DE2428364A1 - Pegelbestimmungsvorrichtung - Google Patents

Description

Pegeibestimmungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft die Bestimmung eines Pegels und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen der Oberfläche von geschmolzenem

Glas.

Bei der Herstellung von Glas und Glasgegenständen ist es allgemein notwendig, den Pegel des geschmolzenen Glases z.B. beim,Messen der Tiefe des Glases in einem Behälter zu bestimmen, wobei die Dicke des Endprodukts von dem Pegel des geschmolzenen Glases in dem Behälter abhängt. Die Temperatur und die Atmosphäre, die üblicherweise über dem geschmolzenen Glas bei der Herstellung des Glases und der Glasartikel herrschen, bringen

409883/0901

Probleme bei der Feststellung der Oberflächenhöhe mit sich. In manchen Fällen kann "es unerwünscht sein, einen Detektor zu verwenden, der mit der Oberfläche des Glases in Berührung kommt, und die Atmosphäre über dem Glas macht normalerweise optische Systeme nicht verwendbar. Weiter kann es in manchen Fällen notwendig sein, daß sich der Körper des Detektors außerhalb des feuerfesten Materials befindet, das einen Teil des Behälters für das geschmolzene Glas bildet.

Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Pegels des geschmolzenen Glases, die nicht durch die normalerweise herrschende Temperatur und Atmosphäre beeinflußt werden.

Dies wird durch eine Pegelbestimmungsvorrichtung zum Feststellen der Oberfläche von geschmolzenem Glas erreicht, die erfindungsgemäß besteht aus einem Behälter für das geschmolzene Glas, einem Mikrowellengenerator, einem Wellenleiter, der die Mikrowellen-von dem Generator überträgt und sie auf die festzustellende Oberfläche des Glases richtet, einem Detektor für stehende Wellen, der sich an dem Wellenleiter zur Feststellung einer stehenden Welle befindet, die in dem Wellenleiter durch die Reflexion von der Oberfläche erzeugt wird, und einer Einrichtung zum Feststellen von Änderungen in dem Ausgang des Detektors für die stehenden Wellen infolge von Änderungen der Lage der stehenden Wellen in bezug auf die Lage des Detektors, wodurch eine Änderung in der Lage der Glasoberfläche in Bezug auf den Wellenleiter angezeigt wird.

Vorzugsweise enthält der Detektor für die stehenden Wellen ein Fühlerelement, das ein von der Lage der stehenden Welle in Bezug auf das Fühlerelement abhängiges

409883/0901

3 -

elektrisches Ausgangssignal liefert. Es = können zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Fühlerelemente vorgesehen sein, die ein differenzielles Ausgangssignal Liefern.

Die Erfindung liefert weiter eine Vorrichtung zum Einhalten eines gewünschten Pegels des geschmolzenen Glases in einem Behälter, die· besteht aus einer Pegelbestimmungsvorrichtung der genannten Art, einer Einrichtung zur Änderung der Menge des zu dem Behälter zugeführten oder von diesem abgeführten Materialsund einer Regeleinrichtung, die ein Signal von der Pegelbestimmungsvorrichtung empfängt, das den Pegelstand des geschmolzenen Glases in dem Behälter anzeigt, und die ein Regelsignal zu der Einrichtung zur Änderung der Menge des zugeführten oder abgeführten Materials liefert.

Durch die Verwendung von Mikrowellen, wird das System nicht durch die herrschende Temperatur und Atmosphärenbedingungen 'beeinflußt und die Wellen besitzen eine ausreichend kurze Wellenlänge, um eine genaue Messung zu ergeben. Außerdem kann es in manchen Fällen möglich sein, die Wellen durch das feuerfeste Material zu schicken, bevor sie das Glas erreichen. Da das Glas im geschmolzenen Zustand elektrisch leitend ist, findet die Reflexion an der Oberfläche des Glases statt, so daß die Vorrichtung genau die Oberfläche des Glases und nicht tiefere Schichten feststellt.

Die Erfindung liefert auch eine Pegelbestimmungsvorrichtung zum Feststellen der Oberfläche von geschmolzenem Glas, die besteht aus einem Mikrowellengenerator, einem Wellenleiter, der die Mikrowellen von dem Generator .überträgt, die Wellen auf die festzustellende Oberfläche richtet und die von der Oberfläche reflektierten Wellen

40988 3/0901

empfängt, einem Detektor für stehende Wellen, der sich an dem Wellenleiter zur Peststellung einer stehenden Welle befindet, die in dem Wellenleiter infolge der Reflexion von der Oberfläche erzeugt wird, wobei der Detektor wenigstens ein Fühlerelement enthält, das ein von der Lage des Fühlerelements oder der Fühlerelemente in bezug auf die stehende Welle abhängiges Ausgangssignal liefert, und einer Servoeinrichtung, die dieses Ausgangssignal empfängt und eine Relativbewegung zwischen dem Fühlerelement oder jedem Fühlerelement und der stehenden Welle so bewirkt, daß die Änderung des Ausgangssignals bei Änderungen in der Lage der stehenden Welle infolge von Änderungen der Höhe der Glasoberfläche verkleinert wird.

In einer Ausführungsform ist das Fühlerelement oder sind die Fühlerelemente entlang dem Detektor für die stehenden Wellen bewegbar und wird oder werden durch die Servoeinrichtung entsprechend der Änderung des Ausgangssignals bewegt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Mikrowellengenerator ein Generator mit variabler Frequenz und die Servoeinrichtung stellt die Frequenz ein und ändert dadurch die Lage der stehenden Welle entsprechend der Änderung des Ausgangssignals.

