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Verfahren und Vorrichtung zum Verspinnen von schmelzbaren Stäben, insbesondere Glasstäben
Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhitzen bzw. Erweichen von Stäben verschiedenster Form aus verspinnbaren, schmelzbaren Materialien, wie z. B. Glas, Kunstharz, künstlichem Asbest usw., zum Zwecke des Ausziehens derselben zu Fäden t it verschiedenen Durchmessern, also zum Verspinnen dieser Materialien.
Bisher wurden zu diesem Zwecke die zu verspinnenden Stäbe entweder direkt durch eine Gasflamme (Fig. 1) oder indirekt in sogenannten Spinnöfen (Fig. 2) auf die notwendige Spinntemperatur erhitzt. Im ersten Falle wurde hiezu meist Leuchtgas verwendet. Die hiebei verwendeten Bunsenbrenner besitzen für jeden Einzelstab einen Gas-und einen Lufthahn, welche dauernd nachgestellt werden müssen, um die Einhaltung der Spinntemperatur und damit das einwandfreie Spinnen des betreffenden Stabes zu gewährleisten. Im zweiten Falle wird das Ende der Stäbe im sogenannten Spinnofen erwärmt.
Dieser besteht im wesentlichen aus zwei Heiz- wendeln oder Heizstäben, welche zwecks Ver- minderung des Wärmeverlustes mireinem wärme- isolierenden Mantel umgeben sind (Fig. 2). Die
Wärmeübertragung erfolgt hiebei durch Strahlung, also indirekt. Dies bedingt eine sehr hohe Wendel- temperatur (Heizwiderstandstemperatur).
Die Lebensdauer der Heizwendel ist daher sehr klein und der Wärmeverlust durch Abstrahlung sehr gross. In beiden Fallen tritt ausserdem ein grosser Glasabfall in Form von Restglasstengeln ein, weil die Einspannvorrichtung (d. i. ein Teil der zum gleichförmigen Weiterschalten der abschmelzenden Stäbe benötigten Vorschubvorrichtung) einerseits nicht bis an die Gasflamme und anderseits nicht bis in die Heizzone des Spinnofens gebracht werden darf, um schädliche Einflüsse der hohen Temperaturen auf die Einspannvorrichtung auszuschalten.
Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung vermieden. Das Verfahren besteht darin, dass die zu verspinnenden Stäbe oder stabartigen Gebilde mit ihrem Ende voran erhitzten, miteinander zusammenhängenden, schrägen, offenen Rinnen selbstätig allmählich zugeführt und durch deren Strahlung-und Leitungswärme an diesem Ende allmählich verflüssigt werden, und ferner die so erzeugte flüssige Masse längs diesen erhitzten schrägen Schmelzflächen in kleinen, durch die Rinnen getrennt gehaltenen Strömen abfliesst und schliesslich als Faden abgezogen wird.
Die zur Ausführung des Verfahrens dienende Vorrichtung sieht mehrere miteinander zusammenhängende, schräge offene Schmelzrinnen vor, die mittel-oder unmittelbar erhitzt werden und auf welche sich die Stäbe mit einem Ende stützen.
Diese schrägen, offenen Rinnen sind derart ausgestaltet, dass sie für die Aufnahme des Endes der Stäbe und der daraus erzeugten flüssigen Masse dienen. Sie können ferner Dachform aufweisen und in einen wärmeisolierenden Mantel derart eingebaut sein, dass die Öffnung für die Einführung der Stäbe und für das Abziehen der Fäden gegeneinander versetzt sind.
Es ist bekannt, zum Verspinnen dienende Glasstäbe in schräge Rinnen zu legen, die zur Schaltung der Glasstäbe in ihrer Längsrichtung diesen. Die Glasstabe stecken mit ihrem unteren Ende in hohlen Schmelzspitzen bzw. geschlossenen Düsen, die von Brennern erhitzt werden. Da der Glasstab in den Hohlkörper bis zum Anschlag an diesen hineinragt, verbleibt für die flüssige Masse der ganz geringe vordere Düsenraum, so dass ein Reservoir praktisch nicht gebildet werden kann. Auch presst der durch Gewicht belastete Glasstab dieses Flüssigkeitströpfchen unter Druck aus der Düse. Dieser Druck ist sehr variabel, weil beim Abschmelzen das Gewicht der Glasstäbe kleiner wird und, wie die Erfahrung zeigt, die Stabdurchmesser nicht gleiche Grösse aufweisen. Damit ändert sich aber die Geschwindigkeit der Stabführung.
