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Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Fasern aus viskosen Massen.
Die Erfindung bezieht sieh auf solche Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung von Fasern aus viskosen Massen, insbesondere von Glasfasern, bei welchen die in einem dünnen Strom ausfliessende Masse durch einen im wesentlichen in dessen Fliessrichtung geleiteten Gasstrom zu feinen Fasern ausgezogen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht zunächst darin, dass ein Gasstrom nur an einer Seite des Massestromes auf diesen gerichtet und dabei auf der Seite des Gasstromes der Zutritt atmosphärischer Luft zur Glasmasse wenigstens oberhalb der Stelle, an welcher der Gasstrom auf den Massestrom trifft, verhindert wird, so dass durch den Gasstrom nur von der andern Seite des Massestromes atmosphärischer Luft angesaugt wird, die die Masse bzw. die aus ihr entstehenden Fasern auf bzw. in den Gasstrom drückt und sie zwingt, mit dem Gasstrom die gleiche Bewegungsbahn zu durchlaufen. Dieses Verfahren besitzt unter andern den Vorteil, dass der Verbrauch an Gas zum Ausziehen und Fortführen der Fasern im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren erheblich vermindert wird.
Nach der Erfindung sollen auch feine Fasern hergestellt werden, die Wellungen oder Krümmungen besitzen, wodurch der Wert der Fasern für gewisse Anwendungszweeke erhöht wird.
Um bei dem Verfahren gemäss der Erfindung gewellte Fasern zu erzeugen, wird der Gasfaserstrom, während die Fasern noch bildsam sind und in den festen Zustand übergehen, einer Riehtungs- änderung unterworfen. Der Gasfaserstrom wird zweckmässig in einer Kurvenlinie, beispielsweise über feststehende, gegebenenfalls kurvenförmig verlaufende Flächen geleitet. Auf diese Weise erhalten die Fasern eine der Form ihrer Bewegungsbahn entsprechende Krümmung.
Zur Durchführung des Verfahrens kann eine Vorrichtung dienen, die in an sich bekannter Weise aus einem Vorratsbehälter für die geschmolzene Masse mit Ausflussöffnungen für die Masseströme und unterhalb derselben angeordneten Gebläsen besteht. Bei c'ies : r Vorrichtung ist erfindungsgemäss ein Gebläse nur an einer Seite der Fliessbahn der Masseströme angeordnet und zwischen dem Gebläse und dem Boden des Vorratsbehälters ein Abschlusskörper zur Vermeidung des Zutritts atmosphärischer Luft an dieser Seite des Faserstromes vorgesehen.
Sollen gewellte Fasern erzeugt werden, so wird unterhalb des Gebläses ein Leitschirm für den Gasfaserstrom angebracht, der vorzugsweise eine kurvenförmig verlaufende Oberfläche besitzt.
Benutzt man zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung, bei welcher in bekannter Weise Gebläse auf beiden Seiten der Fliessbahn der Masseströme vorgesehen sind, so werden nach der Erfindung unterhalb der Gebläse ebenfalls auf beiden Seiten Leitschirme vorgesehen und derart zueinander angeordnet, dass der Gasfaserstrom gezwungen wird, eine kurvenlinienförmige Bahn zu durchlaufen.
Die Leitmittel sind zweckmässig einstellbar und sind in der Zone angeordnet, wo die Fasern noch bildsam sind bzw. in den festen Zustand übergehen.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen von Vorrichtungen gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine solche Vorrichtung, Fig. 2 einen Einzelschnitt durch das Gebläse nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen weiteren Schnitt durch das Gebläse, Fig. 4 einen waagerechten Schnitt durch das Gebläse nach Linie 4-4 der Fig. 1.