Vorzugsweise besitzt der Detektor für die stehenden Wellen wenigstens ein Fühlerelement in Form einer Kristalldiode. Zweckmäßigerweise besitzt die Servoeinrichtung einen Servoverstärker, der eine mit dem Fühlerelement gekoppelte Antriebseinrichtung betätigt.

LTm unerwünschte stehende Wellen zu beseitigen, enthält ler Wellenleiter vorzugsweise eine Abstimmeinrichtung

409883/0901

_zum Verstimmen der unerwünschten stehenden Wellen in dem Wellenleiter, wodurch nur die von der Glasoberfläche reflektierte stehende Welle übrig bleibt.

Zweckmäßigerweise besitzt der Mikrowellengenerator einen Gunn—Dioden—Oszillator und die Ausgangsfrequenz dieses Oszillators ist in normaler Weise einstellbar.

Die Erfindung liefert, weiter ein Verfahren zum Feststellen der Oberfläche von geschmolzenem Glas, das darin besteht, daß ein Mikrowellensignal erzeugt wird, daß das Signal- längs eines Wellenleiters übertragen und auf die festzustellende Oberfläche in der Weise gerichtet wird, daß ein von der Oberfläche reflektiertes Signal durch den Wellenleiter empfangen wird, wodurch eine stehende Welle in dem Wellenleiter erzeugt wird, deren Lage von der Entfernung der Oberfläche von dem Wellenleiter abhängt, und. daß die Lage oder die Änderung der Lage der stehenden Welle in dem -Wellenleiter bestimmt wird, wodurch die Lage oder die Änderung der Lage der Glasoberfläche bestimmt und/oder angezeigt wird.

Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Einhalten eines gewünschten Pegelstandes.des geschmolzenen Glases in einem Behälter, das darin besteht, daß der Pegelstand des geschmolzenen Glases in der zuvor genannten Weise bestimmt wird und daß ein von dem festgestellten Pegelstand abhängiges .Signal zur Änderung der Menge des dem Behälter zugeführten- Glasmaterials oder der Menge des von dem Behälter abgeführten Glasmaterials verwendet wird.

Die Lage oder die Änderung der Lage der stehenden Welle 'in dem Wellenleiter wird vorzugsweise durch'Verwendung eines Detektors für stehende Wellen bestimmt, der ein

409883/0901

oder mehrere Fühlerelemente enthält, die ein von der Lage des Elements in bezug auf die stehende -Welle abhängiges Ausgangssignal liefern.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens, die ein Fühlerelement verwendet, wird das Fühlerelement bewegt, um ein Ausgangssignal von dem Fühlerelement aufrechtzuerhalten, das einer konstanten Lage des Fühlerelements in bezug auf- die. stehende Welle entspricht, wodurch die Lage des Fühlerelements die Höhe der Glasoberfläche anzeigt.

Es kann" in manchen Fällen jedoch auch möglich sein, ein anderes Verfahren zu verwenden, bei dem die Frequenz des Mikrowellensignals eingestellt wird, während das Fühlerelement in einer festen Lage gehalten wird, wobei die Lage der stehenden Welle in bezug auf das Fühlerelement eingestellt wird, bis ein festgelegtes Ausgangssignal von dem Fühlerelement erhalten wird, wobei die Einstellung der Mikrowellenfrequenz die Lage der Glasoberfläche anzeigt.

Die Erfindung liefert schließlich auch ein Verfahren zur Herstellung von Glas, bei dem das geschmolzene Glas sich in einem Behälter befindet und bei dem der Pegelstand des Glases durch das genannte Verfahren bestimmt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig.- 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung, die bei der'Vorrichtung der Fig. 1 erhalten wird;

409883/0901

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung, wie die Mikrowellen von dem Wellenleiter auf die Glasoberfläche ge^ richtet werden;

Fig. 5 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 zeigt den Spannungsverlauf, der bei der Ausführungsform der Fig. 5 erhalten wird.

Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Pegelbestimmungsvorrichtung zum Feststellen des Oberflächenspiegels von geschmolzenem Glas. In diesem Beispiel befindet sich das Glas in'einer oben offenen Ziehwanne 11 einer Glasziehmaschine. Das Glas wird dabei von einem Ende der Ziehwanne abgezogen und die Dicke des Endprodukts wird durch die Abziehgeschwindigkeit und die Tiefe des Glases in der Ziehwanne gesteuert. Es ist daher notwendig, den Pegelstand des geschmolzenen Glases in der Ziehwanne genau zu überwachen und zu regeln. Die Bestimmung des Pegelstands wird unter Verwendung von Mikrowellen durchgeführt, die auf die Oberfläche des -Glases 12 gerichtet .werden.

