DE10304973B4

DE10304973B4 - Vorrichtungen, Regelvorrichtung und Regelverfahren für die Läuterung von Glas

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Publication number: DE10304973B4
Application number: DE2003104973
Authority: DE
Inventors: Frank-Thomas Dr. Lentes; Thorsten Dr. Wilke; Katharina Dr. Lankers; Rainer Eichholz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE10304973A1

Abstract

Regelvorrichtung (1) für eine Anlage (2) zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas mit Regeleinrichtungen (50, 60), welche zumindest zwei Regelkreisebenen bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelvorrichtung (1) eine Verknüpfungseinrichtung (70) aufweist, welche eine Vielzahl von Sollwerten und/oder Istwerten über mehrere Regelkreisebenen verknüpfen kann,
– wobei die Regelkreisebenen hierarchisch geordnet sind und die zumindest eine Regeleinrichtung (50) der übergeordneten Regelkreisebene eine erste Vorgabeeinrichtung (56) umfaßt, mit welcher der zumindest einen Regeleinrichtung (60) der untergeordneten Regelkreisebene Sollwerte vorgegeben werden können,
wobei die Regeleinrichtung (1) eine erste Erfassungseinrichtung (10) zur Erfassung zumindest einer übergeordneten Regelgröße der folgenden Regelgrößen zur Regelung der Glasqualität aufweist:
– volumetrische Blasenanzahldichte
– Blasengrößenverteilung
– Gehalt der in der Glasschmelze gelösten Gase,
und
– wobei die Regeleinrichtung (1) eine zweite Erfassungseinrichtung (11) zur Erfassung zumindest einer untergeordneten Regelgröße der folgenden Prozeßgrößen aufweist:
– Temperatur
– atmosphärischer Restdruck in...

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung sowie ein Verfahren zum Regeln einer Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 23.

Unter Läutern versteht man das Beseitigen von Blasen und gelösten Gasen aus Glasschmelzen, das kontinuierlich in Vorrichtungen wie der in der Anmeldung DE 199 39 779 A1 des Anmelders beschriebenen Anlage durchgeführt werden kann.

Üblicherweise wird die Läuterung von Glasschmelzen durch das Hinzufügen von Stoffen durchgeführt, die bei einer Temperaturerhöhung Gase freisetzen, welche in vorhandene Blasen hinein. diffundieren und diese vergrößern. Dadurch können die Blasen schneller aus der Schmelze aufsteigen und aus dieser entweichen.

In kontinuierlich betriebenen Anlagen kann das Läutern durch Anlegen von reduziertem Druck erfolgen. Dieses Verfahren und seine Ausführungsformen sind beispielsweise in den nachstehenden Schriften beschrieben:
In EP 0 989 099 A1 , EP 0967 180 B1 , EP 0 231 518 B1 und JP 11255519 A werden Verfahren und Vorrichtungen zum Unterdruckläutern im allgemeinen beschrieben. US 1,598,308 beschreibt ein Läuteraggregat mit Steigrohr, waagrechter Läuterkammer und Fallrohr. In JP 09156932 A , JP 02188430 A und EP 1 044 929 A1 wird das Entgasen durch Lagerung der Glasschmelze unter reduziertem Druck für eine gewisse Zeit beschrieben. Die Dokumente EP 0 253 188 A1 , US 4,919,700 , JP 07291633 A und US 4,704,153 haben insbesondere die Beseitigung von Schaum zum Ziel. Dazu wird der Zusatz von Substanzen wie beispielsweise Wasser, die den Schaum brechen, ein geeignetes Design des vom Glas durchströmten Querschnitts oder das Beheizen des Kopfraumes der Vakuumkammer angewendet.

Zum Beseitigen von Schaum kann außerdem Läutergas durch Läutermittel in der Glasschmelze erzeugt werden, beispielsweise gemäß der Anmeldung des Anmelders DE 199 39 771 A1 .

Beim Läutern kann des weiteren das vom Anmelder entwickelte Hochfrequenzläuterverfahren ohne den Einsatz von toxischen Läutermitteln wie As₂O₃ oder Sb₂O₃ eingesetzt werden. Dieses Verfahren basiert darauf, dass die Schmelze durch ein elektrisches Wechselfeld einer Spule geführt wird, wobei das Feld direkt in das Glas eingekoppelt wird. Die Aggregatwände sind als Skull ausgeführt, wobei die Glasschmelze eine Temperatur von mehr als 1900°C erreicht. Das Hochfrequenzläuterverfahren ist in folgenden Patenten detailliert beschrieben:
DE 199 39 773 A1 und DE 199 39 786 A1 betreffen Vorrichtungen und Verfahren, wobei in Glas, welches sich in gekühlten Läutergefäßen befindet, aus einer Hochfrequenzeinrichtung induktiv Hochfrequenzenergie in die Glasschmelze im des Läutergefäßes eingekoppelt wird.

Beim Läutern kann des Weiteren das vom Anmelder entwickelte Hochtemperaturläuterverfahren eingesetzt werden. In der Anmeldung DE 102 56 657.7 werden eine Heizvorrichtung und ein Schmelzaggregat beschrieben, welche aufgrund einer verbesserten Kühlung eine effiziente Beheizung der Schmelze ermöglichen. In DE 102 56 594.5 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beheizung von Schmelzen beschrieben, so daß die Wände des Schmelzaggregates ausreichend gekühlt werden können und gleichzeitig der Schmelze mehr Energie zugeführt wird, als ihr durch die gekühlten Wände entzogen wird.

Bedingt durch die beim Einschmelzprozess ablaufenden Reaktionen enthält eine Glasschmelze Gase in chemisch und/oder physikalisch gelöster Form sowie in Form von Blasen. Das Ziel eines jeden Läuterprozesses ist, soweit wie möglich die in der Glasschmelze enthaltenen Blasen sowie wenigstens einen Teil der gelösten Gase zu entfernen. Zu diesen Gasen gehören beispielsweise H₂O, CO₂, SO₂, N₂, O₂ und Ar.

Um den Läuterprozess geregelt durchführen zu können, ist es erforderlich, die physikalisch-chemischen Zusammenhänge zu kennen. Um eine Regelung aufbauen zu können, ist es nötig, diese Zusammenhänge modellmäßig zu beschreiben, die dazu notwendigen Stoff- und Prozeßparameter zu messen sowie Strategien und Algorithmen für die Regelung des Läuterprozesses zu entwickeln.

Um eine Lösung für diese Aufgabe zu erarbeiten, werden zunächst die in die Schmelze eingetragenen Blasen betrachtet. Unmittelbar nach dem Einschmelzprozess liegen die Blasen in der Schmelze in einer bestimmten ortsabhängigen Volumendichte, Größenverteilung und Zusammensetzung vor. Näherungsweise kann zu diesem Zeitpunkt davon ausgegangen werden, dass die Zusammensetzung der Blasen im wesentlichen mit derjenigen in der umgebenden Glasschmelze übereinstimmt und noch wenig von ihrer Umgebung abweicht. Durch die im Schmelzaggregat vorhandene Konvektion werden die Blasen an andere Stellen mit anderen Temperaturen transportiert. Dabei haben die Blasen aufgrund ihres Auftriebs das Bestreben, entgegen der Gravitationsbeschleunigung oder anderer zusätzlich aufgeprägter Beschleunigungen aufzusteigen.

Generell kommen zur Senkung der Blasenanzahl in der Schmelze folgende Maßnahmen in Frage: das Verringern der Anzahl der Startblasen unmittelbar beim Einschmelzen, das Verkürzen der Blasenaufstiegswege durch Heranführen der Blasen dicht an die Glasbadoberfläche, das Erhöhen der Blasenaufstiegsgeschwindigkeit in der Glasschmelze, die Resorption der verbliebenen Blasen aus der Schmelze sowie das Absenken des Gasgehaltes der Schmelze.

Wenn die Rohstoffe, deren Zusammensetzung und die Möglichkeiten zu ihrer Aufbereitung sowie das Läutermittel nicht verändert werden können, kann durch die Temperaturführung des Prozesses auf die Startblasen eingewirkt werden und so die Anzahl der Startblasen unmittelbar beim Einschmelzen verringert werden.

Zum Verkürzen der Blasenaufstiegswege durch Heranführen der Blasen dicht an die Glasbadoberfläche eignet sich beispielsweise ein Gebiet in einem Schmelzaggregat, in dem die Glasbadtiefe stark herabgesetzt ist. Auch durch eine geschickte Einstellung der Konvektion lassen sich blasenhaltige Gebiete sehr nah und sehr häufig an die Glasbadoberfläche befördern.

Im Hinblick auf das Erhöhen der Blasenaufstiegsgeschwindigkeit in der Glasschmelze wird die Blasenaufstiegsgeschwindigkeit betrachtet:
die Blasenaufstiegsgeschwindigkeit v ist entsprechend dem Stokesschen Gesetz gegeben durch:

Dabei bezeichnen ρ die Dichte und η die Viskosität der Glasschmelze, g die Erdbeschleunigung sowie r den Blasenradius.

Man erkennt, dass eine Erhöhung der Beschleunigung g, zum Beispiel durch Zentrifugieren, sowie durch eine Erniedrigung der Viskosität η, zum Beispiel durch eine Temperaturerhöhung, sowie besonders stark durch eine Vergrößerung des Blasenradius r die Blasenaufstiegsgeschwindigkeit v erhöht werden kann. Wegen der quadratischen Abhängigkeit der Blasenaufstiegsgeschwindigkeit vom Blasenradius wird bevorzugt Letzteres angestrebt. Eine nennenswerte Blasenvergrößerung kann bevorzugt durch Diffusion von Gasen aus der Schmelze in die Blasen bewirkt werden.