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Fig. 5--8 Schnitte durch verschiedene voneinander abweichende Ausführungsformen der Vorrichtung,
Fig. 9 eine Schnittansicht mit einem nur an einer Seite angeordneten Gebläse, aber ohne Gleitschirm und Fig. 10 einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung gen'äss der Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet 10 den Boden eines Glasofens oder eines Vorherdes eines solchen mit einer Kammer 11, die ständig mit geschmolzenem Glas gefüllt ist. Unter der Kammer 11 ist eine Buchse 12 vorgesehen, welche durch einen Haltering 1 : 3 und Stützen 14 od. dgl. auswechselbar in Stellung gehalten wird. Die Buchse 12 besteht zweckmässig aus einem Block feuerfesten Materials 1-5, der zweckmässig aus zwei Hälften 16 und 17 gebildet ist, die derart zusammengesetzt sind, dass sie zwischen sich eine Ausnehmung oder einen Trog konischer Form mit nach oben divergierenden Seitenwänden bilden.
Diese Ausnehmung besitzt ein Innenfutter 18 aus Platin, welches am oberen Rande mit einem breiten Flansch 19 versehen ist, der auf der Oberseite des Blockes 15 aufliegt und die Stossstelle zwischen diesem und der Unterseite des Bodens 10 des Vorherdes ausfüllt. Am oberen äusseren
Rande des Blockes 15 ist eine ringförmige Aussparung 20 zur Aufnahme eines Kühlrohres M gebildet, welches zweckmässig in einem Sillimanitzement od. dgl. eingebettet ist und nahe dem äusseren Rande des Flansches 19 liegt. Dieses Kühlrohr 21 führt die überschüssige Wärme ab und dient gleichzeitig dazu, eine Dichtung zu bilden, welche verhütet, dass flüssiges Glas aus der Kammer 11 zwischen den Flächen der Buchse 12 und des Bodens 10 des Vorherdes durchsickert.
Die Dichtung wirkt in der Weise, dass das Kühlrohr etwa bis zu ihm gelangendes Glas zum Erstarren bringt. Das Futter 18 ist oben durch ein Sieb 22 abgedeckt, welches zweckmässig aus Platin besteht und mit dem inneren Rand des Flansches 19 verschweisst ist. Das Sieb 22 dient dazu, feste Fremdstoffe, wie Steine od. dgl., zurückzuhalten. Das Futter 18 besitzt an seinem unteren Ende eine Reihe von Öffnungen 24, von denen jede mit einem nach unten'vorstehenden Nippel 25 versehen ist. Diese Nippel verhüten, dass aus den Öffnungen 24 ausfliessende Ströme geschmolzenen Glases sich miteinander vereinigen.
In Abstand unter den Nippeln 25, etwa übereinstimmend mit den aus diesen austretenden Gasströmen, ist ein Gebläse 26 angeordnet. Um zu verhüten, dass der Blasstrom zwischen dem Gebläse 26 und der Unterseite der Hälfte 16 des Blockes 15 atmosphärische Luft oder Gase ansaugt, ist zwischen dem Gebläse und dem Block eine Asbestdichtung 27 od. dgl. vorgesehen.
Das Gebläse 26 besitzt eine Reihe nach unten gerichteter Düsen. 30, die von einer Druckkammer l ausgehen, welche sich in der Längsrichtung des Gebläses erstrecken. Diese Kammer 37 wird von einer unteren Platte 32 und einer oberen Platte gebildet, die durch Schrauben 34 zusammengehalten werden. Der Rand 36 der unteren Platte 32, welche die Seitenwand des Gebläses bildet, ist in der Richtung auf den Glasstrom hin leicht geneigt. Der obere Teil dieser Wand 36 besitzt Einschnitte oder Rillen, die einen kleinen Abstand voneinander haben und mit einem Flanseh 37 der oberen Platte 33, der die Wand 36 übergreift, die Düsen bilden.
An einem Ende des Gebläses ist an der unteren Platte 32 ein Träger 40 befestigt, der das Gebläse in dem geeigneten Abstand von den Düsen M hält. An dem andern Ende des Gebläses ist mittels Schrauben 42 eine Leitung 41 befestigt. von der Kanäle 43 in die Druckkammer. 11 münden.