Die Pegelbestimmungsvorrichtung umfasst einen Mikrowellengenerator 13, der in diesem Falle aus einem Festkörperbauteil·· besteht, das einen Gunn-Dioden-Oszillator enthält, der ein Mikrowellensignal von 10,687 GHz liefert. Der Oszillator- 13 ist mit einem waagerechten 'Wellenleiter 14 von rechteckigem Querschnitt verbunden. Der- Wellenleiter enthält einen Abschwächer 15, einen Detektor Ϊ6 für stehende Wellen und drei Abstimmblindleitungen 17. Das Ende des. Wellenleiters 14, das über die Ziehwanne 11 ragt, ist an ein Rohr 18 aus rostfreiem Stahl von kreisförmigem Querschnitt angeschlossen, das

409883/0901

mit dem Wellenleiter verbunden ist und unter einem rechten Winkel abbiegt, so daß es in vertikaler Richtung nach unten auf die Oberfläche des Glases 12 zu vorsteht. Das untere Ende 19 des Rohres 18 ist offen und weist senkrecht auf die Oberfläche des Glases. Bei diesem Beispiel befindet sich das Ende 19 des Rohres etwa neun cm über der Oberfläche des Glases Weiter besitzt in diesem Beispiel der Oszillator 13 eine Ausgangsleistung von 25 Milliwatt, aber der Leistungsausgang besitzt einen negativen Temperaturkoeffizienten und demzufolge wird der Oszillator 13 in einem temperaturgeregelten Ofen 20 bei 50 C gehalten. Der Oszillator ist von dem Ausgangswellenleiter 14 mit Hilfe eines Perspex-Isolators (Perspex ist das Warenzeichen für ein Acryl-Glas) thermisch isoliert. Der Detektor 16 für die stehenden Wellen enthält einen Kristalldiodendetektor 21, der durch die Wand des Wellenleiters ragt, so daß der Kristalldetektor sich in dem Weg der Wellen durch den Leiter befindet. Dieser Fühler liefert eine Ausgangsspannung, dejenferöße von der Lage einer stehenden Welle in dem Detektor 16 in bezug auf. die Kristalldiode abhängt. Der Ausgang der Diode ist über eine Leitung 22 mit einem zweistufigen Verstärker

23 verbunden, der sich ebenfalls in dem Ofen 20 befindet. Der Verstärker ist ein Gleichspannungsverstärker, der bei konstanter Temperatur gehalten wird, um eine stabile Verstärkung einzuhalten. Eine Nulleinstellungssteuerung

24 ist mit der ersten Stufe des Verstärkers und eine Verstärkungssteuerung 25 ist mit der zweiten Stufe des Verstärkers verbunden. Der Ausgang des Verstärkers ist mit einem Meßinstrument 26 mit dem Nullpunkt in der Mitte und über einen Spannungs-Strom-Wandler 27 mit einem Blattschreiber 28 verbunden.

Im Betrieb erzeugt- .der Oszillator 13 Mikrowellen, die

40-9883/0901

längs des Hohlleiters 14 übertragen und durch das offene Ende 19;des Rohres 18 auf das Glas 12 gerichtet werden. Ein Teil des Mikrowellensignals wird von der Giasöberflache reflektiert, da das geschmolzene Glas elektrisch leitend ist, und dieses reflektierte Signal verursacht die Erzeugung einer stehenden Welle in dem Wellenleiter 14. Da das Mikrowellensignal durch das off_ene Ende des Wellenleiters, das kein vollkommener Impedanzabschluß ist,' an die Luft angekoppelt wird, wird ein Teil des Signals von dem offenen Ende 19 reflektiert. Es treten auch gewisse Reflexionen von anderen Teilen des Wellenleiters selbst auf, wie z.B. von dem Übergang von dem rechteckigen Hohlleiter 14 zu dem kreisförmigen Rohr 18. Stehende WiLlen infolge anderer Ursachen als der Glasoberfläche sind nicht erwünscht und demzufolge werden diese Reflexionen durch Verstimmen ausgeschieden, in_dem.die drei Abstimm- . ' Blindleitungen 17 eingestellt werden, die drei einstellbare in den Wellenleiter ragende Blindleitungen aufweisen. Das Verstimmen der unerwünschten Reflexionen wird ausgeführt, indem das geschmolzene Glas unterhalb des Rohres 18 entfernt wird, sodaß keine Reflexion von dem geschmolzenen Glas erhalten wird. Die Abstimmung 17 kann dann verstellt werden, bis keine stehende Welle durch den Detektor 16 festgestellt wird.

Wenn sich nach dem Ausseheiden der unerwünschten Reflexionen durch Verstimmen das geschmolzene Glas unter dem Rohr befindet, ist jede stehende Welle, die sich in dem System ausbildet, eine Folge von Reflexionen von der Oberfläche unter der Austrittsöffnung 19. Die Lage der stehenden Welle in dem Wellenleiter hängt von der Lage der Oberfläche des Glases 12 ab, von der die Reflexionen ausgehen, Änderunqen in.dem Glaspegel stand bewirken Änderungen der Lane der sbehenden Welle in dem Wellenleiter. Das KristaLlfühlerelement 21 ist längs des Detektors 16 für die

