorrichtung auf die Signale des Thermoelementes 20 zu verzögern, was zu einer wesentlichen Übersteuerung in der einen oder anderen Richtung führen kann, wenn die Temperatur der von dem Ofen 10 an den Vorherd 18 gelieferten Schmelze plötzlich ansteigt oder absinkt. Um diesem Problem zu begegnen, ist eine temperaturempfindliche Vorrichtung, wie z.B. ein Thermoelement 50, im Bereich des den Ofen 10 mit dem Vorherd 18 verbindenden Ablaufes oder Austrittes des Ofens 10 angeordnet. Da die gesamte thermische Umgebung in diesem Bereich verringert ist, ändert sich dort die Temperatur der Glasschmelze schneller, wenn es durch eine Durchsatzveränderung zwischen dem Schmelzofen 10 und dem Vorherd 18 in den diesem zugeordneten Düsen zu einer Temperaturänderung kommt. Daher erzeugt die von dem Thermoelement 50 wahrgenommene Temperatur ein Signal, welches durch einen Verstärker 52 verstärkt und der Steuervorrichtung 22 zugeleitet werden kann, um die Regelwirkung der von dem Thermoelement 20 empfangenen Signale zu ändern«

Zur Erzielung einer noch kürzeren Ansprechzeit könnte in Abänderung das Thermoelement 50 auch in dem Vorherd unmittelbar über einem Funkt angeordnet sein, wo di#eer die Glasschmelze an eine Düse abgibt. An dieser Stelle, die von dem Schmelzofen noch viel weiter entfernt ist als

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die in der Zeichnung gezeigte Stelle, kann die gesamte -thermische Umgebung noch geringer sein. Bei beiden Ausf üh— rungsf ormen wird die Temperatur der Glasschmelze nach Verlassen des Ofens ermittelt und gemessen, um die von den "Thermoelementen 20 eingeleitete Steuerung zu ändern. Anders ausgedrückt ermittelt das Thermoelement 50 die Tem — peratur der Glasschmelze im Austritt des Ofens, weil es in dem Auslauf und/oder denn Torherd angeordnet ist.

Venn der Durchsatz zwischen dem Ofen und dem Vorherd gestoppt oder verlangsamt wird, wird der Abfluß des frischen warmen Glases durch den Ablauf 17 entsprechend angehalten oder verringert. Dementsprechend fällt die von dem ftemoelement 5© wahrgenommene Temperatur stufenartig ab. Dieser Temperaturabf all der Glasschmelze mißte normalerweise anzeigen, daE in dem Schmelzofen eine Temperaturerhöhung notwendig ist. Me Abfallgeschwindigkeit der Temperatur in dem Ablauf zeigt Jedoch an, daß diese Veränderung nicht durch eine unzureichende Beheizung des Ofens bedingt ist, sondern daß sie hervorgerufen ist durch eine unterbrechung oder Verminderung des Durchsatzes in Richtung des Vor her des. Dementsprechend wird das von dem Thermoelement 50 angelieferte Signal dazu verwendet, um über die Steuervorrichtung 22 die Beheizung des Ofens zu verändern, insbesondere um den Brennstoffdurchsatz zu verringern, bevor die Temperatur in dem Ofen übergroß zu werden droht.

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Gemäß einer Ausführungsform kann die von dem Thermoelement 50 in dem Ablauf 17 ermittelte Temperatur allezwei Sekunden von einem Rechner (computer, calculatrice) 54· S^e~ messen werden. Ein Temperaturabfall in dem Ablauf 17 von etwa 22⁰C, gemessen in vier Ablesungen über eine Zeitspanne von sechs Sekunden hinweg, zeigt an, daß der Durchsatz
unterbrochen worden ist. Die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur des Glases in dem Ablauf 17 wird verwendet, um die Beheizung im Schmelzbereich herabzusetzen und somit
dort eine relativ konstante Temperatur aufrechtzuerhalten.