Überhitzter Dampf oder ein anderes Gas unter Druck wird dem Gebläse durch eine Leitung zugeführt, die aus einem Stutzen 45 besteht, welcher durch eine Verbindung 46 an eine nicht gezeigte Speiseleitung angeschlossen ist. Am unteren Teil der Wand. * ? ist, eine Verlängerung derselben bildend, ein Blech schirm 50 befestigt, der verschiedene Längen und Formen haben kann, um die Glasfasern nach unten zu einem nicht gezeigten Förderer oder sonstwie abzuführen und die aus dem Gebläse kommenden Gasströme sowie die aus der umgebenden Luft angesaugten Ströme über eine bestimmte Bahn zu lenken. Die Anordnung dieses Schirmes ermöglicht es, dass der geschmolzene
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bereich gehalten wird.
Um erfindungsgemäss den Dampf-oder Gasverbrauch zu verringern, wird nur eine an einer Seite angeordnete Blasvorrichtung, gegebenenfalls in Verbindung mit einem gebogenen Schirm, verwendet. Der Raum zwischen dem oberen Teil des Gebläses und der Unterseite des Blockes 15 ist geschlossen, so dass die Gesamtheit der angesaugten Luft nur von einer Seite kommt und den Strom geschmolzenen Glases im Innern des Dampf-oder Gasstromes hält, wo dieser die stärkste Ziehwirkung ausübt. Durch diese Anordnung werden die erforderlichen Bedingungen geschaffen, um einen Strom geschmolzenen Glases in einem Gasstrom in Schwebe zu halten und von dort aus zu einer feinen Faser auszuziehen.
Dadurch, dass man die Faser von dieser Schwebestellung innerhalb des Gasstromes auszieht, wird der darüber befindliche Strom geschmolzenen Glases nicht der Ziehwirkung unterworfen, die von dem Gasstrom selbst ausgeübt wird. Auf diese Weise kann der Glasstrom frei von den Ausflussöffnungen 24 aus fliessen, während bei den bekannten Verfahren die Zugwirkung, welche von dem Gasstrom ausgeübt wird, sich längs des Glasstromes bis zu der im Auslass 18 befindlichen Glasmasse fortpflanzt. Infolge des gebogenen Schirmes 50 bilden die Fasern ein regelmässiges Vlies, und ausserdem werden die Dampf-oder Gasströme sowie die von diesen mitgenommenen Gase längs der Oberfläche des Schirmes geführt.
Die gekrümmte Oberfläche des Schirmes und der Austrittswinkel des Blasstromes zum Schirm kann mannigfache Veränderungen unterworfen werden.
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Es ist hiedurch möglich, die verschiedensten Ergebnisse hinsichtlich des Durchmessers und der durchschnittlichen Länge der Fasern sowie hinsichtlich der Geschwindigkeit der Faserherstellung zu erreichen.
Da die Glasfasern längs den kurvon@rtig verlaufonden Flächen gezogen und gekühlt werden, ist es möglich, nach der Erfindung gekräuselte oder gewellte Fasern zu erzeugen. Für die Herstellung einer groben, zur Verwendung in Filtern dienenden Faser ist beispielsweise festgestellt worden, dass es vorteilhaft ist, jeder Faser eine gewisse Wellung zu geben, damit die Fasern sich in geeigneter Weise verfilzen, wenn sie auf ein in Bewegung befindliches Förderband zur Ablage gebracht werden. Um die gewünschte Wellung zu erzielen, ist der Schirm 50 entsprechend gebogen. Der von dem Gasstrom angesaugte Luftstrom zwingt die Fasern, sich der Kurve des Schirmes entlang zu bewegen.
Bei diesem Vorgang verringert sich die Temperatur der Fasern so weit, dass sie fest werden, so dass sie die Krümmung des Schirmes, an welcher sie sich beim Übergang in den festen Zustand befinden, annehmen.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass die einzelnen Fasern im wesentlichen im gleichen Masse gewellt werden. Bei der Herstellung einer gewellten Faser wurde festgestellt, dass es zweckmässig ist, einen unter verhältnismässig geringem Druck stehenden Gasstrom zu verwenden, so dass die mitgerissenen Gase die Gasströme in der Nähe des Schirmes und in Anpassung an dessen Oberfläche halten. Wenn man einen Gasstrom von hohem Druck verwendet, zeigt sich das Bestreben, dass der Glasstrom sich von der Oberfläche des Schirmes entfernt und einer Linie folgt, die direkt von den Düsen des Gebläses ausgeht.