Die zeitliche Änderung des Blasenradius ṙ ist im Fall eines zeitlich stationären Temperaturfeldes

gegeben durch

mit folgenden Zusatzgleichungen

Dabei bezeichnen:

R:: Gaskonstante
T:: Temperatur
D_i:: Diffusionskonstante
L_i: Löslichkeit
Sh:: Sherwood-Zahl
p_i,G:: Druck der i-ten Gasspezies in der Glasschmelze
p_i,B:: Druck der i-ten Gasspezies in der Blase
p_A:: Atmosphärendruck
ρ:: Dichte der Glasschmelze
g:: Erdbeschleunigung
z:: Tiefe der Blase
σ:: Oberflächenspannung
ν:: die im ortsfesten Bezugssystem gegebene Geschwindigkeit der Blase

Die zeitliche Änderung des Blasenradius ṙ setzt sich zusammen aus den folgenden Termen, die die jeweilige Triebkraft kennzeichnen:

1. der in die Blase eindiffundierten Stoffmenge
aufgrund der Partialdruckdifferenz p_i,G – P_i,B _,
2. der Änderung des Atmosphärendrucks – r / 3ṗ_A
3. der Änderung des hydrostatischen Drucks rρg / 3ż, und
4. der Bewegung der Blase in einem räumlich inhomogenen Temperaturfeld

Die Blasenvergrößerung bei konventionellen Läuterprozessen erfolgt in der Regel dadurch, dass ein der Schmelze in angepasster Konzentration zugefügter Stoff (zum Beispiel As₂O₅, SnO₄, HCl) ab einer bestimmten Temperatur ein Gas freisetzt. Dieses Gas diffundiert in, bereits vorhandene Blasen ein oder führt zur Blasenneubildung, falls der Gasdruck so hoch ist, dass er sich nicht durch Diffusion hinreichend schnell abbauen kann. Durch Variation der chemischen Zusammensetzung des zugegebenen Stoffs, seiner Konzentration, der Glaszusammensetzung und des Temperatur- und Strömungsfeldes in dem Produktionsaggregat kann der Grad der Blasenvergrößerung und der damit verknüpften Blasenentfernung eingestellt werden. Dazu ist die Kenntnis der Konzentration der anfänglich vorhandenen Blasen, ihrer Zusammensetzung, ihrer Volumendichte, Größenverteilung und Startorte erforderlich. Außerdem muss die Konzentration bzw. der Partialdruck der in der Schmelze gelösten Gase bekannt sein.

Die Resorption der verbliebenen Blasen ist entscheidend für das Entfernen der Blasen, die nicht aus der Schmelze entwichen sind und deren Inhalt aus solchen Gasen besteht, die bei Temperaturerniedrigung der Schmelze. einen wesentlich niedrigeren Partialdruck besitzen. Darüber hinaus kann die Resorption von Gasen in einer Blase durch Erhöhung des atmosphärischen Gasdrucks verbessert werden. Unterstützt wird dieser Vorgang durch die Oberflächenspannung σ der Glasschmelze (typischerweise 0,3 N/m), wenn die Blasen hinreichend klein geworden sind. Die Oberflächenspannung führt zu einem Druck p_Os, der gegeben ist durch

Bei sehr kleinen Blasen, das bedeutet r < 20 μm, kann p_os sehr groß werden.

Gelöste Gase können beim Überschreiten der Siedelinie, was entweder bei konstantem Druck durch Erhöhen der Temperatur oder bei konstanter Temperatur durch Absenken des Druckes geschehen kann, unkontrolliert in Form von Blasen ausfallen (Reboil). Ferner kann es durch Wechselwirkung mit den Oberflächen des feuerfesten Materials zur Abscheidung von Blasen kommen. Zur Verringerung des Ausmaßes dieser unerwünschten Prozesse wird neben der Entfernung der Blasen auch die Absenkung des Gasgehaltes einer Schmelze angestrebt.

Die Absenkung des Gasgehaltes setzt einen nennenswerten Stofftransport von Gas an die Glasbadoberfläche voraus. Grundsätzlich kann der Gasgehalt einer Schmelze dadurch gesenkt werden, dass einerseits eine möglichst große Partialdruckdifferenz für die zu entfernenden Gase aufgebaut wird, und andererseits der Stoffaustausch durch eine hohe Temperatur und eine möglichst große Stoffaustauschfläche erleichtert wird. Schließlich sollte möglichst viel Gas an die Gasbadoberfläche transportiert werden, wo es leicht entweichen kann. Beim konventionellen Läuterprozess wird hingegen nur eine geringe Menge an in der Schmelze gelöstem Gas entfernt.

Als Maßnahmen zum Erhöhen der Partialdruckdifferenz für die in der Schmelze gelösten Gase eignen sich beispielsweise das Durchleiten eines artfremden Spülgases durch die Glasschmelze oder die Absenkung des Umgebungsdrucks. Vorteilhaft für die Unterdruckläuterung ist, dass alle Gase entfernt werden, ohne dass ein Spülgas in. der Schmelze zurückbleiben kann. Bei Verwendung eines Spülgases sind Prozessprobleme wie zum Beispiel Reboil nicht ganz auszuschließen, da sich ein Teil des Spülgases in der Schmelze lösen kann.

Über kleine Abstände hinweg erfolgt der Transport der Gase in der Glasschmelze durch Diffusion, die sehr langsam ist: typische Diffusionskoeffizienten für Gase in Glasschmelzen liegen bei ca. 10^–10 m²s^–1. Zusätzlich zur Glasbadoberfläche muss daher eine möglichst große innere Gasaustauschfläche geschaffen werden. Dazu eignen sich Blasen in einer hinreichend großen Volumendichte, die an sich bereits eine hohe spezifische Oberfläche besitzen. Diese Blasen werden durch die Schmelze entweder aktiv (z.B. durch Feinbubbling) hindurchgeleitet oder entstehen infolge eines Unterdrucks durch heterogene Keimbildung. Der Gastransport durch Blasen kann zusätzlich zu ihrer Auftriebsgeschwindigkeit auch durch Konvektion dieser Blasen an die Glasbadoberfläche unterstützt werden.

Damit die Blasen bei gleichzeitiger Senkung des Restgasgehaltes stabil und störungsfrei entfernt werden können, müssen zwischen Eintritt und Austritt des Glases in einem Läuteraggregat die notwendigen Prozesse in einer bestimmten Weise ablaufen. Um diese Prozesse gezielt kontrollieren zu können, ist daher eine zuverlässige Regelung erforderlich. Eine Möglichkeit für die Regelung von Prozessen zur Herstellung von las ist beispielsweise in den Patenten FR 2 781 786 , DE/EP 097668ST1 "Vorrichtung zum Regeln der Schmelzung und/oder Entgasung von Glasschmelzöfen" beschrieben.

Eine Regelstrecke setzt sich gemäß DIN 19226 (vergleiche besteht eine Regeldifferenz zwischen einer Führungsgröße und einer Regelgröße. Die Regelgröße wird von Störgrößen beeinflusst. Die Reglerausgangsgröße wirkt als Stellgröße auf ein Stellglied ein, wodurch die Regelgröße beeinflusst wird. Oftmals wird in der Literatur die Führungsgröße auch als Sollwert und die Regelgröße als Istwert bezeichnet. Prinzipiell ist bekannt, wie die Läuterung von Glas durchgeführt werden muss. Dazu gehören, wie beschrieben, die Beseitigung von Blasen und eine nennenswerte Reduzierung der in der Schmelze gelösten Gase. Aus der Erfahrung weiß man jedoch, dass dieser Prozess nicht in wünschenswertem Maß stabil durchgeführt werden kann. Zudem kann die Anzahl der Blasen im Produkt nicht ohne weiteres sicher unterhalb eines bestimmten Grenzwertes gehalten werden. Die Komplexität des Verfahrens erfordert daher ein Regelkonzept, das auf der Basis einer Vielzahl von Eingabe- und Ausgabegrößen beruht (Multiple Input Multiple Output-Regelung : MIMO-Regelung).

Es wurde herausgefunden, dass sich die Stabilität und Dauerbetriebsfähigkeit der Vorrichtungen und Verfahren zum Läutern durch Einbau einer Regelung wesentlich verbessern lässt. Es hat sich außerdem gezeigt, dass die Regelung in der oben beschriebenen Weise sehr hilfreich ist, um Havarie zu unterbinden und andere gefährliche bzw. für die Produktqualität schädliche Einflussfaktoren (z.B. das Einfrieren des Glases in der Anlage, übermäßige Korrosion, Blasenneubildung im Läuterbereich – also im Bereich des Blasenwachstums, übermäßige Schaumbildung) zu minimieren.

Aus den oben beschriebenen Umständen ergibt sich daher die Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung für eine Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas zur Verfügung zu stellen, die über eine stabile Prozeßführung hinaus die gezielte Beeinflussung eines Qualitätsparameters, insbesondere der Blasen im Produkt erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe bereits auf einfache Weise durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner ist in Anspruch 23 ein Verfahren angegeben, mit dem eine Regelung unter Einsatz der Vorrichtung durchgeführt werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den jeweils zugeordneten Unteransprüchen.

Die Regelvorrichtung für eine Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas weist zwei Regeleinrichtungen auf, welche zumindest zwei Regelkreisebenen bilden. In diesem Regelsystem wird zumindest eine Stellgröße ermittelt, indem zumindest eine Regelgröße sowie zumindest eine zu dieser Regelgröße korrespondierende Prozessgröße erfasst wird. Das erfindungsgemäße Regelwerk setzt sich also aus einer hierarchisch aufgebauten Reglerstruktur zusammen.