40 9883/0901 _ ₁₀

stehende Welle verschiebbar und die Ausgangsspannung dieses Kristallfühlerelements bei Änderungen.der Lage entlang des Detektors 16 ist in Fig. 2 gezeigt. Der feste Wert der Ausgangsspannung V. wird erhalten, wenn keine stehende Welle in dem Detektor vorhanden ist. Der sinusförmige' Verlauf V„ ist die Ausgangsspannung, die erhalten wird, wenn eine stehende Welle in dem Detektor vorhanden ist. Zur Eichung der Vorrichtung wird ein leitender Reflektor unter der Austrittsöffnung 19 in der gewünschten Höhe des Glaspegelstands angeordnet, so daß sich eine stehende Welle ausbildet, die der richtigen Tiefe der Glasschmelze in der Wanne 11 entspricht. Die Lage des Kristallfühlers 21 wird dann längs der Länge des Detektors 16 für die stehende Welle eingestellt, bis der Kristallfühler sich an der in Fig. 2 mit Z bezeichneten Stelle befindet. Dies ist die Stelle, an der das Ausgangssignal infolge' der stehenden Welle die gleiche Größe wie das Ausgangssignal besitzt, wenn keine stehende Welle vorhanden ist. Bei dieser Einstellung befindet sich der Fühler 21 in der Mitte zwischen einem Schwingungsknoten und einem Schwingungsbauch der stehenden Welle. Als Wellenlänge der stehenden Welle in dem Detektor wird der Abstand zwischen den Knoten angesehen, und diese Wellenlänge ist die gleiche wie die Wellenlänge des sinusförmigen Spannungsverlaufs V„. Die Wellenlänge A ist die halbe Wellenlänge der durch den Oszillator 13 erzeugten Mikrowellen. Bei einer Änderung des Pegelstandes des Glases 12 bewegt sich das Muster der stehenden Wellen vorwärts oder rückwärts entlang dem Wellenleiter 14, so daß sich die in Fig. 2 gezeigte Ausgangssignalkurve V„ nach links oder nach rechts bewegt, je nach dem ob sich der Glaspegelstand anhebt oder absenkt. Da sich die Diode 21 nun in einer festen Lage befindet, nimmt das Ausgangssignal von der Diode zu oder ab, wenn sich die stehende Welle in bezug auf die Diode bewegt. Die Diode

- 11 -

409883/0901

kann nur eine Bewegung der stehenden Welle bis zu einem -Viertel der WellenlängeX der stehenden Welle in beiden Richtungen von der gewählten Ausgangsstellung feststellen, da eine Bewegung außerhalb dieses Bereiches eine mehrdeutige Anzeige durch die Diode liefern würde. In dem vorliegenden Beispiel beträgt die Wellenlänge der stehenden. Welle etwa 15 mm, so daß plus oder minus ei.ne Viertelwellenlänge etwa plus oder minus 3,5 mm ausmacht. Da die stehende Welle Sinusform besitzt und daher die Spannungskurve Vp, die in Fig. 2 gezeigt ist, im wesentlichen Sinusform besitzt, ist der Ausgang der Diode nicht linear, so daß in' der Praxis der Meßbereich durch die Diode etwa plus oder minus 2 mm beträgt.

Wenn das Ausgangssignal· des Kristallfühlers dem Verstärker 23, dem Meßinstrument 26 und dem Blattschreiber 28 zügeführt wird, wird eine kontinuierliche Anzeige der Lage der Oberfläche des Glases 12 in bezug auf die bei der Einstellung der Vorrichtung vorgewählte Lage erhalten. Die vorgewählte Lage war durch die Einstellung der reflektieren Oberfläche unter der Austrittsöffnung 19 bestimmt, wenn der Kristallfühler 21 in die in Fig. 2 mit Z bezeichnete Lage bewegt war. Da die Stärke des Ausgangssignals zunimmt, wenn s-ich die Oberfläche des Glases 12 näher an den Wellenleiter heranbewegt, wird die Verstärkungssteuerung 25 in Einheiten der gewünschten Dicke des Glases in der Ziehwanne 11 geeicht, so daß die. Verstärkung des gesamten Systems.konstant bleibt unabhängig von der Dicke des Glases in der Ziehwanne 11.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbexspiel wird die Vorrichtung eine halbe Stunde vor Betriebsbeginn eingeschaltet, damit der Ofen 20 für die konstante Temperatur die gewünschte Betriebstemperatur erreichen kann. Während dieser Zeit ist der Blattschreiber 28 und das Meßinstrument

09*3 3/0

ausgeschaltet. Die gewünschte Dicke des Glases in der Ziehwanne 11 wird festgelegt, indem die Lage des Kristallfühlers 21, wie zuvor beschrieben wurde, in bezug auf die Bodenoberfläche der Wanne eingestellt wird. Gleichzeitig wird die Verstärkungssteuerung 25 auf den gewünschten Glaspegelstand eingestellt. Wenn die Steuerung des Pegelstands des geschmolzenen Glases beginnt, werden der Blattschreiber 28 und das Meßinstrument 26 eingeschaltet und der Pegelstand des geschmolzenen Glases in der Ziehwanne 11 wird nach Augenmaß etwa auf die richtige Höhe gebracht. Die endgültige Einstellung wird durch Beobachtung des Pegelstandregelausgangssignals an dem Meßinstrument 26 und dem Blattschreiber 28 bewirkt. Während des kontinuierlichen Betriebs weisen Änderungen des an dem Meßinstrument 26 angezeigten SignaE auf Änderungen des Glaspegelstands in der Ziehwanne hin und diese müssen durch Änderungen der Geschwindigkeit des Abziehens des Glases von der Ziehwanne ausgeglichen werden, um das an dem Meßinstrument 2G angezeigte Ausgangssignal wieder auf den richtigen Wert zu bringen. Das dem Meßinstrument 26 zugeführte Signal kann ebenso einem automatischen Regelsystem zugeführt werden, um die Geschwindigkeit des Abziehens des Glases von der Ziehwanne 11 zu steuern. Dies ist in Fig. 1 dargestellt, wo eine Abzieheinrichtung 40 zum Abziehen des Glases von der Ziehwanne 11 mit einer Reglereinheit 41 verbunden ist, so daß sie ein die Geschwindigkeit des Abziehens des Glases steuerndes Signal erhält. Die Reglereinheit 41 ist ebenfalls so geschaltet, daß sie ein Signal von dem Verstärker 23 empfängt, das den festgestellten Glaspegelstand anzeigt. Als Alternative kann die Geschwindigkeit des Abziehens konstant gehalten, werden und die Menge des der Ziehwanne zugeführten Glases kann durch dasselbe Signal geregelt werden, indem z.B. die zugeführte Materialmenge der Beschickung des Glasschmelzofens gesteuert wird. Diese