Umgekehrt wird bei einer Zunahme des Durchsatzes
in dem Vorherd 18 die von dem Thermoelement 50 gemessene
Temperatur im Bereich des Ablaufes beeinflußt durch Zufuhr von Frischglas, das auf eine erhöhte Temperatur gebracht ist. Auch hier kann die Anderungsgeschwindigkeit
der Temperatur gemessen werden mittels des Rechners 54·
und verwendet werden zur Steigerung der Beheizung des
Ofens, um eine auf den Verbrauch abgestimmte Schmelzgeschwindigkeit zu gewährleisten.

Anstelle eines Rechners kann auch ein Integrator 56
zur Ermittlung der Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur und als Summierungsvorrichtung verwendet werden. Die Änderungsgeschwindigkeit oder die Summe der von dem Integrator 56 ermittelten Veränderungsmenge kann verglichen werden mit einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit oder mit einer Summe oder vorgegebenen Menge in einem Vergleichskreis 58.

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Der Vergleichskreis 58 kann verbunden sein mit einem Sperrkreis 60 (circuit d'inhibition, inhibitor), der die Übertragung eines Inderungssignals an die Steuervorrichtung 22 verhindert, es sei denn, daß die Summe oder die Gesamtmenge oder daß die Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur gleich ist oder innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen einer Summe oder vorgegebenen Menge oder einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit liegt, die in dem Vergleichskreis 58 programmiert ist.

So können der Rechner 54- und der Integrator-Vergleichs- und Sperrkreis beide zur Anwendung kommen, um zu unterscheiden zwischen einer Abkühlung aufgrund einer Unterbrechung oder Verminderung des Durchsatzes und den Temperaturabfällen aufgrund von durch den Ablauf fließenden, unvollständig geschmolzenen, relativ kalten Massen. Ein Anderungssignal wird an die Steuervorrichtung nur übertragen ii Abhängigkeit von Änderungsgeschwindigkeiten oder von Gesamtmengen von Änderungen entsprechend einer Unterbrechung oder vorbestimmten Zunahmen und/oder Abnahmen des Durchsatzes in Richtung des Vorherdes 18. Wenn so eine unvollständig geschmolzene Masse zufällig in den Ablauf oder Austritt 17 kommt und somit schnelle Temperaturänderungen oder solche von kurzer Dauer hervorruft, dann lsann sie durch diesen hindurchfließen, ohne die Wirkungsweise der Steuervorrichtung 22in Abhängigkeit von dem Thermoelement 20 zu ändern. So kann der Rechner 54- z.B. für eine Temperaturänderung von mehr als 22 C innerhalb einer Zeit von weniger als sechs Sekunden derart programmiert sein, daß er kein Änderungs-

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signal an die Steuervorrichtung 22 abgibt. Auf diese Weise kann die normale Steuerung nur geändert werden im Falle von vorgegebenen .Änderungsgeschwindigkeiten der Temperatur oder der Größe der von den in Fig. 1 dargestellten Kreisen wahrgenommenen Temperaturänderung.

Die beschriebene Steuereinrichtung ermöglicht wesentliche Zeiteinsparungen, weil sie eine Verkürzung der notwendigen Zeit für die Wiederaufnahme der Produktion nach der Außerbetriebnahme einer Düse, z.B. für eine Reinigung, ermöglicht. Eine solche Reinigung findet bei gewissen Produktionsstraßen drei Mal pro Tag .statt . Die beschriebene Steuereinrichtung ermöglicht eine Zeitersparnis von zwei Stunden pro Tag für die Produktion dank der Beschleunigung der Wiederinbetriebnahme nach der Reinigung. Ferner erlaubt es diese Anordnung, eine schnellere und genauere Kontrolle über die Viskosität und die Temperatur der Schmelze während der Behandlung auszuüben.