Der Regler der höchsten Stufe ist zuständig für die Gütefunktion der Blasendichte und des Restgasgehaltes. Regler niedriger Stufen dienen dabei der autarken Regelung der einzelnen Prozessparameter: zum Beispiel kann die Schaumhöhe im Läuteraggregat mit Mitteln der Oberhitze und der Eindüsung von Stoffen zur Beschleunigung des Schaumzerfalls geregelt werden. Eine konstante Glasbadtiefe im Läuteraggregat kann beispielsweise durch Einstellen des Restdrucks unter Berücksichtigung von Durchsatz und Temperatur geregelt werden.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung weist des weiteren eine Verknüpfungseinrichtung auf, welche eine Vielzahl von Sollwerten und/oder Istwerten über mehrere Regelkreisebenen miteinander verknüpfen kann. Insbesondere arbeitet die Verknüpfungseinrichtung nach einem sogenannten Multiple Input Multiple Output-System (MIMO-System). Durch die Verknüpfung der Vielzahl von Soll- und/oder Istwerten über mehrere Regelkreisebenen hinweg ermöglicht die Erfindung eine Trennung verschiedener Prozessschritte, wobei dennoch gleichzeitig mit einer einzigen Regelung das übergeordnete Prozessziel gesteuert werden kann: ist zum Beispiel eine stärkere Verringerung des Restgasgehaltes gewünscht, würde man bevorzugt eine Trennung der Prozessschritte "Senkung des Gasgehaltes" und "Blasenentfernung" anstreben. Dieser Prozess der Gasentfernung muss vor der Blasenentfernung ablaufen und, weil er mit der Blasenerzeugung verbunden ist, sorgfältig mit dem Prozess der Blasenentfernung abgestimmt werden. Eine derartige Abstimmung verschiedener Prozessschritte aufeinander wird mit der Erfindung auf vorteilhafte Weise möglich. Die Regelkreisverknüpfung kann neben den modellbasierten Regelungsstrategien der MIMO-Verfahren außerdem mindestens eine der folgenden Strategien umfassen: PID, Fuzzy, neuronale Netze und adaptive Regelungen.

Je nach Aufgabe der Regler niederer Ebene können aus Eingangsdaten bereits angepasste Sollwerte ermittelt werden. Als Sollwerte können dabei nicht nur Messwerte, sondern auch abgeleitete Größen eingesetzt werden. Diese Vorteile werden dadurch realisiert, dass die Regelkreisebenen hierarchisch geordnet sind, wobei die zumindest eine Regeleinrichtung der jeweils übergeordneten Regelkreisebene eine erste Vorgabeeinrichtung umfasst, mit welcher der zumindest einen Regeleinrichtung der jeweils untergeordneten Regelkreisebene Sollwerte vorgegeben werden können.

Die zumindest eine Regeleinrichtung der jeweils übergeordneten Regelkreisebene umfasst außerdem eine zweite Vorgabeeinrichtung, mit der direkt Stellgrößen vorgegeben werden können. Weil auf diese Weise auf hoher Ebene neben Sollwerten direkt Stellgrößen ermittelt werden können, ermöglicht die Erfindung (bei Bedarf), eine Regelstufe einzusparen. Kann also die Stellgröße direkt aus Eingabedaten ermittelt werden, kann somit die Komplexität des Regelwerks erheblich reduziert werden. Der weiteren Rationalisierung der Vorrichtung dient die erfindungsgemäße Möglichkeit, dass eine Vorgabeeinrichtung die erste Vorgabeeinrichtung zum Vorgeben der Sollwerte und die zweite Vorgabeeinrichtung zum Vorgeben der Stellgrößen umfasst.

Weil mit der erfindungsgemäßen Regelung der Zusammenhang der Glasqualität und der Regelgrößen sowie verschiedenster Einflussparameter beherrscht werden kann, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Regelung der komplexen Größe "Qualität". Die Glasqualität wird in Abhängigkeit von der Glasart und/oder von der Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas als Funktion zumindest einer der folgenden Regelgrößen bestimmt: volumetrische Blasenanzahldichte, Blasengrößenverteilung und Gehalt der in der Glasschmelze gelösten Gase. Dazu wird für die Regelvorrichtung zumindest eine erste Erfassungseinrichtung vorgesehen, welche zumindest eine Regelgröße, insbesondere eine der genannten Regelgrößen erfasst. Durch das Erfassen der Regelgrößen werden der Regelvorrichtung die Sollwerte vorgegeben. Zum Einspeisen der Istwerte in die Regelung sieht die Regelvorrichtung eine zweite Erfassungseinrichtung vor, welche zumindest eine Prozessgröße, insbesondere eine der folgenden Prozessgrößen erfassen kann:

– Temperatur
– atmosphärischer Restdruck in der Läuterkammer
– Heizleistung
– Heizleistung in vor- und/oder nachgeschalteten Prozessschritten
– Gemengefeuchte
– Gemengelage
– Gemengeform
– Volumenstrom durch die Glasdüsen
– Glasstand in der Schmelzwanne und/oder in der Läuterwanne und/oder in der Rinne und/oder im Rührtiegel
– Viskosität des Glases
– Durchsatz des Glases
– Sauerstoffpartialdruck des Glases
– Wassergehalt des Glases
– Sauerstoffpartialdruck des Abgases
– Ofendruck in der Schmelzwanne
– Schaumhöhe
– Form des Schaums
– Lage des Schaums
– Druck und/oder Volumenstrom des Schutzgases
– Blasenbildungsrate in der Schmelzwanne
– Rührerdrehzahl
– Sauerstoffpartialdruck an Edelmetallbauteilen.

Zum Umwandeln der erfassten Größe in ein Signal sieht die Erfindung zumindest eine erste Verarbeitungseinrichtung vor, in welcher zumindest eine der Prozessgrößen verarbeitet werden kann. Ein Vergleich mit korrespondierenden Werten, die zum Beispiel an anderen Orten ermittelt wurden, ermöglicht zudem eine Überwachung des Prozesses.

Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung ist des weiteren durch zumindest eine erste Ausgabeeinrichtung gekennzeichnet, welche zumindest eine der Prozessgrößen ausgeben kann. Auf diese Weise kann das Signal weitergeleitet werden, und es besteht die Möglichkeit zur Abfrage des weitergeleiteten Wertes, so dass durch den Vergleich des weitergeleiteten verarbeiteten mit dem erfassten Wert eine Kontrollmöglichkeit für das Zusammenwirken der Erfassungs-, Verarbeitungs- und der Ausgabeeinrichtung gegeben ist.

Um die interessierenden Größen auf besonders einfache Weise erfassen zu können, sieht die erfindungsgemäße Regelvorrichtung vor, dass die Erfassungseinrichtung zumindest eine Messeinrichtung zum Messen zumindest einer Regel-, Prozess- oder Stellgröße aufweist.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung für diverse Anlagen nutzbar, insbesondere bietet die Erfindung die Möglichkeit, die Regelvorrichtung mit einer aus folgenden Komponenten beliebig aufgebauten Regelstrecke zu benutzen: Die Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas kann eine Einlegemaschine, eine Schmelzwanne, einen Ofen, eine Läuterkammer, einen Läutertiegel, ein Steigrohr, eine waagerechte Läuterkammer, ein Fallrohr, einen Konditionierungsteil, eine Einrichtung zum Eindüsen oberflächenaktiver Substanzen, eine Einrichtung zum Einbringen von Schutzgas, ein Homogenisierungssystem, einen Speiser, eine Einrichtung für die Heißformgebung, ein kaltes Ende, eine Blasdüse, eine Pumpe sowie einen Rührer umfassen.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung kann an zumindest einem der folgenden Orte angeordnet sein: Schmelzwanne, Läuterkammer, Läutertiegel, Steigrohr, waagerechte Läuterkammer, Fallrohr, Konditionierungsteil, Homogenisierungssystem, Speiser, Einrichtung für die Heißformgebung oder kaltes Ende. Die Position der Messeinrichtung ist also vorteilhafterweise variabel, so dass mehrere Messeinrichtungen zur ortsaufgelösten Regelung möglich sind. Solange an einem der genannten Orte ein Mindestmaß an Information ermittelt wird, ist die weitere Messdatenerfassung in keiner Weise beschränkt.

Zum Einstellen zumindest einer Stellgröße sieht die erfindungsgemäße Regelvorrichtung des weiteren eine Einstelleinrichtung vor. Damit wird ermöglicht, bereits mit einer einzigen Einstelleinrichtung ein ggfs. auf komplexe Weise in der Regeleinrichtung ermitteltes Regelziel, nämlich die eine Stellgröße, in den Prozess rückzukoppeln und so die eigentliche Regelung vorzunehmen.

Ebenso wie die Position der Messeinrichtung ist die Position der Einstelleinrichtung variabel, so dass bei räumlich großer Ausdehnung der Regelstrecke ein Einkoppeln der Stellgröße an mehreren Stellen möglich ist. Erfindungsgemäß ist die Einstelleinrichtung an zumindest einem der folgenden Orte vorgesehen: Schmelzwanne, Läuterkammer, Läutertiegel, Steigrohr, waagerechte Läuterkammer, Fallrohr, Konditionierungsteil, Homogenisierungssystem, Speiser oder Einrichtung für die Heißformgebung. Die bisher beschriebene Regelung detektiert die Stellgrößen mittelbar aus Abweichungen der Soll- von den Istwerten. Davon unabhängig sieht die Erfindung eine weitere Kontrollmöglichkeit für die Stellgrößen vor, indem in einer dritten Erfassungseinrichtung zumindest eine der folgenden Stellgrößen direkt erfasst werden kann:

– Wasserzugabemenge in das Gemenge
– Wassereindüsungsmenge in die Oberofenatmosphäre
– Oxidationsmittelzumischungsmenge für fossile Brennstoffe
– Volumenstrom durch die Blasdüsen
– Verhältnis zwischen Brennstoff und Oxidationsmittel
– Position und/oder Taktzahl und/oder Pausenzeiten und/oder Stoffmenge pro Takt der Einlegemaschine
– Volumenstrom und/oder Zusammensetzung der Eindüsung oberflächenaktiver Substanzen
– Leistungsdichte im Schaum
– Durchsatz des Glases
– Saugleistung der Pumpen
– Leckraten
– Höhe der Läuterbank
– Heizleistung
– Druck und/oder Volumenstrom des Schutzgases
– Rührerdrehzahl
– Gaszusammensetzung an der glasabgewandten Oberfläche von Edelmetallbauteilen.

In zumindest einer zweiten Verarbeitungseinrichtung kann zumindest eine der Stellgrößen verarbeitet werden. Damit wird ein Vergleich mit korrespondierenden Werten, z.B. an anderen Messorten möglich, und die Stellgröße selbst kann somit abgeglichen werden.