- 13 -

409683/0901

Alternative ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet, wobei die Reglereinheit 41 mit einer Einrichtung 42 für eine variable Zufuhrmenge verbunden ist, die das Glasmaterial einem die Ziehwanne 11 speisenden Ofen zuführt.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform gleicht im allgemeinen der in Fig. 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß sie eine Servofolgeanordnung besitzt. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die · allgemeine Anordnung ist darin gleich, daß ein Oszillator 13 ein Mikrowellensignal erzeugt, das längs des Wellenleiters 14 durch den Abschwächer 15 und den Detektor für die stehende Welle zu der Abstimmung 17 mit den drei Blindleitungen läuft. In diesem Beispiel ist das nach unten ragende Rohr 18 mit einem konisch geformten Ende dargestellt. Der Kristallfühler 21 ist gleitfähigauf einer Schiene 30 angebracht, die längs der Seite des Detektors 16 verläuft. Der Fühler 21 ist längs der Schiene 30 durch einen Motor 31 bewegbar. Der Motor wird durch das Ausgangssignal eines Servoverstärkers gesteuert, der als Eingangssignal das Ausgangssignal von dem Kristallfühler 21 empfängt. Der Verstärker ist mit einem Nullabgleich 33 verbunden. Der Ausgang des Motors 31 ist mit einem linearen Spannungs-Verschiebung s-Wandler 34 verbunden, dessen Ausgang mit einem Meßinstrument 35 verbunden ist. Die Arbeitsweise dieser Äusführungsform entspricht im allgemeinen der der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Die Vorrichtung wird eingestellt, indem sie über die Oberfläche des Glases gebracht wird, das sich auf dem gewünschten Pegelstand unter dem Rohr 18 befindet, und die Lage der Diode wird so eingestellt, daß sie das Ausgangssignal liefer.t,-das dem Zustand ohne stehende Welle entspricht. Der . Nullabgleich des Servoverstärkers wird dann so eingestellt,

A09Ö83/0901 - ¹⁴ -

daß der Verstärker 32 bei dieser Einstellung das Ausgangssignal Null liefert und der Motor im Ruhezustand bleibt. In entsprechender Weise wird der Wandler so eingestellt, daß das Meßinstrument 35 für diese Stellung des Fühlers 21 Null anzeigt. Wenn sich die Vorrichtung im Betrieb über dem geschmolzenen Glas 12 befindet, wird eine stehende Welle erzeugt, wie zuvor beschrieben wurde, und solange das Ausgangssignal der Diode 21 anzeigt, daß der Pegelstand des Glases 12 richtig ist, wird der Motor 31 nicht betätigt und das Meßinstrument 35 zeigt ein Ausgangssignal, das dem richtigen Glaspegelstand entspricht. Sobald sich der Glaspegelstand ändert, ändert sich die Lage der stehenden Welle in bezug auf die Diode 21, so daß eine.Änderung des Ausgangssignals des Kristallfühlers auftritt, und diese Änderung des Ausgangssignals wird dem .Verstärker" 32 zugeführt, der wiederum den Motor 31 in Betrieb setzt, um die Diode 21 zu bewegen, 'bis das Ausgangssignal des Servoverstärkers wieder Null.wird. Auf" diese Weise stellt der .Motor 31 kontinuierlich die Lage der Diode 21 ein,-um sie in einer festen Lage in bezug auf die stehende Welle zu halten, wobei diese Lage dem in Fig. 2 mit Z bezeichneten Punkt entspricht. Die Änderung der Stellung des Motors 31 wird kontinuierlich durch den Wandler 34 registriert, der ein entsprechendes Ausgangssignal zu dem Meßinstrument 35 liefert, das den Glaspegelstand darstellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Ausgangssignal des Fühlers 21 je nach der Richtung der Bewegung der stehenden Welle zunehmen oder abnehmen kann und daß dies wiederum durch den Verstärker 32 festgestellt wird, der den Motor 31 in dem richtigen Sinne bewegt, um die notwendige Einstellung der Lage des Kristallfühlers zu bewirken.

Bei Verwendung dieser Servofolgeanordnung können Oberflächenbewegungen in der Größenordnung von plus oder minus 40 mm verfolgt werden, da die Diode niemals um

40^883/0901

- 15 -

mehr als eine Viertel Längenwelle aus ihrer Lage in bezug auf die stehende'-Welle kommen kann. Das Ausgarigssignal ist außerdem über den gesamten Bereich ,linear. . .