Durch verschiedene Regelungen der Temperaturen der Auslassbuchse und des Vorherdes, des Druckes des Gebläses, der Lage und des Blaswinke]s des Gebläses und der Stellung der Seitenwand 16 zum Glasstrom sowie der Abmessungen der Öffnungen der Nippel 25 und durch Änderung der Länge und Form des Schirmes 50 ist es möglich, verschiedene Arten von Fasern herzustellen, die sich durch den mittleren Durchmesser, die Länge und die Herstellungsgeschwindigkeit unterscheiden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform lassen sich, wenn beispielsweise das geschmolzene Glas aus Nippeln 25 mit einem Durchmesser von etwa 3 mm bei einer Temperatur von ungefähr 11500 C austritt, Glasfasern verschiedener Arten und Abmessungen durch Änderung des Gebläse-
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Faser von einem durchschnittlichen Durchmesser von 0'065 mm erzeugen. Erhöht man den Druck des Gebläses, so nehmen Durchmesser und Länge der Fasern allmählich ab, bis bei einem Druck von 11'2 kg/em2 die mittlere Länge der Fasern unter 30 cm liegt. Bei Steigerung der Kraft des Gasstromes durch Druckerhöhung entfernt sich die Bewegungsbahn der Fasern mehr und mehr vom unteren Ende des Leitschirmes, um in eine gerade Linie überzugehen, die unmittelbar von den Blasdüsen selbst ausgeht.
Bei schwächeren Drücken dagegen leiten die aus der Atmosphäre mitgenomn enen Gasströme die Fasern längs der Oberfläche des Leitschirmes und erzeugen so Wellen in den Fasern.
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strom am oberen Teil des Schirmes heftig abgelenkt und die Glasfasern erhalten am unteren Teil des Schirmes das Bestreben, sich in einer Richtung zu bewegen, die sieh der Senkrechten des Sammel- behälters (nicht gezeigt) nähert. Man kann auch die Austrittsstelle des Dampfes oder Gases unter Entfernung von dem Glasstrom näher an die Buchse 15 heranbringen. Die mit abis g bezeichneten Linien stellen die Bewegungsbahnen der Fasern dar, welche sie einnehmen, wenn sie mit allmählich grösser werdenden Drücken aus dem Gebläse geblasen werden.
Die Bjhn a ergibt sich bei Verwendung eines kleinen Gebläsedruckes von ungefähr 1'4 kg/cm2. Die dabei erzeugte Faser hat einen Durchmesser von etwa 0'125 bis 0-150 mm und ist von endloser Länge. Steigert man den Gebläsedruck allmählich bis zu 11'2 kgfern2, so verringert sich der mittlere Durchmesser der Faser bis unter 0'025 mm und die durchschnittliche Länge der Fase fällt auf unter 30 cm. Diese Änderungen in den Abmessungen der Fasern in Abhängigkeit von den Veränderungen des Gebläsedruckes finden nicht notwendigerweise direkt proportional statt, vielmehr können sie teils direkt proportional und teils umgekehrt proportional zur Änderung des Druckes sein.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 liegt die Wand.' ? senkrecht, und der obere Rand des Schirmes 50 steht über der unteren Platte 32 vor. Bei dieser Anordnung ergibt sieh für die Glasfasern eine Bahn, welche scharf um den von dem Schirm zur Wand : J6 gebildeten Vorsprung abbiegt.
Bei dieser Ausführung besitzt der Leitschirm allmählich sich ändernde und gegebenenfalls nach entgegengesetzten Richtungen gebe gene Kurven, an denen sich die Fasern während ihrer Erzeugung
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mittleren Länge von 200 1mn und einem Durchmesser von 0'05 mm herstellen.
Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist die Wand, 6 unterhalb des Gasaustrittes um einen Winkel von 120 zur Senkrechten nach hinten geneigt, was das Gegenteil der übliehen Neigung ist. Hiebei ist die obere Ecke des Schirmes 50 stromlinienartig abgerundet. Der Schirm besitzt verhältnismässig scharfe Kurven, die zu der Ausführung nach Fig. 6 etwa entgegengesetzt gerichtet sind. Mit dieser
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lichen Durchmesser von 0'030 mm und einer durchschnittlichen Länge von 200 mm. Wenn der Winkel der Wand 36 in die in Fig. 1 gezeigte Richtung gelegt wird, erhält man Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 0'025 mm und einer Länge von ungefähr 500 mm.