In zumindest einer zweiten Ausgabeeinrichtung kann zumindest eine der Stellgrößen ausgegeben werden. Analog zu der ersten Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe einer Prozessgröße ist so die Möglichkeit für das Weiterleiten des Signals und für eine Abfrage des weitergeleiteten Signals gegeben, so dass eine Kontrolle der Regelung vorgenommen werden kann.

Die Regelvorrichtung umfasst des weiteren eine Kompensationseinrichtung, welche den Einfluss von Störgrößen wie insbesondere Tag-/Nachtschwankungen, Luftdruckschwankungen, Luftfeuchteschwankungen auf die Stellgrößen und/oder Regelgrößen kompensieren kann. Damit sieht die Erfindung eine besonders einfache Möglichkeit zum Entlasten der Regelvorrichtung vor, indem Störgrößen aus der Umgebung herausgefiltert werden. Die Regelung muss also nicht auf derartige ungewisse, schwierig zu kalkulierende Schwankungen ausgelegt sein. Daher bietet die Erfindung die Möglichkeit für eine feinere Abstimmung der Regelung, die demzufolge genauer ist.

Neben dem Erfassen von Sollwerten aus dem Prozess kann der Messaufwand durch Vergabe von festen Sollwerten reduziert werden. Die Regelung kann dabei über verschiedene Parameter an unterschiedliche Strategien angepasst werden, ohne dass die Regelvorrichtung selbst in ihrem Aufbau verändert werden muss. Dafür sieht die Erfindung in besonders einfacher Weise eine Archivierungseinrichtung vor, welche die Sollwerte für Regelgrößen und/oder Parameter der Regeleinrichtung archivieren kann. Diese gespeicherten Sollwerte werden ebenfalls mit Istwerten über die verschiedenen Regelkreisebenen hinweg verknüpft, so dass sie in gleicher Weise wie die erfassten Sollwerte in der Regelvorrichtung verarbeitet werden können.

Mittels einer Eingabeeinrichtung kann das aktuelle Produktionsziel eingegeben werden. Dieses Erfassen der unmittelbaren Zielgröße ermöglicht zum einen eine Auswertung im Hinblick auf die tatsächliche Realisierung des angedachten Regelziels durch einen Vergleich des eingegebenen aktuellen Produktionsziels mit dem Ergebnis der Produktion und damit ggfs. eine Anpassung der Regelung, falls Abweichungen vorliegen. Zum anderen können verschieden Prozessziele ausgewählt werden, so dass die Regelung variabel auf verschiedene Anforderungen eingestellt werden kann, ohne die Regelvorrichtung oder das zugrundeliegende Verfahren selbst ändern zu müssen.

In dieser Hinsicht bietet die Erfindung den großen Vorteil, zielorientierte Werte fest speichern zu können, indem die Archivierungseinrichtung die Sollwerte für die Regelgrößen und/oder die Parameter der Regeleinrichtungen entsprechend des aktuellen Produktionsziels archivieren kann.

Weil die erfindungsgemäße Regelvorrichtung, wie oben beschrieben, äußerst variabel einsetzbar ist, kann die Regelung in verschiedenen Ausführungen der Anlage eingesetzt werden, zum Beispiel in einer Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Läutern, in einem Unterdruckschmelz- und/oder -läuteraggregat in einer hochfrequenzbeheizbaren Schmelz- und/oder Läuteranlage oder in einer direkt elektrisch beheizbaren Schmelz- und/oder Läuteranlage.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient nicht nur, wie oben beschrieben, der Ausführung des erfindungsgemäßen Regelkonzepts in der Regelvorrichtung, sondern auch der Bewertung der Regelbarkeit und des Regelverhaltens der Produktionsanlage sowie ihrer Stabilität bereits in der Designphase der Anlage. Dies wird dadurch erreicht, dass das Betriebsverhalten der Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas durch Simulationsrechnungen ermittelt und/oder simuliert wird. Durch das Erstellen eines Simulationsmodells der realen Produktionsanlage kann dann durch Analyse der Simulationsrechnungen das Regelverhalten einzelner Komponenten und/oder des gesamten Systems in einfacher Weise abgeleitet werden. Somit bietet die Erfindung die Möglichkeit, die Regelung bereits im voraus auf die Realität des Prozesses abzustimmen.

Das Ergebnis der Simulation kann dabei zum Bestimmen des Regelverhaltens zumindest einer Prozessebene herangezogen werden. Gegenüber dem rein empirischen Vorgehen des Abstimmens der Regelung kann auf diese Weise eine zuverlässige Abstimmung mit deutlich weniger Iterationsschritten zum Anpassen der Parameter vorgenommen werden. Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten können frühzeitig erkannt und entsprechend des Abweichungsgrades nach glas- und/oder prozessabhängigen Gewichtungsvorschriften gegengesteuert werden (statistische Prozesskontrolle).

Eine derartige Abstimmung kann erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise besonders schnell geschehen, indem für zumindest eine Prozessebene aus dem Ergebnis der Simulation zum Bestimmen des Regelverhaltens ein Modell zur Regelung in Echtzeit abgeleitet wird.

Um die Möglichkeit zum schnellen Abstimmen mit deutlich weniger Iterationsschritten für das erfindungsgemäße Verfahren umfangreich zu nutzen, sieht die Erfindung weitere Möglichkeiten vor: so kann das Ergebnis der Simulation zum Bestimmen des Regelverhaltens der gesamten Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas herangezogen werden. Gleichzeitig ist jedoch auch die Möglichkeit gegeben, zum Ermitteln der zumindest einen Stellgröße aus zumindest einem Sollwert und zumindest einem Istwert eine empirisch entwickelte Vorschrift anzuwenden. In vorteilhafter Weise wird die Stellgröße in dem erfindungsgemäßen Verfahren aus zumindest einem Sollwert und zumindest einem Istwert unter Heranziehen einer auf einem phänomenologischen Modell basierenden Vorschrift ermittelt. Zum Ermitteln der Stellgröße kann des weiteren eine auf einem chemischen und/oder physikalischen Modell basierende Vorschrift angewendet werden. Zudem ist es möglich, eine Vorschrift anzuwenden, welche aus einer Kombination einer empirisch entwickelten Vorschrift und/oder einer auf einem phänomenologischen Modell basierenden Vorschrift und/oder einer auf einem chemischen und/oder physikalischen Modell basierenden Vorschrift entwickelt wird.

Indem in jedem Regelkreis die Parameter der Vorschriften zum Bestimmen der zumindest einen Stellgröße anhand eines Vergleichs mit den Prozessdaten an die momentanen Gegebenheiten angepasst werden, wird auf einfache Weise der Vorteil geschaffen, dass die Regelung variabel auf die momentanen Gegebenheiten reagiert.

Die für den Vergleich herangezogenen Prozessdaten können aus der laufenden Produktion abgeleitet werden. Damit kann die Regelung mit einem Prozessleitsystem gekoppelt werden; dies ist besonders vorteilhaft, da die erforderlichen Daten in dem Prozessleitsystem bereits zur Verfügung stehen. Die erfindungsgemäße Regelung ist jedoch nicht auf das Vorhandensein eines Prozessleitsystems angewiesen: die für den Vergleich herangezogenen Prozessdaten können auch in Experimenten ermittelt werden.