In den Fig. 1 und 3 befindet sich das Ende des Wellenleiters zwar oberhalb der Glasoberfläche, es ist jedoch auch möglich, daß sich der Wellenleiter abwärts in das geschmolzene Glas hinein erstreckt. In Fig. 4 sind zwei Alternativen dieser Anordnung gezeigt. Diese Figur zeigt drei Kammern 40, 41 und 42, die geschmolzenes Glas enthalten und durch gegen die Horizontal geneigte Verbindungsrohre 43 miteinander in Verbindung stehen. Die ■Kammer 41 ist an der Oberseite offen und ein aus Platin bestehender Wellenleiterarisatz 44 ragt von dem Ende l&b eines Messingwellenleiters,, der dem Rohr 18 in Fig. 1 entspricht, nach unten in das geschmolzene Glas 12. Der Ansatz 44 besitzt Luftlöcher, um ein Steigen und Fallen des Spiegels des flüssigen Glases zu ermöglichen. Die Enden der Wellenleiter 18.b und 44 haben Flansche, um die zwei Leiter aneinander zu koppeln und die Ankopplung 46 enthält eine Syndanyo-Unterlegscheibe und ein Glimmerfenster. In dem anderen Ausführungsbeispiel, das ein Wellenleiterende 18_a_ besitzt, sind eine gleiche Ankopplung 46 und ein Ansatz 44 vorgesehen, aber in diesem Fall ist der Ansatz 44 mit dem Verbindungsrohr 43 verbunden und das geschmolzene Glas steigt im Inneren des Ansatzes 44 hoch. Die Teile der Vorrichtung, die in Fig. 4 weggelassen sind, können so sein, wie sie zuvor im Zusammenhang mit Fig. 1 oder Fig. 3 beschrieben wurden. Die in Fig. 4 gezeigten Anordnungen sind insbesondere nützlich zur Bestimmung der Pegelstände in kleinen Behältern, wie sie als Rührkammern für optische Gläser verwendet werden. Um mit den in Fig. 1 und 3 gezeigten Anordnungen eine gute Ausbildung der stehenden Welle zu erhalten,

409883/0901 " ¹⁶ "

ist es notwendig, eine hohe Transmission durch das Ende des Wellenleiters auf die Glasoberfläche zu zu erhalten, und ein wesentlicher Teil der reflektierten Welle sollte von der Glasoberfläche kommen. Die Verwendung eines Hornes am Ende des Wellenleiters, wie es in Pig. 3 dargestellt ist, verbessert die Transmission auf die Glasoberfläche zu. Rührkammern für optische Gläser können- jedoch einen kleinen Durchmesser besitzen und haben so kleine Eingangsöffnungen, daß es nicht möglich ist, ein solches Horn durch die Öffnung in die Kammer einzuführen. Dies kann zu viele unerwünschte Reflexionen von anderen Reflektoren als der Glasoberfläche zur Folge haben. Bei Verwendung der zwei Alternativen, die in Fig. 4 dargestellt sind, werden unerwünschte Reflexionen im wesentlichen vermieden und eine verbesserte stehende Welle ist das Ergebnis. Wie in Fig. 4 schematisch gezeigt ist, können die Pegelbestimmungsvorrichtungen so angeordnet sein, daß sie Rückkopplungssignale über Leitungen 51 liefern, um eine Zufuhreinrichtung 50 mit variabler Beschickungsmenge zu steuern, die auf diese Weise automatisch geregelt wird, um die Beschickungsmenge zu dem Tank 40 zu ändern, so daß ein konstanter Pegelstand in dem Tank 40 aufrechterhalten wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Beispiele beschränkt. Die Pegelbestimmungsvorrichtung kann z.B. dazu verwendet werden, den kegelstand des geschmolzenen Glases für viele verschiedene Zwecke zu bestimmen, und sie ist keineswegs darauf beschränkt, zur Bestimmung des Glaspegelstands in einer ober offenen Ziehmaschine oder in Kammern der in Fig. gezeigten Art verwendet zu werden. Die Mikrowellen können durch feuerfestes Material übertragen werden, und es kann in manchen Fällen möglich sein, den Pegelstand

- 17 -

409883/0901

des Glases in einer geschlossenen Kammer, die von feuerfestem Material umgeben ist, festzustellen, wobei sich die Mikrowellenvorrichtung vollständig außerhalb der feuerfesten Wände befindet. Ein Vorteil des Systems besteht darin, daß die Mikrowellen nicht durch die Temperatur oder die Atmosphäre über der zu bestimmenden Glasoberfläche beeinflußt werden, und daß die Vorrichtung nicht mit der festzustellenden Oberfläche in Berührung kommt. Aus diesem Grund kann die Erfindung auch zur Bestimmung des Oberflächenpegelstandes von anderen Materialien verwendet werden, bei denen eine Berührung mit der Oberfläche vermieden werden muß. In allen Fallen kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, ein Eingangssignal zu irgendeiner Farm eines automatischen Regelsystems zu liefern, das entweder direkt oder indirekt den Pegelsband regelt, der durch diese Vorrichtung festgestellt wird. ■ V-.

Die Lage der stehenden Welle in dem Wellenleiter hängt von der Frequenz der durch den Oszillator ausgesandten Wellen- ab. Es ist bei einem solchen Mikrowellenoszillator üblich, einen einstellbaren Frequenzausgang vorzusehen, ' und in manchen Fällen ist es möglich, anstelle der Verschiebung der Lage des Kristallfühlers 21 bei Änderungen der Lage der stehenden Welle in dem Wellenleiter die Lage des Kristallfühlers festzuhalten und die Frequenz des Ausgangs des Oszillators einzustellen, bis das Signal des Kristallfühlers wieder auf den Wert zurückkehrt, der der stehenden Welle entspricht, die sich in der gewünschten Lage in bezug auf den Fühler befindet. Eine solche Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Teile, die den in den Fig. 1 und 3 gezeigten Teilen Entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Fall ist "der.Oszillator.13 ein Oszillator mit variabler Frequenz.und.die Wellen werden entlang dem Wellenlei her