Weiters nützen sich die Düsen ab, wodurch ihre Austrittsöffnung grösser wird. Alle diese Faktoren haben aber grossen Einfluss auf den Durchmesser der erzeugten Glasfäden.
Es ist auch bekannt, eine Glasmasse in Brockenform in einem Schmelzbehälter zu schmelzen, welcher einen geneigten, unten und aussen geheizten Boden besitzt, der über einen Überlauf in einen Ziehbehälter übergeht, aus dem die flüssige Masse durch Düsen ausgelassen wird. Der geneigte Boden hat hier den Zweck, die Schmelzmasse im Ziehraum zu sammeln und dadurch an allen Düsen stets den gleichen hydrostatischen Druck zu schaffen.
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Es sind auch Vorrichtungen zur Erzeugung von Glasfasern bekannt, bei welchen schräge, hin und her bewegte Rinnen als blosse Verteilerfläche das in einem Ofen geschmolzene Glas über eine Leitrinne erhalten, das sodann von den Rinnen weg durch dagegen geblasene Gasströme zu Fasern ausgezogen wird. Diese Verteilerflächen sind dem-
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nicht in Betracht.
Beim Verfahren gemäss der Erfindung werden also die herzustellenden Fäden nicht direkt vom Ende der Glasstäbe, sondern am Ende von geheizten schrägen, offenen Rinnen (Fig. 3) abgezogen, welche ihrerseits die Enden der Glasstäbe durch Strahlung und Leitung erhitzen und damit verflüssigen. Dabei bilden die Rinnen kleine Reservoire für die ablaufende Schmelzmasse und es ist hiebei unwesentlich, ob sie die notwendige Wärme selbst erzeugen (z. B. als elektrische Widerstände) oder ihr diese von aussen zugeführt wird (z. B. durch Gasflammen).
Es wird auch zum Unterschiede von den üblichen Verfahren mit Sicherheit ein ununterbrochener Betrieb bei restlosem Verarbeiten der Glasstäbe erreicht, weil die Reststück auf die Schmelzflächen bzw. in die Rinnen fallen und dort durch Schmelzen die kleinen Glasströme speisen, wobei während dieser Zeit die Einführung oder Einspannung von neuen Glasstäben leicht erfolgen kann.
Der Vorgang beim Verspinnen ist im besonderen folgender : Ein Glasstab 1 (Fig. 3) beliebiger Form wird durch eine selbsttätige Fördervorrichtung, kurz Vorschub gsnasnt, der durch Eigengewicht der geheizten Schmelzrinne 2 mit einem Ende voran, zweckmässig in einem stumpfen Winkel T, zugeführt. Die Schmelzrinne wird für kurze Zeit über die normale Arbeitstemperatur erhitzt und gibt während dieser Zeitspanne so viel Strahlungs- wärme ab, dass das Stabende bereits in flüssigem
Zustand die Schmelzrinne berührt. Das nunmehr flüssige Glas fliesst infolge der Schwerkraft in voneinander getrennt gehaltenen Strömen nach dem unteren Ende 3 der Schmelzrinnen, wo es bei seinem Austritt nach unten Tropfen bildet, welche beim Abfallen oder Abziehen Fäden 4 hinter sich herziehen.
Diese Fäden werden dann in der üb- lichen Weise auf eine rotierende Trommel auf- gewickelt und dadurch stetig von den geheizten
Schmelzrinnen abgezogen. Bei diesem Vorgang sind die Schmelzrinnen mit flüssigem Glas gefüllt worden und sie bilden kleine, den ganzen Vorgang günstig beeinflussende Reservoire. Die Glasstäbe tauchen nunmehr in die flüssigen Glasströme ein und können nun mit der selben Geschwindigkeit zum Abschmelzen gebracht werden, mit welcher sie durch den Vorschub zugeführt werden. Die Übertragung der Schmelzwärme erfolgt jetzt dicht mehr durch Strahlung, sondern durch Leitung, so dass die Temperatur der Schmelzrinnen auf die normale Arbeitstemperatur reduziert werden kann.