In der bisherigen Beschreibung wurde der Fall betrachtet, dass die erfindungsgemäße Regelvorrichtung bzw. das Verfahren für die Regelung der Glasqualität bei einem vorgegebenen Prozessziel eingesetzt wird. Die Erfindung bietet darüber hinaus jedoch die Möglichkeit, neben der Glasqualität den Wechsel der Produktionsparameter zu regeln. Auf diese Weise kann mit der Erfindung auch ein zuverlässiger Produktwechsel automatisiert durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. Dieselben Bauteile werden auf allen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Es zeigen:
1 schematische Darstellung einer Regelung gemäß DIN 19226,
2 schematische Darstellung einer Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas,
3 Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Regelung,
4 Prinzipskizze eines Läuteraggregates,
5 schematische Darstellung einer Absolutdruckregelung,
6 schematische Darstellung einer Differenzdruckregelung,
7 schematische Darstellung einer Glasstandsregelung,
8 Flussdiagramm für die Regelung der Unterdruckäuterung,
9 Flussdiagramm für die Regelung der Hochfrequenzläuterung.
Aus 2 ist ein allgemeines Schema für eine Anlage 500 zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas zu entnehmen. Die Anlage 500 besteht aus einer Schmelzwanne 510, einer Läuterwanne 520 und einer Rinne 530. Die abgebildete Anlage 500 weist eine separate Schmelzwanne 510 und Läuterwanne 520 auf; prinzipiell können jedoch beide auch zu einer Wanne zusammengefaßt sein oder sich in weitere Abschnitte gliedern. Als Ausgangsmaterial für die herzustellende möglichst blasenfreie Glasschmelze 600 wird das Gemenge 650 wird in die Schmelzwanne 510 aufgegeben. In der Schmelzwanne 510 schmilzt das Gemenge 650 ein; so daß die Glasschmelze 600 gebildet wird. Die Schmelze 600 gelangt im weiteren Verlauf in die Läuterwanne 520, in der das Entfernen der Blasen aus der Glasschmelze 600 durchgeführt wird. Die geläuterte Glasschmelze 600 wird über die Rinne 530 der weiteren Verarbeitung zugeführt.
In 3 ist der allgemeine Ablauf einer Regelung gemäß der Erfindung dargestellt. Die oben beschriebene Anlage zum Läutern und/oder Schmelzen von Glas bildet eine Regelstrecke. Die Regelgrößen, Prozessgrößen sowie ggfs. Stellgrößen können an verschiedenen Orten der Regelstrecke erfasst werden. Dazu ist die Regelstrecke mit zumindest einer Messeinrichtung 13 versehen. Der Messeinrichtung 13 kann eine Kompensationseinrichtung 14 zum Eliminieren von äußeren Einflüssen vorgeschaltet sein.
Die von der Messeinrichtung 13 bestimmten Größen werden von Erfassungseinrichtungen 10, 11, 12 aufgenommen. Mit einer Erfassungseinrichtung 10 werden Regelgrößen, also Sollwerte, erfasst. Mit einer weiteren Erfassungseinrichtung 11 werden Prozessgrößen erfasst, die in einer Verarbeitungseinrichtung 21 verarbeitet und dann mittels einer Ausgabeeinrichtung 31 ausgegeben werden können. In einer weiteren Erfassungseinrichtung 12 können direkt Stellgrößen erfasst, in einer Verarbeitungseinrichtung 22 weiterverarbeitet und über eine Ausgabeeinrichtung 32 ausgegeben werden.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung 1 umfasst eine Regeleinrichtung auf einer hohen Ebene 50, sowie eine Regeleinrichtung auf einer niedrigen Ebene 60. Die erfassten Sollwerte und Istwerte werden in einer Verknüpfungseinrichtung 70 über die Regelkreisebenen hinweg miteinander verknüpft. Der Regeleinrichtung auf hoher Ebene 50 können dabei die Soll- und Istwerte so zugeführt werden, dass in der Regeleinrichtung 50 Stellgrößen ermittelt werden, die über eine Vorgabeeinrichtung 55 ausgegeben werden können. Die Regeleinrichtung auf hoher Ebene 50 umfasst des weiteren eine weitere Vorgabeeinrichtung 56, wobei mittels der Vorgabeeinrichtung 56 aus den an die Regeleinrichtung auf hoher Ebene 50 weitergeleiteten Soll- und Istwerten Sollwerte für eine Regeleinrichtung auf niedriger Ebene 60 weitergegeben werden. Aus Soll- und Istwerten, die die Regeleinrichtung auf niedriger Ebene 60 von der Verknüpfungseinrichtung 70 erhält und/oder aus Sollwerten, die die Regeleinrichtung auf niedriger Ebene 60 von der Regeleinrichtung auf hoher Ebene 50 über die Vorgabeeinrichtung 56 erhält, werden in der Regeleinrichtung auf niedriger Ebene 60 Stellgrößen ermittelt.
Die Regelvorrichtung 1 umfasst des weiteren eine Eingabevorrichtung 95. Über die Eingabevorrichtung 95 können Prozessziele eingegeben werden, die in der Archivierungseinrichtung 90 gespeichert werden. In Abhängigkeit von den Prozesszielen können von der Archivierungseinrichtung zudem Sollwerte und Parameter für die Regeleinrichtungen zur Verfügung gestellt werden. Neben den, wie oben geschildert, erfassten Sollwerten werden in der Verknüpfungseinrichtung 70 auch archivierte Sollwerte aus der Archivierungseinrichtung 90 verarbeitet. Die Parameter, die in den Regeleinrichtungen 50 und 60 der Regelvorrichtung 1 herangezogen werden, werden diesen Regeleinrichtungen 50 und 60 von der Archivierungseinrichtung 90 in Abhängigkeit von dem in die Eingabeeinrichtung 95 eingegebenen Prozessziel zur Verfügung gestellt.
In der Regelvorrichtung werden also auf unterschiedliche Weise, je nach den jeweiligen Anforderungen, Stellgrößen aus erfassten und/oder archivierten Sollwerten bzw. Istwerten ermittelt. Die Stellgrößen werden mit Hilfe einer Einstelleinrichtung 80 in die Komponenten der Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas 2 zurückgekoppelt.
Die erfindungsgemäße Regelung kann in unterschiedlichen Prozessen eingesetzt werden. Im Folgenden werden wichtige Gesichtspunkte einer erfindungsgemäßen Prozessführung dargestellt, bevor im Einzelnen auf verschiedene Ausführungsbeispiele eingegangen wird.
Bereits bei der Konzipierung einer Unterdruckläuteranlage muss bewertet werden, in welchem Umfang eine deutliche Absenkung des Restgasgehaltes zusätzlich zur Beseitigung der Blasen erreicht werden soll. Ist eine stärkere Verringerung des Restgasgehaltes gewünscht, wird man bevorzugt eine Trennung der Prozessschritte anstreben. Als generelle Leitlinie dient die Vorstellung, dass die Glasschmelze möglichst nicht in Schaum oder Vorstufen davon umgewandelt werden darf. Ansonsten ist die Rückführung von Schaum in eine homogene Schmelze sehr zeitaufwendig. Auch die Glasbadoberfläche sollte möglichst wenig von Schaum bedeckt sein, um den Gasaustausch an der Glasbadoberfläche zu erleichtern. Des weiteren ist zu beachten, dass der niedrigste einzustellende Atmosphärendruck durch den Dampfdruck der flüchtigsten Glaskomponente bestimmt wird. Im allgemeinen wird man daher den Druck bei ca. 1500°C beispielsweise nicht wesentlich unter 100 mbar absenken.
Einer der wichtigsten Auslegungsparameter ist die Druck-Zeitkurve p(t), die von einem Volumenelement der Glasschmelze durchlaufen wird. Die Zeit t zum Erreichen des Restdruckes p_R auf einer Druckabsenkstrecke 1 ist bei einem Durchsatz ṁ einer Querschnittsfläche A und der Dichte ρ der Schmelze gegeben durch
In dieser Zeit wird der Luftdruck vom Atmosphärendruck p_A auf den Restdruck p_R abgesenkt.
Die Druck-Zeitkurve ist so einzustellen, dass auf dem Weg zum Restdruck kein Schaum im Volumen des Zuleitungsrohres entsteht. Dazu müssen bei vorgegebenen Massendurchsatz ṁ die Länge der Druckabsenkstrecke 1 und/oder die Querschnittsfläche A vergrößert werden. Darüber hinaus muss in dem Aggregatteil, der zur Blasenbeseitigung dient, dafür Sorge getragen werden, dass keine neuen Blasen erzeugt werden, sondern nur noch die vorhandenen Blasen vergrößert werden und diese leicht aus der Schmelze entweichen können.
Am Eintritt des Glases in ein Läuteraggregat, insbesondere in ein Unterdruckläuteraggregat sollten folgende Zustandsgrößen gemessen werden oder bekannt sein:

– Volumendichte der Blasen
– Größenverteilung der Blasen
– Zusammensetzung der Blasen
– Konzentration bzw. Partialdrücke der in der Schmelze gelösten Gase
– Konzentration des Läutermittels
– Temperatur des Glases
– Viskosität des Glases
– Durchsatz
– zeitlicher Verlauf des Druckabfalls.

Beim Eintritt in eine Unterdruckläuteranlage muss die Blasendichte innerhalb bestimmter Bereiche liegen: ist die Blasendichte zu hoch, besteht die Gefahr der Schaumbildung im Steigrohr. Andererseits darf die Blasendichte nicht zu gering sein, da sonst keine nennenswerte Entgasung erreicht werden kann.
Beim Durchlaufen des Glases durch ein Unterdruckläuteraggregat verringert sich im Laufe der Zeit der Umgebungsdruck auf den eingestellten Restdruck (Vakuum), wobei die in der Schmelze vorhandenen Blasen stark aufgebläht werden können. Die Blasenvergrößerung f als Verhältnis des Anfangsradius r_A zum Endradius r_R beim Restdruck p_R ist gegeben durch
Dabei bezeichnen:

r_A:: Anfangsradius
r_R:: Endradius
f:: Blasenvergrößerung

Dabei bezeichnen:

f_BM:: isotherme Vergrößerung
p_A:: Atmosphärendruck
p_R:: Restdruck

_Diff

_BM

Im Unterdruckläuteraggregat müssen folgende Größen gemessen werden oder bekannt sein:

– Restdruck der Atmosphäre
– Glasbadtiefe
– Schaumhöhe
– Temperatur des Glases
– Viskosität des Glases
– Rate verdampfender Glasbestandteil

Da je nach Glasart, Temperatur und Unterdruck nur eine begrenzte Anzahl von Blasen die Glasbadoberfläche hinreichend schnell verlassen kann, kann sich Schaum bilden. Insbesondere der Prozess zur Reduzierung des Gasgehaltes muss so geregelt werden, dass die Schaumentstehungsrate und die Schaumvernichtungsrate zu möglichst geringen und stabilen Schaumhöhen führt. Zum beschleunigten Schaumabbau kann eine zusätzliche Erhitzung des Schaums nützlich sein. Dies führt wegen der Viskositätserniedrigung zu einem beschleunigten Ablaufen des Glases an die Glasbadoberfläche zurück, sowie zu einer erhöhten Verdampfung der dünnen Glasfilme, was deren Aufplatzen fördert. Zusätzlich können andere Stoffe zur weiteren Erhöhung der Verdampfung – verbunden mit einer Erhöhung der Oberflächenspannung – verwendet werden. Durch Sensoren können Schaumdicke, Form und Lage der Schaumbedeckung erfasst werden.
Am Austritt des Glases aus dem Unterdruckläuteraggregat müssen folgende Größen gemessen werden oder bekannt sein:

– Volumendichte der Blasen
– Konzentration und/oder Partialdruck der Gase in der Glasschmelze.