Es ist zu bemerken, daß die hier im Zusammenhang mit einem Glasschmelzofen dargestellte und beschriebene Kontrolle des Beschickungsdurchsatzes auch für andere Verfahren und in Verbindung mit anderen Einrichtungen zur Wärmebehandlung verwendet werden kann. So kann die Anlage beispielsweise verwendet werden zur gleichmäßigeren Erwärmung und Aushärtung (curing) von ein Bindemittel enthaltenden Bahnen oder Teppichen aus Fasern, bei welchen das Bindemittel in einem Ofen während des Durchganges durch diesen ausgehärtet werden soll. Der Durchsatz der Bahnen oder Teppiche durch diesen Ofen kann verwendet werden zur Erzeugung eines Signals analog zu dem,

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welches von dem dargestellten Thermoelement 50 erzeugt wird, um die Zufuhr von Wärme und/oder Trockenluft an die in dem Ofen befindlichen Produkte zu ändern.

Fig. 2 zeigt eine Wanne oder einen Schmelzofen von der Bauart der Fig. 1, der zur Aufnahme einer Charge von Glas oder Bruchglas 112 (calcin) durch einen Eintrittsquerschnitt 114 hindurch ausgebildet ist. Dieser Ofen ist mittels einer Anzahl von Brennstoff- oder Gasbrenner (nicht dargestellt) auf die zum Schmelzen und Verflüssigen der Glascharge notwendige Temperatur heizbar. Wie in der Zeichnung dargestellt, wird der Rohstoff am rückwärtigen Ende eines länglichen Ofens 110 eingeführt, und die Schmelze fließt nach vorne oder in Längsrichtung, so daß sie sich während ihres Durchganges durch den Ofen vermischt und geläutert wird und dann einem Vorherd 118 zufließt.

Das Glas oder jede beliebige andere im Vorherd 118 befindliche Schmelzmasse kann in beliebiger Weise von dem Vorherd abgezogen werden, wie z.B. durch öffnungen 116, welche eine oder mehrere (nicht dargestellte) Düsen einspeisen, von denen jede eine Anzahl von öffnungen oder Bohrungen aufweist, durch welche hindurch zur Ausbildung von Fäden oder Primärkörpern vorbereitete Glasströme abfließen, die dann einer Vorrichtung zum Längen oder Ausziehen zugeführt werden. Der Vorherd 118 kann in eine Anzahl aufeinanderfolgende Heizbereiche unterteilt sein, um die Schmelzmasse zu läutern und sie auf die für die Ausbildung der Fasern vorbestimmte Temperatur zu bringen und auf dieser zu halten.

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In Fig. 2 ist der Vorherd in drei Bezugsbereiche 1,2 und 3 unterteilt, von denen jeder mit einer oder mehreren Heizvorrichtungen 120,122 und 124 ausgestattet ist. Die verwendeten Heizvorrichtungen können die Form von Strahr lern oder Brennern aufweisen, die entlang des Vorherdes 118 in der oberen Wand oder in dessen Gewölbe oberhalb des das Glas aufnehmenden Kanals 117 angeordnet sind und von denen jeder gehalten ist durch Blöcke aus den Vorherd bildendem feuerfesten Material· Die Heizungsvorrichtungen können vom Strahlungstyp sein und können eingerichtet sein zur Verbrennung eines Brennstoffgemisches aus Gas und Luft, wobei die Verbrennung stattfindet in Aushöhlungen in der oberen Wand in der Nähe der Brennerdüsen und auch in dem Raum zwischen der Oberfläche der in dem Kanal 117 befindlichen Glasschmelze und der oberen Wand.

Die Brenner jedes Bereiches sind ausgestattet mit Speiseleitungen, welche angeschlossen sind an getrennt steuerbare Ventile 130 und 131 »132 und 133 sowie 134· und zur Regelung des Gemisches aus Brennstoff und Luft, das in jeden Brenner eingespeist wird. Dadurch ist eine genaue Temperaturkontrolle in den verschiedenen Bereichen des Vorherdes 118 möglich. Durch diese Anordnung kann die Temperatur über die gesamte Länge des Kanals 117 in dem Vorherd 118 geregelt werden, wodurch eine genaue Kontrolle der Viskosität des Glases in dem Vorherd gewährleistet ist. Wärmeempfindliche Vorrichtungen, wie z.B. Thermoelemente 140,142 und sind vorgesehen zur Messung der Schmelze in jeden der Bereiche 1,2 und 3· Ein der vnn jedem Thermoelement wahrgenommenen Temperatur proportionales Signal wird einer Steuervorrichtung 150 zugeleitet, welche drei Abschnitte zur Steuerung je-

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des der drei Bereiche aufweist, oder aber einer jedem Bereich gesondert zugeordneten Steuervorrichtung. Die Brenner 120,122 und 124 werden jeweils mit Brennstoff von einer Quelle 152 über Steuerventile 131*133 und 135 gespeist. Die Verbrennungsluft wird von einer Quelle 153 her über jeweils Steuerventile 130,132 und 134 den Brennern 120,122 und 124 zugeführt.