4 0 9 B 8 1 /

durch einen Isolator 47, einen Detektor 16 für die stehenden Wellen, einen Phasenschieber 48 und durch das Rohr 18 übertragen, das sich unter die Oberfläche des geschmolzenen Glases 12 in gleicher Weise wie bei den Anordnungen der Fig. 4 erstreckt. Der Ausgang des . Detektors 16 für die stehenden Wellen ist über einen Verstärker 23 und einen Schalter 49 zu dem Oszillator 13 zurückgekoppelt, so daß der Ausgang des Detektors für die stehende Welle dazu verwendet .werden kann, eine kontinuierliche Einstellung der Oszillatorfrequenz zu bewirken. Eine Anzeigeeinheit 26 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 23 verbunden, um eine Anzeige des festgestellten Glaspegelstandes zu liefern. In diesem speziellen Falle enthält der Detektor 16 für die stehenden Wellen zwei getrennte Fühlerelemente, die sich in einem Abstand voneinander längs des Wellenleiters -befinden. Diese Fühlerelemente liefern zwei getrennte Ausganssignale zu dem Verstärker 23, der auf die Differenz der Ausgangssignale der zwei Detektoren anspricht. Zu Beginn wird der Phasenschieber 48 so eingestellt, daß er die Lage der stehenden Welle längs des Wellenleiters ändert, bis die zwei Detektorelemente des Doppeldetektors die Spannungspunkte der stehenden Welle messen, die in Fig. 6 durch P bzw. Q bezeichnet sind. Diese Fig. 6 zeigt die Änderung der von den Fühlern gelieferten Spannung bei einer Änderung der Lage der stehenden Welle in bezug auf die Fühler. Wenn sich die zwei Fühler an den mit P und Q bezeichneten Stellen befinden, ist die Differenzspannung zwischen den Fühlerausgängen Null. Jede Bewegung des Glaspegelstandes erzeugt eine Differenzspannung zwischen den Fühlern, wobei das Vorzeichen dieser Spannung davon abhängt, ob sich der Glasspiegel aufwärts oder abwärts bewegt. Wenn der Schalter 49 geschlossen wird, v/Lrd die Ausgangsdifferenzspannung von dem Detektor 16 durch den Verstärker 23 verstärkt und dazu verwendet,

409883/090

die Frequenz des Oszillators 13 mit variabler Frequenz einzustellen. Diese Änderung der Frequenz verschiebt die Lage-der stehenden Welleiin dem Wellenleiter, bis die Spannungsdifferenz auf Null zurückkehrt. Die Änderung in der Regelspannung, die dem Oszillator zugeführt wird, hängt dabei von dem Ausmaß der Bewegung des Glaspegelstandes ab. Der Betrag der Bewegung des Pegelstandes, der auf diese Weise gemessen werden kann, hängt von der Frequenzänderung ab, die der Oszillator 13 zuläßt. Auch ein billiger Gunn-Oszillator besitzt eine ausreichende Frequenzveranderbarkeit, um die lineare Messung einer Bewegung des Pegelstandes von plus oder minus 1 cm zu ermöglichen. Andere bessere Oszillatoren können verwendet werden, um diesen Bereich zu erweitern, wenn dies erwünscht ist.

Es ist ebenfalls möglich, unerwünschte stehende Wellen i.n .dem Wellenleiter durch Verstimmen zu eliminieren, indem die Frequenz des Oszillators geändert wird, anstatt daß die Abstimmung mit den drei Blindleitungen 17 eingestellt wird, die in Fig. 1 gezeigt ist.

- 20 -

409883/0901

Claims (18)

Patentansprüche

1.) Pegelbestimmungsvorrichtung zum Feststellen der Oberfläche yon geschmolzenem Glas, das sich in einem Behälter befindet, gekennzeichnet durch einen Mikrowellengenerator (13), durch einen Wellenleiter (14), der die Mikrowellen von dem Generator überträgt und auf die zu bestimmende Oberfläche des Glases (12) richtet, durch einen Detektor (16) für stehende Wellen, der längs des Wellenleiters zur Feststellung einer stehenden Welle angeordnet ist, die in·dem Wellenleiter durch Reflexion von der Oberfläche erzeugt wird, und durch eine Einrichtung (21, 23) zur Feststellung von Änderungen des Ausgangssignals des Detektors für die stehenden Wellen infolge einer Änderung der Lage der stehenden Welle in bezug auf die Lage des Detektors, wodurch eine Änderung der Lage der Glasoberfläche in bezug auf den Wellenleiter angezeigt wird.

2. Vorrichtung zum Einhalten eines gewünschten Pegelstandes von geschmolzenem Glas in einem Behälter mit einer PegelbestimmungsVorrichtung nach Anspruch 1 und mit einer Einrichtung zur Änderung der Menge des dem Behälter zugeführten oder vom Behälter abgeführten Materials, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (41), die ein Signal von der Pegelbestimmungsvorrichtung empfänot, das den Pegelstand des geschmolzenen Glases in dem Behälter anzeigt, und die ein Steuersignal zu der Einrichtung (40, 42) zur Änderung der Menge des dem Behälter zugeführten oder vom Behälter abgeführten Material liefert.