Die Vorrichtung gemäss Fig 4 ist ein Spinnofen, bei dem die schrägen Schmelzrinnen in an sich bekannter Weise als elektrischer Widerstand ausgebildet sind, welcher zur Vermeidung von Strahlungsverlusten mit einem wärmeisolierenden Mantel 6 umgeben ist. Der Widerstand hat die Form von nebeneinander liegenden Rinnen, die in an sich bekannter Weise einzeln oder in beliebiger Anzahl zusammenhängend zu elektrischen Heizwiderständen ausgebildet sind. Ein weiteres Ausführungsbeispiel hiefür zeigt Fig. 5 im Querschnitt, bei dem die Rinnen durch in die einspringenden Winkeln eingebaute elektrische Widerstände geheizt werden. Die Zahl der Rinnen kann verschieden gewählt werden ; normalerweise werden etwa 50-100 Rinnen in einem Spinnofen vereinigt.
Die Form der einzelnen Rinnen kann ebenfalls verschieden gewählt werden ; die Fig. 6 und 7 zeigen zwei Beispiele dafür mit eckigen bzw. gerundeten Längskanten einer Anzahl miteinander zusammenhängender Rinnen. Die geheizten Rinnen sind in den wärmeisolierenden Mantel 6 (Spinnofen) derart eingebaut, dass die Führungsröhrchen 7 für die Einführung der zu schmelzenden Stäbe und die Öffnung für das Abziehen der Fäden 4 am Ende der Rinnen gegeneinander versetzt sind. Dadurch wird sowohl ein Durchfallen der Glasstäbe bzw. ihrer Reststücke verhindert als auch der entstehende Wärmeverlust durch Ausstrahlung wesentlich vermindert.
Die erzeugte Schmelzmasse fliesst in voneinander getrennt gehaltenen Strömen in den Schmelz- rinnen 5 zum Spinnende 3 und wird dort in Form von Glasfäden 4 abgezogen. Ist ein Glasstab soweit verbraucht, dass er durch die Einspannvorrichtung des Vorschubes oder durch beine Länge im Röhrchen 7 nicht mehr gehalten wird, dann wird er von der Einspannvorrichtung von Hand oder selbsttätig freigegeben. Er rutscht jetzt durch sein eigenes Gewicht mit der Geschwindigkeit seines Abschmelzens weiter, bis er schliesslich aus dem Zuführungsröhrchen nach unten heraus in die Schmelzrinne fällt, um dort vollständig zu schmelzen. Mittlerweile ist bereits ein neuer Stab in den Vorschub eingespannt und durch das Zuführungsröhrchen nachgeführt worden.
Dieser neue Stab beginnt beim Eintauchen in das in der Schmelzrinne noch vorhandene flüssige Glas abzuschmelzen und sorgt nun seinerseits für die gleichmässige Zufuhr des verspinnbaren Materals.
Der Spinnvorgang selbst ist hiebei nicht unter- brochen worden.
Die Fig. 8 und 9 zeigen im Längsschnitt zwei Beispiele von Schmelzrinnen mit zwei Neigungen ; sie haben im wesentlichen Dachform, wobei in Fig. 9 zwischen beiden schrägen Rinnen eine im wesentlichen horizontale Verbindungsfläche eingeschaltet ist. Bei diesen Rinnen können von einem Stab gleichzeitig zwei Fäden abgezogen werden, wenn die flüssige Masse des am höchsten Punkt der Rinnen stehenden Stabes längs beiden Rinnen hbläuft.
Bei Spinnöfen gemäss vorliegender Erfindung ergibt sich auch eine höhere Lebensdauer durch die verhältnismässig niedrige Temperatur der
Heizwiderstände.