Jeder Abschnitt der Steuervorrichtung 150 kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein zur Steuerung der Ventile 130 bis 135 derart, daß den Brennern 120,122 und 124 die notwendige Menge Verbrennungsluft und Brennstoff zugeführt wird, um die Schmelze auf die Temperatur zu bringen und darauf zu halten, auf die dieser Abschnitt eingeregelt ist. Der Durchsatz der Verbrennungsluft an die Brenner 120,122 und 124 ist steuerbar durch die Ventile 130, 132 und 134, welche durch die drei Abschnitte der Steuervorrichtung 150 eingesteuert werden. Ebenso kann die Steuervorrichtung 150 jeweils die Ventile 130,132 und 134 für die Luftspeisung öffnen oder schließen in Abhängigkeit von einer von den Thermoelementen 140,142 und 144 wahrgenommenen Senkung oder Steigerung der Temperatur der Glasschmelze, und sie kann den Durchsatz des Brennstoffes oder des Gases aus der Quelle 152 entsprechend dem Luftdurchsatz proportionieren. In Abänderung könnte die Steuervorrichtung 150 jeweils die Speiseventile 131,133 und 135 für den Brennstoff Öffnen und schließen in Abhängigkeit von einer von den Thermoelemen ten 140,142 und 144 wahrgenommenen Senkung oder Steigerung der Temperatur und den Durchsatz der Verbrennungsluft durch

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die Ventile 130,132 und 134· proportional zu dem Durchsatz des Brennstoffes durch die Ventile 131»135 und 135 einregeln-

Die beschriebene Steuereinrichtung ist fähig, eine Schmelze mit vorgegebener Temperatur an Fadenziehdüsen (filieres) oder andere Verwendungsvorrichtungen, und zwar unter normalen Betriebsbedingungen zu liefern. Wenn jedoch eine kalte Stoffmasse, wie z.B. eine unvollständig geschmolzene Glasmasse von dem Ofen 110 her in den Vorherd 118 gelangt, dann ist die Arbeitsweise der oben beschriebenen Steuerung gestört. Eine Abschäumvorrichtung 113 ist im Bereich des den Ofen 110 mit dem Vorherd 118 verbindenden Durchganges angeordnet. Diese Vorrichtung kann sich aber abnutzen oder verschieben und somit unvollkommen geschmolzene Massen in den Vorherd 118 gelangen lassen. Bei der Ankunft einer solchen relativ kalten Masse in dem Bereich 1 verzeichnet das Thermoelement 140 einen Temperaturabfall, weil diese Masse die Strahlungswärme der Brenner 120 aufnimmt oder weil die Masse ausreichend groß ist, um die mittlere Temperatur der Schmelze zu verändern. Daher gibt das Thermoelement 140 an den ersten Abschnitt der Steuervorrichtung 150 ein Signal, das das Ventil 130 öffnet und die Brennleistung der Brenner 120 erhöht. Die für das Schmelzen der in den ersten Bereich gelangten Stoffmasse notwendige schnelle Erhitzung ist übergroß und kann ein thermisches Ungleichgewicht hervorrufen, weil die Beheizung in diesem Bereich hauptsächlich dazu bestimmt ist, die Stabilität der Temperatur des bereits geschmolzenen Glases zu gewährleisten. Ebenso liefern die Thermoelemente 142 und 144 Signale, wenn die unvollständig geschmolze-

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ne Masse nacheinander durch die Bereiche 2 und 3 hindurchtritt, die dann die diesen Bereichen zugeführte Wärme erhöhen,, wodurch ebenfalls ein thermisches Ungleichgewicht erzeugt wird.