Fig. 8 zeigt eine Anordnung, bei welcher die Wand. 36 nach innen geneigt, aber mehr von dem
Glasstrom entfernt ist als bei der Ausführung nach Fig. 7. Dabei besitzt der Schirm 50 gleichmässig verlaufende Kurven. Man erhält hier ähnliche Ergebnisse wie die für die Fig. 7 angeführten. Es wird bemerkt, dass die angeführten Ausführungsformen nur Beispiele darstellen und dass man Fasern ver- schiedener Abmessungen und Arten durch geeignete Änderungen der verschiedenen mitwirkenden Faktoren erreichen kann.
Fig. 9 zeigt eine Ausführung ähnlich Fig. 1, aber ohne Leitschirm für die Fasern. Die Blas- düsen 30 sind in einem gewissen Abstand unter den Nippeln 25 angeordnet und in einem spitzen Winkel zu den aus den Nippeln 25 tretenden Glasströmen, also im wesentlichen in deren Fliessrichtung, gerichtet. Dabei haben die Glasströme praktisch nicht das Bestreben, in den Dampf-oder Gasstrom einzudringen, vielmehr bewegen sich die Glasströme auf und längs der Oberfläche des Dampf-oder
Gasstromes. Obschon es den Anschein hat, dass ein gegen einen Glasstrom in der gezeigten Weise gerichteter Dampfstrom den Glasstrom abdrückt und ein Ausziehen desselben zu Fasern verhindert, ist festgestellt worden, dass der Glasstrom und der Dampfstrom sich zusammen bewegen und der Glasstrom zu einer feinen Faser ausgezogen wird.
Bei einem Gebläsedruck von etwa 10 kg/cm2 wird ein
Glasstrom, der aus Nippeln mit einem Durchmesser von 3'125 mm austritt, in feine Fasern umgewandelt, die einen mittleren Durchmesser von 0'050 mm und eine mittlere Länge von ungefähr 100 mm haben.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 10 wird ein Glasstrom 51, der durch eine Öffnung 25 der Buchse 15 austritt, zu feinen Fasern durch zwei Gebläse 30,. 30a ausgezogen, die auf entgegengesetzten Seiten des Glasstromes liegen. Den Gebläsen wird durch eine nicht gezeigte Leitung überhitzter Dampf oder anderes Gas unter Druck zugeführt. Die ausgezogenen Fasern werden von dem Gasstrom gehalten und mitgenommen, der gezwungen wird, zwischen zwei Reihen von Leitblechen 52, die auf entgegengesetzten Seiten des Gasstromes liegen, eine kurvenlinienartig verlaufende Bahn zu beschreiben.
Die Zahl der Leitbleche kann geändert werden. Auch können sie in ihrer Höhenlage durch Zahnstangen 53 und Zahnräder 54 oder andere Mittel verstellt werden.
Es ist verständlich, dass sowohl an den beschriebenen Verfahrens-wie Vorrichtungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE. l. Verfahren zur Erzeugung von Fasern aus viskosen Massen, insbesondere von Glasfasern. bei welchem die in einem dünnen Strom ausfliessende Masse durch einen im wesentlichen in dessen Fliessriehtung geleiteten Gasstrom zu feinen Fasern ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom nur an einer Seite des Massestromes auf diesen gerichtet und dabei auf der Seite des Gasstromes der Zutritt atmosphärischer Luft zur Glasmasse wenigstens oberhalb der Stelle, an welcher der Gasstrom auf den Massestrom trifft, verhindert wird, so dass durch den Gasstrom nur von der andern Seite des Massestromes atmosphärische Luft ?. nges ? ugt w ; rd, die die Masse bzw. die aus ihr entstehenden Fasern auf bzw. in den Gasstrom drückt und sie zwingt, mit dem Gasstrom die gleiche Bewegungbahn zu durchlaufen.