Diese Größen werden als Istwerte zur Bestimmung der globalen Gütefunktion f_M herangezogen und mit dem Sollwert f_M,F verglichen. Beide Größen sind wie folgt definiert: f = a·N + b·ptot Gleichung 9wobei a und b glastyp- und prozessabhängige Gewichtungsfaktoren sowie N die Blasendichte und
der totale Druck der gelösten Gase in der Schmelze sind. Statt des totalen Drucks kann auch der Partialdruck p_i einer kritischen Gaskomponente verwendet werden.
Durch phänomenologische und/oder empirische Modelle sowie teilweise durch modellbasierte Regelungen und Kombinationen daraus wird erreicht, dass die Volumendichte der Blasen und ggfs. die Konzentration gelöster Gase am Ende des Läuteraggregats unterhalb produktspezifischer vorher festgelegter Werte verbleibt.
Zur Aufnahme von Prozessdaten werden Sensoren benötigt. Dazu gehören zur Bestimmung der Gemengefeuchte Hygrometer und IR-Spektrometer, zum Messen der Temperatur Thermoelemente und Pyrometer, zum Bestimmen des Volumenstroms durch die Blasdüsen Rotameter oder massflow-controller bzw. Drucktransmitter. Die Viskosität des Glases kann mittels des schwingenden Stabes oder durch Resonanzverfahren (Firma Marimex) bestimmt werden. Zum Bestimmen des Redoxpotentials des Glases kann eine Sauerstoffpartialdrucksonde eingesetzt werden, die ebenfalls den Sauerstoffpartialdruck im Abgas bestimmen kann. Für die Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes im Abgas kommt außerdem ein Laserspektrometer Firma Bernd, in Frage. Die Gemengelage und Gemengeform kann durch Erfassung mit einer oder mehreren Kameras mit angeschlossener Bildauswertung (beispielsweise durch ein System des Unternehmens STG, Cottbus) bestimmt werden. Mittels eines Stabzuges mit Bildauswertung kann die Blasenzahl des Glases ermittelt werden. Der Glasstand kann mit einer Platinkontaktorgelpfeife mittels eines Lasers über einen elektrischen Kontakt oder radioaktiv bestimmt werden. Die Schaumhöhe kann ebenfalls über eine Platinkontaktorgelpfeife sowie mittels einer CCD-Kamera bestimmt werden. Die Form und die Lage des Schaums werden in gleicher Weise wie die Form und die Lage des Gemenges bestimmt. Der Durchsatz des Glases ergibt sich aus einem Integral aus der Einlage oder dem Glasabfluss. Zum Messen des Unterdrucks kann eine Druckmessdose mit Messumformer eingesetzt werden.
Die Heizleistung lässt sich über einen Messwandler für elektrische Größen, insbesondere die Spannung, den Strom, die Leistung oder die Frequenz messen. Druck und Volumenstrom des Schutzgases lassen sich über einen Drucktransmitter oder massflow-controller bestimmen. Die Rührerdrehzahl kann mittels eines Drehzahlmessers ermittelt werden.
Auch der Sauerstoffpartialdruck an Edelmetallbauteilen muss bestimmt werden. Dieser wird mit einem an sich bekannten Sauerstoffpartialdruck-Sensor (pO2-Sensor; Messung beispielsweise durch Voltametrie gemessen.
Um den Prozess stabil durchzuführen und die Anzahl der Blasen im Produkt sicher unterhalb eines bestimmten Grenzwertes zu halten, ist die Erfassung mindestens einer der in Tabelle 1 aufgeführten Eingangsgrößen für das Multiple Input Multiple Output-Modell (MIMO-Modell) erforderlich Die in Tabelle 1 verwendete Abkürzung SW bedeutet Schmelzwanne. Mit der Abkürzung LW wird der Begriff Läuterwanne abgekürzt. UD bedeutet Unterdruckaggregat, mit LK ist der Begriff Läuterkammer gemeint. Das Redoxverhältnis gibt die Konzentration an dreiwertigen und/oder fünfwertigen Ionen, insbesondere an dreiwertigen und/oder fünfwertigen Ionen aus Läuterhilfsmitteln wie beispielsweise Arsen und Antimon, im Verhältnis zur Konzentration an Sauerstoff an. Unter dem Begriff Stabzug wird eine Vorrichtung verstanden, die das Herstellen von Glasstäben durch Ziehen aus der Schmelze ermöglicht.
Tabelle 1: Eingangsgrößen für das MIMO-Modell und Sensoren zu ihrer Messung. Die in der Tabelle verwendeten Abkürzungen bezeichnen: SW Schmelzwanne, LW Läuterwanne, UD Unterdruckaggregat, LK Läuterkammer.
Die Regelung soll mindestens auf eine der in Tabelle 2 aufgeführten Größen wirken.
Tabelle 2: Regelgrößen und korrespondierende Stellglieder mit Erläuterung der Stellgröße. Die in der Tabelle verwendeten Abkürzungen bezeichnen: SW Schmelzwanne, LW Läuterwanne, UD Unterdruckaggregat, LK Läuterkammer.
Die in Tabelle 2 verwendete Abkürzung SAR bedeutet Schmelzaggregat, mit der Abkürzung EZH wird eine elektrische Zusatzbeheizung bezeichnet. Unter dem Begriff Speiser wird eine Vorrichtung verstanden, welche sich in Durchlaufrichtung des Glases am Ende der Schmelz- beziehungsweise Läuterwanne befindet. Der Speiser umfaßt eine äußere Begrenzung, welche als Zylinder ausgebildet sein kann. Innerhalb des Speisers kann das Glas durch eine Speisernadel aus der Schmelzbeziehungsweise Läuterwanne gefördert werden. Die Speisereinstellungen umfassen im wesentlichen die Einstellung der Temperatur und des Hubs der Speisernadel.
Die Regelkreisverknüpfung erfolgt mindestens mit einer der folgenden Strategien:
PID, Fuzzy, neuronale Netze, adaptive Regelungen und modellbasierte Regelungsstrategien wie insbesondere MIMO-Regelung.
Anhand der folgenden Ausführungsbeispiele wird der Einsatz der erfindungsgemäßen Regelung für die Regelung des Blasenwachstums, die Regelung der Entgasung, die Regelung des Glasstandes und des Ofendrucks in einem Unterdruckläuteraggregat, die Regelung der Schaumhöhe und – struktur, und die Regelung der Blasenzahl beschrieben.
Ziel bei der Regelung des Blasenwachstums ist es, alle Blasen zu entfernen. Dazu müssen die Blasen eine hinreichend hohe Auftriebsgeschwindigkeit relativ zur umgebenden Glasschmelze erhalten. Die Auftriebsgeschwindigkeit ist gegeben durch Gleichung 1. Durch Erhöhung der Temperatur steigt der Partialdruck eines Gases in der Schmelze, das aus einem der Glasschmelze zugesetzten Läutermittel freigesetzt werden kann. Ferner wird die Viskosität der Schmelze bei einer Temperaturerhöhung herabgesetzt. Wegen des Partialdruckunterschiedes diffundiert das Läutergas in vorhandene Blasen ein. Dadurch wird deren Durchmesser vergrößert, was gemäß dem Stokesschen Gesetz (Gleichung 1) zu einer erhöhten Blasenaufstiegsgeschwindigkeit führt.
Das Gleiche lässt sich erreichen, wenn man statt oder in Ergänzung zu einer Temperaturveränderung den atmosphärischen Restdruck in dem Läuteraggregat absenkt. Dadurch wird der totale Druck und auch die Partialdrucke der darin enthaltenen Gase herabgesetzt, was wiederum wegen des Druckunterschieds zwischen Blasen und der sie umgebenden Schmelze zu einer Blasenvergrößerung führt.
Die Blasenwachstumsgeschwindigkeit kann als Funktion der Temperatur und/oder des atmosphärischen Restdrucks gemessen bzw. aus den Stoffdaten, insbesondere der Löslichkeit, dem Diffusionskoeffizienten und den Konzentrationen berechnet werden.
In 4 sind die räumlichen Gegebenheiten eines Läuteraggregates skizziert. Kennt man den mittleren Startblasenradius vor dem Läuteraggregat, kann man aus den bekannten Daten für das Größenwachstum ausrechnen, nach welcher Zeit t₁ die Blasen eine bestimmte Größe erreicht haben. Diese Zeit muss ungefähr mit der Zeit t übereinstimmen, die die Blasen aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des Glases vs und ihrer Auftriebsgeschwindigkeit v_A erreichen, wobei
Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit vs ist bei bekanntem Rohrquerschnitt A und einem Volumenstrom dV/dt unter Annahme einer Kolbenströmung gegeben durch
Nach dem Durchlaufen der vertikalen Strecke der Höhe h müssen die Blasen so groß geworden sein, dass sie auf der horizontalen Strecke L mit der Glashöhe d aufgrund ihres Auftriebs sicher die Schmelze verlassen können (vergleiche 4). Dies bedeutet, dass die maximale Blasenaufstiegszeit t_max im horizontalen Läuterteil kleiner als die mittlere Durchlaufzeit t_L sein muss. Damit kann abgeschätzt werden, wieviele Blasen die Glasbadoberfläche erreichen, wo sieaufplatzen und die Schmelze verlassen.
Im Zusammenhang mit dem Blasenwachstum ist zu beachten, dass zur Durchführung der Läuterung das Blasenwachstum innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden muss. Ist das Blasenwachstum zu klein, können wegen der zu geringen Auftriebsgeschwindigkeit nicht genügend viele Blasen aus der Schmelze entfernt werden. Ist das Blasenwachstum dagegen zu groß, besteht die Gefahr, dass der Anteil der Blasen pro Volumeneinheit der Schmelze zu groß wird. Dadurch verringert sich die effektive Dichte der Schmelze zu sehr, was zu einer unerwünschten Beeinflussung der Konvektionsströmung im Einschmelz- und Läuterbereich, sowie zum Abriss der Glassäule im Unterdruckteil führen kann.
Ein zu hoher Blasenanteil pro Volumeneinheit der Schmelze führt zu einer Umkehrung des Anteils von Glas zu Gas in dem Sinne, dass Schaum in unterschiedlichsten Ausprägungsformen entstehen kann. Dies ist ein unerwünschter Betriebszustand, da die Rückführung von Schaum in Glas sehr zeitaufwendig ist, und die Schaummenge nur mit Hilfe von physikalischen oder chemischen Methoden wieder reduziert werden kann. Insbesondere kommen dabei das Erhitzen zum Erhöhen der Verdampfung oder die Injektion von oberflächenspannungserhöhenden Substanzen in Frage. Die Schaumbildung wird außerdem negativ beeinflusst, wenn durch zu geringen Restdruck eine Blasenneubildung einsetzt.
Als Hauptstellgrößen zur Beeinflussung der Blasendichte nach dem Läuteraggregat stehen folgende Größen zur Verfügung: die Länge L der Läuterstrecke bei fester Querschnittfläche, der Volumenstrom des Glases dV/dt und der atmosphärische Restdruck im Läuteraggregat. Darüber hinaus kann das Blasenwachstum und die Auftriebsgeschwindigkeit der Blasen durch Zugabe von Läutermittel sowie durch Einstellung der Temperatur geregelt werden. Des weiteren ist es zur Regelung des Blasenwachstums erforderlich, die Größenverteilung und die Volumendichte der eintretenden Blasen sowie den Gehalt der in der Schmelze gelösten Gase wenigstens näherungsweise zu untersuchen.
Neben der Beseitigung der Blasen sollte der Anteil der in der Schmelze gelösten Gase signifikant reduziert werden. Dazu dient die Regelung der Entgasung. Der Massenstrom dm/dt zwischen den in der Schmelze vorhandenen Blasen und ihrer Umgebung ist proportional zu
Darin bezeichnet r _B den mittleren Blasenradius, N_B die Blasendichte, D_i(T) den Diffusionskoeffizienten, Δp_i den Partialdruckunterschied zwischen Blasen und umgebender Schmelze für die Gasart i und Δt die Dauer der Einwirkung.
Man erkennt in Gleichung 13, dass die extrahierte Gasmenge Δm um so höher wird, je länger der Prozess dauert, je höher die innere Austauschfläche der Blasen (Blasendichte und – Oberfläche) ist, je größer der Druckunterschied und je höher die Temperatur ist, da der Diffusionskoeffizient mit wachsender Temperatur ebenfalls steigt. Dies sind damit auch die wichtigsten Stellgrößen zur Regelung der Entgasung.
Standardmäßig können allerdings die Startblasen nicht ohne weiteres beeinflusst werden. Wie für die Regelung des Blasenwachstums ist damit auch für die Regelung der Entgasung erforderlich, die Größenverteilung und die Volumendichte der eintretenden Blasen sowie den Gehalt der in der Schmelze gelösten Gase wenigstens näherungsweise zu kennen. Dazu werden der Schmelze, wie oben bereits erwähnt, regelmäßig Proben entnommen und der Gehalt an gelösten Gasen sowie die Blasen untersucht.
In einer anderen Ausführungsform können allerdings die Anzahl und Größenverteilung der Startblasen beeinflusst werden: dazu wird die Temperatur im Einschmelzbereich gezielt variiert. Eine andere, davon unabhängige Möglichkeit besteht darin, vor oder an dem Eintritt des Glases in das Läuteraggregat gezielt Blasen in einer bestimmten Größenverteilung und Dichte zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man durch feine Düsen gepulst Glas in Schmelze injiziert.
Eine andere Möglichkeit ist das gezielte Ausnutzen elektrochemischer Reaktionen, zum Beispiel an Platin, die aus der Literatur bekannt sind.
Da die Blasen dem Prozess entzogen werden, ist die Zeit für das Größenwachstum der Blasen beschränkt. Damit verbleiben als weitgehend unabhängige Stellgrößen für die Regelung der Entgasung vor allem die Startblasendichte und der mittlere Blasenradius.
Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt die Regelung des Glasstandes und des Ofendrucks in einem Unterdruckläuteraggregat.
Die Höhe des Glasstandes in einem Unterdruckläuteraggregat mit Unterdruckteil ergibt sich aus der Dichte des Glases, der Höhe der Läuterbank und dem in der Läuterteil eingestellten atmosphärischen Restdruck.
Eine vorgegebene Druckdifferenz kann beispielsweise auf folgende Weise geregelt werden: als Regelgrößen für den Ofendruck in einem Unterdruckläuteraggregat können verwendet werden:

– der Absolutdruck in dem Läuteraggregat
– der Differenzdruck zwischen Luftdruck und dem Druck im Läuteraggregat, oder
– der Glasstand im Läuteraggregat.

Dieses sind gleichzeitig Beispiele für Regelungen, die in einem Regler auf niedriger Ebene durchgeführt werden können.
Gemäß 5 wird mit einem Drucksensor der Absolutdruck in dem Unterdruckläuteraggregat gemessen. Über einen Messumformer wird dieses Signal an einen Regler gegeben, der einen fest vorgegebenen Sollwert hat. Der Regler steuert ein Regelventil, das den Zufluss von Falschluft regelt und somit ein sogenanntes regelbares Leck bildet.
Im Gegensatz zur in 5 dargestellten Absolutdruckregelung wird mit einer Differenzdruckregelung gemäß 6 mit einer Differenzdruckmessung der Differenzdruck zwischen dem Unterdruckläuteraggregat und der äußeren Atmosphäre geregelt. Über einen Messumformer wird dieses Signal an einen Regler gegeben, der einen fest vorgegebenen Sollwert hat. Der Regler steuert ein Regelventil, das den Zufluss von Falschluft regelt und somit ein regelbares Leck bildet. Die Absolutdruckregelung und die Differenzdruckregelung unterscheiden sich daher lediglich in der Art der verwendeten Messeinrichtung 13, die im diskutierten Ausführungsbeispiel als Drucksensor ausgebildet ist.
Bei der Glasstandsregelung wird, wie in 7 dargestellt, mit einem Glasstandssensor der Glasstand in dem Unterdruckläuteraggregat gemessen. Über einen Messumformer wird dieses Signal an einen Regler gegeben, der einen fest vorgegebenen Sollwert hat. Der Regler steuert ein Regelventil, das den Zufluss von Falschluft regelt (regelbares Leck). Der variierende Druck im Unterdruckläuteraggregat führt in Folge des hydrostatischen Drucks zu einem variierenden Glasstand. Daher ist die Glasstandsregelung mit der Druckregelung, welche wie oben dargestellt, als Absolutdruck- oder Differenzdruckregelung ausgeführt sein kann, verbunden.
Die Differenzdruck- oder Absolutdruckregelung kann auch bei der Regelung des Ofendrucks eingesetzt werden: für die Läuterung in Aggregaten bei Normaldruck ist der atmosphärische Druck in der Läuterkammer relevant. Dieser ergibt sich aus dem wetterabhängigen Druck der Umgebungsatmosphäre, der durch die Brenner zugeführten Gasmenge, der abgeführten Abgasmenge sowie durch die Leckrate. Gleichzeitig werden die Partialdrucke der Gase an der Ofenatmosphäre durch Einstellen eines Gleichgewichtes an zu- und abgeführter Gasmenge stabil gehalten. Die prinzipielle Ausführung der Regelung des Drucks im Ofen wird mit Differenzdruck- oder Absolutdruckreglern durchgeführt.
Regelung der Schaumhöhe
Die Schaumhöhe in der Läuterkammer kann durch mechanische Sensoren, durch eine Dickenmessung mit Radionukliden oder durch Wechselwirkung mit elektromagnetischen oder akustischen Wellen erfasst werden.
Durch Einbringen von chemischen Substanzen, von thermischer Energie, Druckwechsel oder mechanischer Bewegung kann die Schaumzersetzungsrate variiert werden.
Zur Regelung der Blasenzahl bei der Unterdruckläuterung wird beispielsweise folgende Strategie angewandt: über einen MIMO- Temperaturregler wird mittels der Heizleistung verschiedener Brenner ein vorgegebenes Temperaturprofil gehalten. Ein davon unabhängiger Regelkreis regelt Glasstand und Ofendruck in der Läuterkammer über Verstellungen der Höhe der Läuterbank und der Saugleistung der Vakuumpumpe. Die Sollwerte für Glasstand, Ofendruck sowie das einzustellende Temperaturprofil werden aus einem übergeordneten Regelkreis bestimmt. Der übergeordnete Regelkreis berechnet aus der aktuell gemessenen Blasenzahl und einem entsprechenden Sollwert die Sollwerte für die untergeordneten Regelkreise, wie dies in 8 illustriert ist.
Im Falle der in 9 dargestellten Regelung für die Hochfrequenzläuterung stehen als Energiequellen sowohl Oberofenbrenner als auch die elektrische Leistung der Spule zur Verfügung. Beide Energieeinträge wirken sich auf die Temperaturen im Glasbad sowie im Oberofen aus. Für die Regelung eines gewünschten Temperaturprofils in Gewölbe und Schmelze ist daher ein MIMO-Regler nötig, der die erforderlichen Leistungen der Brenner und der Spule berechnet. Die Sollwerte für das Temperaturprofil kann dieser Regler wiederum aus einem übergeordneten Regelkreis beziehen, der die Blasenzahl oder eine andere Qualitätsgröße des Glases regelt.