• Zur Vermeidung der Erzeugung eines thermischen Ungleichgewichts bei Eintritt von unvollständig geschmolzenen Massen in den Bereich nächst dem Schmelzofen, d.h. in den ersten Bereich, ist dieser mit Mitteln zur Feststellung des Vorhandenseins oder der Ankunft einer solchen Masse ausgestattet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist ein Analysator 160 vorgesehen, der die von dem Thermoelement 140 empfangenen Signale integriert. Der Analysator 160 kann ein Rechner sein, der die von dem Thermoelement 140 festgestellten Temperaturen in regelmäßigen Zeitabständen von beispielsweise zwei Sekunden mißt. Dieser Rechner kann die von dem Thermoelement wahrgenommenen Temperaturschwankungen solange addieren, bis ein vorbestimmtes Niveau erreicht ist, und kann dann an den ersten Abschnitt der Steuervorrichtung 150 ein Signal senden, um die dem ersten Bereich zugeführte Wärmemenge gleich groß der zu halten, die ihm vor der Ankunft oder der Feststellung der unvollständig geschmolzenen Masse zugeführt wurde. In Abänderung könnte der Analysator oder Rechner 160 auch den Betrag der von dem Thermoelement 140 festgestellten Temperaturschwankungen messen und an den ersten Abschnitt der Steuervorrichtung 150 ein Änderungssignal in Abhängigkeit von der Feststellung eines vorbestimmten Schwankungsbetrages abgeben.

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Anstelle der in dem Rechner zusammengefaßten Schaltkreise (circuits) könnte man einen Analysator 160 verwenden, der den Betrag der Temperaturschwankung mittels des Thermoelementes 140 mißt oder der als Summierungsvorrichtung für die von dem Thermoelement 140 festgestellten Temperaturschwankungen wirksam würde. Der Betrag einer Schwankung oder die Summe der von einem Integrator 162 gemessenen Inderungsgröße könnte verglichen werden mit einem Betrag oder mit einer in einem Vergleichskreis 164 vorgegebenen Summe der Änderungen. Der Vergleichskreis 164 könnte an einen Sperrkreis 166 angeschlossen sein, der die Übertragung eines Änderungssignals an den ersten Abschnitt der Steuervorrichtung verhindert, es sei denn, daß die Summe oder Gesamtmenge oder daß der Betrag der TemperaturSchwankung gleich groß ist oder innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegt, die in dem Vergleichskreis vorprogrammiert sind. So können die Kreise eines Rechners oder der Integrations-Vergleichs- und Sperrkreis des Analysators 160 verwendet werden zur Feststellung der Gegenwart einer unvollständig geschmolzenen Masse in dem ersten Bereich des Vorherdes 118 und zur Übersteuerung (surpasser) der normalen Steuerung des dem ersten Abschnitt der Steuervorrichtung 150 zugeordneten Thermoelementes 140, um »in thermisches Ungleichgewicht in diesem Bereich 1 des Vorherdes zu vermeiden.

Der Analysator oder Rechner 160 kann so eingerichtet sein, daß ein Änderungsiignal an die Steuervorrichtung nur

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in Abhängigkeit von Schwankungsbeträgen oder von Schwankungsgesamtmengen entsprechend einer Masse abgegeben wird, die ausreichend groß ist, daß das Thermoelement 140 ein thermisches Ungleichgewicht im Bereich 1 des Vorherdes 118 erzeugt. So können schnelle oder kurzzeitige Schwankungen aufgrund von sehr kleinen unvollständig geschmolzenen Massen oder aufgrund von Übergängen in dem Kreis durchgelassen werden, ohne die Wirkungsweise Äs ersten Abschnittes der Steuervorrichtung 150 zu verändern.