409883/0901

- 21 -

3. Pegelbestimmungsvorrichtung zum Feststellen der Oberfläche von geschmolzenem Glas, gekennzeichnet durch einen Mikrowellengenerator (13), durch einen Wellenleiter (14) , der Mikrowellen von dem Generator überträgt, diese Wellen auf die festzustellende Oberfläche des Glases richtet und reflektierte Wellen von der Oberfläche empfängt, dur.ch einen Detektor (16) für stehende Wellen, der längs des Wellenleiters (14) zum Feststellen einer stehenden Welle angeordnet ist, die in dem Wellenleiter durch die Reflexion von der Oberfläche erzeugt wird, wobei der Detektor wenigstens ein Fühlerelement (21) aufweist, das ein von der Stellung des Fühlerelements oder jedes Fühlerelements in bezug auf die stehende Weile abhängiges Aüsgangssignal liefert, und durch eine Servoeinrichtung (31, 32, 23), die dieses Ausgangssignal empfängt und eine Relativbewegung zwischen dem Fühlerelement oder jedem Fühlerelement und der stehenden Welle in der Weise bewirkt,"daß die Änderung des Ausgangssiqnals bei einer Änderung der·Lage der stehenden Welle infolge einer Änderung der Höhe der Glasoberfläche verringert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß "-. das Fühlerelement oder jedes Fühlerelement (21) längs des Detektors (16) für die stehenden Wellen bewegbar ist und durch die Servoeinrichtung (31, 32) entsprechend der Änderung des Ausgangssignals bewegt'wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellengenerator (13) ein Generator mit variabler Frequenz ist, und daß die Servoeinrichtung (23) entsprechend der Änderung des Ausgangssignals die Frequenz einstellt und dadurch die Lage der stehenden Welle ändert. .· ·

\. ■ - 22 -

409883/0901

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (15) für die stehenden Wellen ein Fühlerelement in der Form einer Krlstalldiode (21) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fühlerelernente (21) in einem Abstand
voneinander in dem Detektor (16) für die stehenden
Wellen vorgesehen sind, und daß die Servoeinrichtung (23) auf die Differenz der · Ausgangssignale der zwei
Fühlerelemente anspricht.

S. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die. Servoeinrichtung einen Servoverstärker (32)
aufweist, der eine Antriebseinrichtung (31) betätigt, die mit dem Fühlerelement (21) gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß.eine Abstimmeinrichtung
(17) In dem Wellenleiter zum Beseitigen -unerwünschter stehender Wellen in dem Wellenleiter durch Verstimmung vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellengenerator (13) einen Gunn-Dioden-Oszillator aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Oszillators (13) einstellbar ist.

409883/Q901

12. Verfahren- zur Bestimmung des Oberflächenpegelstandes von geschmolzenem Glas, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikrowellensignal erzeugt wird, daß das Signal in einem Wellenleiter übertragen und auf die zu bestimmende Oberfläche gerichtet wird, so daß ein reflektiertes Signal von der Oberfläche durch den Wellenleiter empfangen wird und eine stehende Welle in' dem Wellenleiter erzeugt wird, deren Lage von dem Abstand der . Oberfläche zu dem Wellenleiter abhängt, und daß die Lage der stehenden Welle in dem. Wellenleiter oder die Änderung dieser Lage festgestellt wird, wodurch die Höhe der Glasoberfläche oder die Änderung der Höhe bestimmt und/oder angezeigt wird.

13. Verfahren zum Einhalten eines gewünschten Pegelstandes von geschmolzenem Glas in einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelstand des geschmolzenen Glases nach.dem Verfahren nach Anspruch 12 bestimmt wird, und daß ein von dem so bestimmten Pegelstand abhängiges Signal verwendet wird, um die Menge des dem Behälter zugeführten Glasmaterials oder die Menge des von dem Behälter abgeführten geschmolzenen Glases zu ändern.

14. Verfahren nach Anspruch 13,.dadurch gekennzeichnet, daß die Lage oder die Änderung der Lage der stehenden

- Welle in dem Wellenleiter durch Verwendung eines Detektors für stehende Wellen bestimmt wird, der wenigstens ein Fühlerelement enthält, das ein von der Lage des Elements in bezug auf die stehende Welle abhängiges Ausgangssignal· liefert.

' - 24 -

409883/0901

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement bewegt wird, um ein.Ausgangssignal von dem Fühlerelement aufrechtzuerhalten, das einer festen Lage des Fühlerelements In bezug auf die stehende Welle entspricht, und daß die Lage des Fühlerelements zur Anzeige der Höhe der Glasoberfläche verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Mikrowellensignals eingestellt wird, wobei das Fühlerelement oder die Fühlerelemente in einer festen Lage gehalten werden, daß dadurch die Lage der stehenden Welle in bezug auf das Fühlerelement oder jedes Fühlerelement eingestellt wird, bis ein vorbestimmtes Ausgangssignal von dem Fühlerelement oder den Fühlerelementen erhalten wird, und daß die Einstellung der Mikrowellenfrequenz zur Anzeige der Höhe der Glasoberfläche verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Fühlerelemente In einem Abstand längs des Wellenleiters voneinander verwendet werden, und daß die Frequenz des Mikrowellensignals so eingestellt wird, daß eine vorbestimmte Differenz in den Ausgangssignalen von den zwei Fühlerelementen eingehalten wird.

18. Verfahren zur Herstellung von Glas, bei dem sich das geschmolzene Glas in einem Behälter befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelstand des Glases durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17 be-

• - stimmt wird.

7/De

40988.3/0901