Claims

Regelvorrichtung (1) für eine Anlage (2) zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas mit Regeleinrichtungen (50, 60), welche zumindest zwei Regelkreisebenen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung (1) eine Verknüpfungseinrichtung (70) aufweist, welche eine Vielzahl von Sollwerten und/oder Istwerten über mehrere Regelkreisebenen verknüpfen kann, – wobei die Regelkreisebenen hierarchisch geordnet sind und die zumindest eine Regeleinrichtung (50) der übergeordneten Regelkreisebene eine erste Vorgabeeinrichtung (56) umfaßt, mit welcher der zumindest einen Regeleinrichtung (60) der untergeordneten Regelkreisebene Sollwerte vorgegeben werden können, wobei die Regeleinrichtung (1) eine erste Erfassungseinrichtung (10) zur Erfassung zumindest einer übergeordneten Regelgröße der folgenden Regelgrößen zur Regelung der Glasqualität aufweist: – volumetrische Blasenanzahldichte – Blasengrößenverteilung – Gehalt der in der Glasschmelze gelösten Gase, und – wobei die Regeleinrichtung (1) eine zweite Erfassungseinrichtung (11) zur Erfassung zumindest einer untergeordneten Regelgröße der folgenden Prozeßgrößen aufweist: – Temperatur – atmosphärischer Restdruck in der Läuterkammer – Heizleistung – Heizleistung in vor- und/oder nachgeschalteten Prozeßschritten – Gemengefeuchte – Gemengelage – Gemengeform – Volumenstrom durch die Blasdüsen – Glasstand in der Schmelzwanne und/oder in der Läuterwanne und/oder in der Rinne und/oder im Rührtiegel – Viskosität des Glases – Durchsatz des Glases – Sauerstoffpartialdruck des Glases – Wassergehalt des Glases – Sauerstoffpartialdruck des Abgases – Ofendruck in der Schmelzwanne – Schaumhöhe – Form des Schaums – Lage des Schaums – Druck und/oder Volumenstrom des Schutzgases – Blasenbildungsrate in der Schmelzwanne – Rührerdrehzahl – Sauerstoffpartialdruck an Edelmetallbauteilen.
Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungseinrichtung (70) ein multiple input multiple output (MIMO-) System ist.
Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Regeleinrichtung (50) der übergeordneten Regelkreisebene eine zweite Vorgabeeinrichtung (55) umfaßt, mit welcher direkt Stellgrößen vorgegeben werden können.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vorgabeeinrichtung, welche die erste Vorgabeeinrichtung (56) zum Vorgeben der Sollwerte und die zweite Vorgabeeinrichtung (55) zum Vorgeben der Stellgrößen umfaßt.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine erste Verarbeitungseinrichtung (21), in welcher zumindest eine der Prozeßgrößen verarbeitet werden kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine erste Ausgabeeinrichtung (31), welche zumindest eine der Prozeßgrößen ausgeben kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Erfassungseinrichtung zumindest eine Meßeinrichtung (13) zum Messen zumindest einer Prozeßgröße umfaßt.
Regelvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (13) an zumindest einem der folgenden Orte angeordnet sein kann: Schmelzwanne, Bodenabläufe, Oberofen, Läuterwanne, Läuterkammer, Läutertiegel, Steigrohr, waagrechte Läuterkammer, Fallrohr, Konditionierungsteil, Homogenisierungssystem, Speiser, Einrichtung für die Heißformgebung, kaltes Ende.
Regelvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Einstelleinrichtung (80) zum Einstellen zumindest einer Stellgröße.
Regelvorrichtung (1) nach Ansprüche 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (80) an zumindest einem der folgenden Orte angeordnet sein kann: Schmelzwanne, Oberofen, Läuterwanne, Läuterkammer, Läutertiegel, Steigrohr, waagrechte Läuterkammer, Fallrohr, Konditionierungsteil, Homogenisierungssystem, Speiser, Einrichtung für die Heißformgebung.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine dritte Erfassungseinrichtung (12), in welcher zumindest eine der folgenden Stellgrößen erfaßt werden kann: – Wasserzugabemenge in das Gemenge – Wassereindüsungsmenge in die Oberofen-Atmosphäre – Oxidationsmittelzumischungsmenge für fossile Brennstoffe – Volumenstrom durch die Blasdüsen – Verhältnis zwischen Brennstoff und Oxidationsmittel – Position und/oder Taktzahl und/oder Pausenzeiten und/oder Stoffmenge pro Takt der Einlegemaschine – Volumenstrom und/oder Zusammensetzung der Eindüsung oberflächenaktiver Substanzen – Leistungsdichte, welche durch die schaumzerstörende Energieform erzeugt wird – Saugleistung der Pumpen – Leckraten – Höhe der Läuterbank – Heizleistung – Druck und/oder Volumenstrom des Schutzgases – Rührerdrehzahl – Gaszusammensetzung an der glasabgewandten Oberfläche von Edelmetallbauteilen
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine zweite Verarbeitungseinrichtung (22), in welcher zumindest eine der Stellgrößen verarbeitet werden kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine zweite Ausgabeeinrichtung (32), welche zumindest eine der Stellgrößen ausgeben kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kompensationseinrichtung (14), welche den Einfluß von Störgrößen, wie insbesondere Tag-Nacht-Schwankungen, Luftdruckschwankungen, Luftfeuchteschwankungen, auf die Stellgrößen und/oder Regelgrößen kompensieren kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Archivierungseinrichtung (90), welche die Sollwerte für die Regelgrößen und/oder die Parameter der Regeleinrichtungen archivieren kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eingabeeinrichtung (95), durch welche das aktuelle Produktionsziel eingegeben werden kann.
Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Archivierungseinrichtung (90) die Sollwerte für die Regelgrößen und/oder die Parameter der Regeleinrichtungen (50, 60) entsprechend des aktuellen Produktionsziels archivieren kann.
Vorrichtung zum Schmelzen und/oder Läutern mit einer Regelvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage (2) zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas zumindest eine Einlegemaschine, zumindest eine Schmelzwanne, zumindest einen Oberofen, zumindest eine Läuterwanne, zumindest eine Läuterkammer, zumindest einen Läutertiegel, zumindest ein Steigrohr, zumindest eine waagrechte Läuterkammer, zumindest ein Fallrohr, zumindest ein Konditionierungsteil, zumindest eine Einrichtung zum Eindüsen oberflächenaktiver Substanzen, zumindest eine Einrichtung zum Einbringen von Schutzgas, zumindest ein Homogenisierungssystem, zumindest einen Speiser, zumindest eine Einrichtung für die Heißformgebung, zumindest ein kaltes Ende, zumindest eine Blasdüse, zumindest eine Pumpe sowie zumindest einen Rührer umfasst.
Unterdruckschmelz- und/oder -läuteraggregat mit einer Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Hochfrequenzbeheizbare Schmelz- und/oder Läuteranlage mit einer Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Direkt elektrisch beheizbare Schmelz- und/oder Läuteranlage mit einer Regelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Verfahren zum Regeln einer Anlage (2) zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas, welches die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Erfassen zumindest einer Regelgröße, Erfassen zumindest einer zur Regelgröße korrespondierenden Prozeßgröße, Ermitteln zumindest einer Stellgröße zum Regeln der Prozeßgröße, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasqualität in Abhängigkeit von der Glasart und/oder von der Anlage zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas als Funktion zumindest einer der folgenden Parameter in einem Regelsystem mit hierarchischen Regelkreisebenen geregelt wird: – volumetrische Blasenanzahldichte – Blasengrößenverteilung – Gehalt der in der Glasschmelze gelösten Gase, wobei zumindest eine Stellgröße in einem Regelsystem ermittelt wird, welches zumindest zwei Regelkreisebenen umfaßt, wobei die übergeordnete Regelkreisebene den untergeordneten Regelkreisebenen die Sollwerte vorgibt und diese Parameter die übergeordnete Regelgröße der übergeordneten Regelkreisebene bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Sollwerten und Istwerten über mehrere Regelkreisebenen miteinander verknüpft werden.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung mit Hilfe eines MIMO (multiple Input multiple output)-Algorithmus durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, weiter gekennzeichnet durch folgende Verfahrenschritte: Erfassen zumindest einer Regelgröße, welche als erfaßter Sollwert verwendet werden kann, Erfassen zumindest einer Prozeßgröße, Verarbeiten der Prozeßgröße, Ausgeben der verarbeiteten Prozeßgröße als Istwert, Verknüpfen erfaßter Sollwerte und Istwerte über Regelkreisebenen hinweg, Weitergabe der Sollwerte an eine Regeleinrichtung (50) auf hoher Regelkreisebene, Vorgeben der Sollwerte von einer Regeleinrichtung (50) auf höher Regelkreisebene an eine Regeleinrichtung (60) auf niedrigerer Regelkreisebene, Weitergabe der Istwerte an die Regeleinrichtung (60) auf niedrigerer Regelkreisebene, Ermitteln einer Stellgröße aus den Sollwerten und Istwerten in der Regeleinrichtung (60) auf niedrigerer Regelkreisebene Ausgeben der Stellgröße an eine Einstelleinrichung (80) Einstellen der Stellgröße im Prozeß.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß gespeicherte Sollwerte zur Verfügung gestellt werden, welche ebenfalls mit Istwerten über Regelkreisebenen hinweg verknüpft werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Sollwerte mit dem Prozeßziel korrespondieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Stellgrößen direkt von einer Regeleinrichtung (50) der übergeordneten Regelkreisebene für das Einstellen vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Stellgröße erfaßt wird, welche verarbeitet wird und für das Einstellen als verarbeitete Stellgröße ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsverhalten der Anlage (2) zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas durch Simulationsrechnungen ermittelt und/oder simuliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Simulation zum Bestimmen des Regelverhaltens zumindest einer Prozeßebene herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß für zumindest eine Prozessebene aus dem Ergebnis der Simulation zum Bestimmen des Regelverhaltens ein Modell zur Regelung in Echtzeit abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Simulation zum Bestimmen des Regelverhaltens der gesamten Anlage (2) zum Schmelzen und/oder Läutern von Glas herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der zumindest einen Stellgröße aus dem zumindest einen Sollwert und dem zumindest einen Istwert eine empirisch entwickelte Vorschrift angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der zumindest einen Stellgröße aus dem zumindest einen Sollwert und dem zumindest einen Istwert eine auf einem phänomenologischen Modell basierende Vorschrift angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der zumindest einen Stellgröße aus dem zumindest einen Sollwert und dem zumindest einen Istwert eine auf einem chemischen und/oder physikalischen Modell basierende Vorschrift angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der zumindest einen Stellgröße aus dem zumindest einen Sollwert und dem zumindest einen Istwert eine Vorschrift angewendet wird, welche aus einer Kombination einer empirisch entwickelten Vorschrift und/oder einer auf einem phänomenologischen Modell basierenden Vorschrift und/oder einer auf einem chemischen und/oder- physikalischen Modell, basierenden Vorschrift entwickelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 38, dadurch. gekennzeichnet, daß in jedem Regelkreis die Parameter der Vorschriften zum Bestimmender zumindest einen Stellgröße anhand eines Vergleichs mit den Prozeßdaten an die momentanen Gegebenheiten angepaßt werden.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Vergleich herangezogenen Prozeßdaten aus der laufenden Produktion abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Vergleich herangezogenen Prozeßdaten in Experimenten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Glasqualität der Wechsel der Produktionsparameter geregelt wird.