Wenn sich die unvollständige geschmolzene Masse vom Einflußbereich des Thermoelementes 140 entfernt, wird eine umgekehrte Tempteraturjichwankung oder Änderung des Temperaturschwankungsbetrages hervorgerufen, die dann wieder von dem Analysator 160 ermittelt werden kann, welcher dann an den ersten Abschnitt der Steuervorrichtung ein Signal sendet, das die direkte Steuerung des Brenners oder der Heizvorrichtung 120 durch das Thermoelement 140 wiederherstellt.

Das von dem Analysator 160 gelieferte Signal könnte ebenso verwendet werden für die Aufrechterhaltung des Betriebes (action de maintien, holding action) der Brenner 122 und 124 der Bereiche 2 und 3. Zu diesem Zweck wird das Signal des Analysators 160 über einen Verzögerungskreis 170 an den zweiten Abschnitt der Steuervorrichtung 150 angelegt. Die in diesem Kreis hervorgerufene Verzögerung muß unter Berücksichtigung des Durchsatzes der Schmelze in dem Vorherd

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118 einer Verzögerung entsprechen, die notwendig ist, um die unvollständig geschmolzene Masse in den zweiten Bereich des Vorherde8 vorzubewegen. Ein zweiter Verzögerungskreis 172 könnte vorgesehen sein zur Aufnahme des Signals des Analysators 160 oder eines Signals von, dem Verzögerungskreis 170, um in dem dritten Abschnitt des Steuerkreises 130 eine Haltewirkung (holding action) zu erzeugen. Die von dem Kreis 172 hervorgerufene Verzögerung ist vorteilhaft gleichlang der Zeit, die für die unvollständig geschmolzene Masse notwendig ist, um in den Bereich 2 zu gelangen und durch diesen hindurchzufließen. In der großen Mehrzahl der Fälle ist vorzusehen, daß während der Periode der Halte- oder Inaktivierungszeit die unvollständig geschmolzene Glasmasseninsel vollkommen geschmolzen ist und daß den normalen Steuerungen der verschiedenen Bereiche ihre normale Steuerfunktion wiedergegeben werden kann, ohne daß dadurch Instabilitäten auftreten.

Im prinzip wird eine schnelle Temperaturschwankung in dem ersten Bereich nach ihrer Feststellung verwendet, um das Vorhandensein einer durch den Vorherd gehenden unvollständig geschmolzenen Masse anzuzeigen. Bin Rechner oder Analysator reagiert auf den von dem Thermoelement 140 festgestellten schnellen Temperaturabfall, indem er die Steuerung der Heizvorrichtungen ausschaltet oder auf einen vorbestimmten Hivtau hält, um ein· Temperatursteigerung zu vermeiden, die «ich sonst eingestellt und ein ungewünschtee thermisches Ungleichgewicht in dem Vorherd hervorgerufen hätte. Die Periode des Desaktivierens bzw. Haltens entspricht der Zelt, die notwendig ist, damit diese Masse

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den ersten Bereich, durchfließen kann, wonach die normale Arbeitsweise der Steuerung in dem ersten Bereich wieder hergestellt wird, während die Steuerungen des zweiten Bereiches in derselben Weise ausgeschaltet oder in einer vorbestimmten Stellung für eine entsprechende Zeitdauer gehalten werden. In ähnlicher Weise werden die aufeinanderfolgenden Bereiche des Vorherdes nacheinander ausgeschaltet oder in einer vorbestimmten Stellung gehalten, wenn die Steuerungen des vorgeschalteten Bereiches wieder ihren normalen Betrieb aufgenommen haben.

Bevor die Steuerung des ersten Bereiches völlig ausgeschaltet oder auf einem vorgesehenen Niveau gehalten ist, kommt es jedoch in der Praxis zu einer Temperatursteigerung von einigen Graden, bevor der Rechner oder Analysator die Möglichkeit hat sicherzustellen, daß es sich um eine kalte Masse handelt, die auf besondere Weise zu behandeln ist. Dieser Temperaturanstieg darf nicht als schädlicher Nachteil für den allgemeinen Betrieb des Vorherdes betrachtet werden, sondern vielmehr als Vorteil dahingehend, daß er zum Schmelzen der kalten Masse beiträgt. Wenn man jedoch diesen leichten Temperaturanstieg während des Durchganges der Masse durch den ersten Bereich vermeiden will, kann man auch das Feststellungssignal verwenden, um die Brenner des ersten Bereichs um die nötige Menge zu drosseln und den Temperaturanstieg zu kompensieren, der schon vor dem Ausschalten der Steuerkreise aufgetreten ist. Die hier gezeigten Mittel zur Übersteuerung der von den Thermoelementen

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140,142 und 144 ausgeübten normalen Steuerung sind so ausgelegt, daß sie beim Anhalten oder zu Beginn der Produktion kein Änderungssignal erzeugen, weil dann die Temperatur-Schwankungen in dem Vorherd relativ langsam sind und weil der Rechner oder Analysator so eingerichtet ist, daß er nur die schnellen Schwankungen feststellt, die durch den Durchgang einer gewissen Masse frischen Materials hervorgerufen werden. Die vorliegende Steuereinrichtung ermöglicht eine wesentliche Zeitgewinnung bei der Produktion, weil sie es ermöglicht, über eine größere Gesamtproduktionsseit zu verfügen, und zwar aufgrund der geringeren Zahl der Fadenrisse bei der Ausbildung der Pasern, was darauf zurückzuführen ist, daß das Glas nicht überhitzt wird. Ferner ermöglicht es diese Anordnung, eine schnelle und genaue Eontrolle über die Viskosität und Temperatur der Schmelze in dem Vorherd auszuüben und somit während der gesamten Behandlung und Ausbildung der Fasern.

Es ist hervorzuheben, daß die gezeigte Steuereinrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einem Schmelzofen für Glas oder für jeden anderen durch Hitze erweichbaren Stoff mit einem Vorherd ebenfalls bei anderen Verfahren und Geräten zur Wärmebehandlung anwendbar ist. So können die Steuerungen z.B. verwendet werden, um gleichmäßigeres Erwärmen und Aushärten (tempern, curing) von Bahnen zu gewährleisten, die unregelmäßig auftretende Bereiche aufweisen, welche wesentlich größere oder kleinere Massen eines Stoffes enthalten, der nicht derselben Wärmebehandlung bedarf, wie das Trägermaterial. So könnten diese unregelmäßigen Massen

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in der beschriebenen Weise festgestellt werden, und ein durch diese Feststellung erzeugtes Signal könnte zur Übersteuerung der normalen Steuerungen verwendet werden, so daß die Wärmezufuhr für das Verfahren sichergestellt ist.

Die Erfindung ist nicht auf die ausgeführten Beispiele beschränkt. Es können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Sämtliche aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, einschließlich deren konstruktive Einzelheiten, hervorgehenden Merkmale können auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Fatentansprüche

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von gewissen Stoffen, umfassend eine Beheizungseinheit mit einem Eingang für die Stoffe und einem ersten Ausgang für diese Stoffe, welcher erste Ausgang in Verbindung steht mit einer Verteilungseinheit mit einem zweiten Ausgang, eine erste Heizvorrichtung zur Beheizung des Inneren der besagten Beheizungseinheit und des in diese durch die besagte Eingangsvorrichtung eingespeisten Stoffes, sowie eine erste Steuervorrichtung, die in Abhängigkeit von der Temperatur des in der besagten Beheizungseinheit befindlichen Stoffes die dieser Beheizungseinheit über die erste Heizvorrichtung zugeführte Wärmemenge regelt, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung Abänderungsmittel (50,52,54 bzw. 50,52,56,58,60) aufweist, die in Abhängigkeit von der Temperatur des in dem ersten Ausgang (17) oder in der Verteilungeeinheit (18) befindlichen Stoffes die Temperatur dieses Stoffes in der besagten Verteilungseinheit (18) regeln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die Abänderungsmittel eine erste Meß- und Anzeigevorrichtung (dispoflitif de detection) (50,52) aufweisen, die in Abhängigkeit von der Temperatur des in dem ersten Ausgang (17) oder der Verteilungseinheit (18) befindlichen Stoffes ein Signal erzeugt, das die Regelwirkung der ersten Steuervorrichtung (22) ändert.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Anzeigevorrichtung (50,52) auf die Temperatur des Stoffes in dem ersten Ausgang (17) anspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet , daß die erste Anzeigevorrichtung (50,52) ein Signal erzeugt, das die Tätigkeit der ersten Heizvorrichtung (16) unterbricht, wenn die Temperatur des Stoffes fällt und das die Tätigkeit der ersten Heizvorrichtung (16) erhöht, wenn diese Temperatur steigt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel (56) zum Messen des Betrages der Temperaturänderung des besagten Stoffes sowie Mittel (58,60) aufweist, die in Abhängigkeit von diesem Betrag der Änderung die Übertragung des besagten Signals verhindern, bis ein vorbestimmter Änderungsbetrag erreicht ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß sie Mittel zum Messen der Größe der Temperaturänderung des besagten Stoffes sowie Mittel aufweist, die in Abhängigkeit von dieser Größe die Übertragung des besagten Signals verhindern, bis ein vorbestimmtes Niveau der Änderung erreicht ist.

7- Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche Ibis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Abänderungsmittel eine zweite Heizvorrichtung (120,122,124) zur Beheizung

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der Verteilungseinheit (118) aufweisen und daß eine zweite Maß- und Anzeigevorrichtung (140,160) die der Verteilungseinheit (118) durch die zweite Heizvorrich- * tung zugeführte Wärmemenge regelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß sie Mittel (160 bzw. 162,164,166) aufweist, die in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Temperaturänderung des in der Verteilungseinheit (118) befindlichen Stoffes die Regelwirkung einer zweiten Steuervorrichtung (150) der besagten Einheit ändern.

9- Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abänderungsmittel (160 bzw. 162, 164,166) wirksam werden, um die zweite Steuervorrichtung (150) daran zu hindern, auf einen relativ wenig bedeutenden, in der Einheit (118) befindlichen Teil des Stoffes zu reagieren, dessen Temperatur sich von der des übrigen. Stoffes wesentlich unterscheidet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Heizvorrichtung mehrere Heizbereiche (1,2,3) umfaßt, von denen jeder ein durch die zweite Steuervorrichtung (150) gesteuertes Heizmittel (120, 122,124) aufweist, und daß die besagten Abänderungsmittel (160 bzw. 162,164,166) auf die besagte vorbestimmte Temperaturänderung eines dem ersten Ausgang benachbarten Bereiches (1) ansprechen, der den Eingang zu der Verteilungs-

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einheit (118) bildet und ein Signal erzeugt, um den Regeleffekt der zweiten Steuervorrichtung (150) auf die Heizmittel (120) des besagten benachbarten Bereiches (1) zu ändern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Abänderungsmittel (160,bzw. 162, 164·,166) die zweite Steuervorrichtung (150) daran hindern, auf einen relativ kleinen Teilcfes in dem besagten benachbarten Bereich (l) befindlichen Stoffes zu reagieren, dessen Temperatur sich von der des restlichen Stoffes in diesem Bereich wesentlich unterscheidet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Abänderungsmittel (160 bzw. 162, 164,166) wirksam werden, um die zweite Steuervorrichtung (150) daran zu hindern, auf die dem besagten benachbarten . Bereich (l) folgenden Bereiche (2,3) einzuwirken, wenn dieser kleine Teil des Stoffes durch die besagten aufeinanderfolgenden Bereiche (2,3) hindurchgeht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die besagten Abänderungsmittel (160,162,164-,166) ein Signal erzeugen, das escter zweiten Steuervorrichtung (150) ermöglicht, das zweite Heizmittel während der besagten vorbestimmten Temperaturänderung in seiner letzten Regelstellung zu halten.

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14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß für die Behandlung von Glas oder eines anderen durch Wärme erweichbaren Stoffes die Beheizungseinheit gebildet ist von einer Wanne oder einem Schmelzofen (10j[ mit einem rückwärtigen Materialeinlauf (12,14), daß die Verteilungseinheit ein Vorherd (18) ist, und daß die zweiten Heizmittel von Brennern (120,122,124) gebildet sind.

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