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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Fasern aus mineralischen oder organischen Stoffen in viskosem Zustand, insbesondere die Erzeugung von Glasfasern.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt, nach dem man zur Herstellung sehr feiner Fasern das unter der Wirkung der Zentrifugalkraft aus einem sich drehenden Körper oder Behälter ausgespritzte Gut der Einwirkung von Gasströmen aussetzt, welche einem Raum entströmen, der mit Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Material versorgt wird und in dem man die Verbrennung durchführt. Es ist auchbekannt, dass man zu diesem Zweck einen Hohlkörper benützen kann, dessen Begrenzungsflächen miteinander eine mehr oder minder scharfe Kante bilden, an der sich eine Reihe von Öffnungen befindet.
Dieser Hohlkörper ist von einer ringförmigen Verbrennungskammer umgeben, aus deren Entspannungsöffnung, welche die Gestalt eines durchlaufenden Spaltes oder einer Reihe von Löchern hat, Gas in Band-oder Strahlenform etwa senkrecht zur Abschleuderebene der aus den Öffnungen gespritzten Fäden ausströmt. Es sind auch Vorrichtungen vorbekannt, bei welchen eine grosse Anzahl von Öffnungen in mehreren Reihen angeordnet sind.
Diese Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen ein sehr wirksames Ausziehen jedes Fadens, sobald er aus den Öffnungen tritt. Dabei werden die Fäden durch die der Entspannungsöffnung entströmenden Verbrennungsgase mit sehr grosser Kraft auseinandergezogen und mitgenommen. Infolge der begrenzten Anzahl von Öffnungen an der peripheren Kante des Drehkörpers ist jedoch die Leistung dieser Vorrichtung verhältnismässig gering.
Der Zweck der Erfindung ist eine Vervollkommnung der vorbekannten Verfahren und der vorbekannten Vorrichtungen, die eine reichliche Erzeugung sehr feiner Fasern ermöglicht. Erfindungsgemäss wird dies im wesentlichen dadurch erreicht, dass die Fäden von einem an seiner Peripherie mit einem eine grosse Anzahl von Spritzlöchern in zwei oder mehr, z.
B. 9 - 30, übereinander angeordneten Reihen aufweisenden Streifen von, bezogen auf seinen Durchmesser, beträchtlicher Breite und insbesondere zylindrischer Form ausgestatteten Drehkörper ausgespritzt werden und gleich bei ihrem Austritt aus den Öffnungen der Einwirkung von mit grosser Geschwindigkeit den Abzugsöffnungen einer ringförmigen Verbrennungskammer entströmenden heissen Gasen ausgesetzt werden, die in der Weise gelenkt werden, dass sie den peripheren Streifen bestreichen oder in dessen Nähe kommen, u. zw.
auf dessen ganzer Breite, wobei sie die dünnen Fäden der geschmolzenen Masse bei deren Ausschleuderung aus den Öffnungen sofort berühren und sie unter Umwandlung in feinste Fasern zu einem plötzlichen Richtungswechsel und einer Streckung zwingen, worauf die heissen Gase nach ihrem Zusammentreffen mit der geschmolzenen Masse, mittels anderer Gasströme oder Ablenkungsvorrichtungen von der Achse des Drehkörpers abgelenkt, in entsprechendem Abstand von derselben abströmen, um das Zusammenklumpen der Fasern und deren Verkleben unterhalb des Drehkörpers zu vermeiden. Bei dieser Arbeitsweise wird ein gleichzeitiges Ausziehen des aus mehreren Reihen von Spritzöffnungen austretenden Spritzgutes erreicht, selbst wenn diese Öffnungen in der Richtung des Gasstromes aneinandergereiht sind.
Man kann Einzelfäden des aus jeder einzelnen Öffnungsreihe austretenden Spritzgutes sogar genau beobachten.
Es hat sich nun herausgestellt, dass die nach den vorbekannten Verfahren gebildeten Fasern unter den Drehkörper gezogen werden und dazu neigen, sich noch im plastischen Zustande umzugruppieren. Dies kann namentlich dann geschehen, wenn man den Drehkörper mit einer Verbrennungskammer umgibt, die
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als Entspannungsöffnung einen durchlaufenden Spalt oder sehr nahe aneinanderliegende Löcher oder Spalte hat. Dann bildet sich unter dem Drehkörper ein Wirbel aus, der dort eine Depressionszone erzeugt und die
Neigung hat, die Verbrennungsgase und infolgedessen auch die Fasern mitzuziehen.
Diese Erscheinung kann mehrere schwere Nachteile zur Folge haben, namentlich das Kleben der Fasern unter dem Drehkörper und ein Kleben der unter sich umgruppierten Fasern, das zu einer Bildung starrer, spröder Stäbchen führt, dies um so mehr, je grösser die Masse der erzeugten Fasern ist, das heisst, je grösser die Anzahl der in dem peripheren Streifen angebrachten Löcher ist. Auch dieser Nachteil wird beim erfindungsgemässen Verfahren durch die besondere Lenkung der Gasströme vermieden, sei es, dass hiezu die Wirkungen besonderer Gas- ströme ausgenützt werden oder sei es, dass dazu zweckentsprechend angebrachte mechanische Ablenkungs- vorrichtungen angewendet werden.
'Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens lässt man zwischen den Öffnungen, denen die Verbrennungsgase entströmen, genug Platz, um das Eindringen von Luft in das Innere des von den heissen Gasen gebildeten Ringes zu ermöglichen. Diese Öffnungen können insbesondere aus einer gewissen Anzahl Spalte bestehen, die in entsprechenden Abständen angebracht sind und den Drehkörper um- geben. Es können auch kreisförmige Öffnungen sein, die genug Abstand voneinander haben, um das
Durchströmen von Luft zu ermöglichen.
Diese Luftzufuhr trägt gleichzeitig dazu bei, die vorzeitige Umgruppierung der Fasern unterhalb des Drehkörpers zu verhindern und die Entfernung der von den heissen Gasen mitgenommenen Fasern zu lenken.
Man kann auch ein unter Druck stehendes Gas in das Innere des Ringes der heissen Gase bringen, die der ringförmigen Verbrennungskammer entströmen. Dieses unter Druck befindliche Gas kann entweder auf dem Wege durch den Drehkörper oder durch den Faserkranz hindurch zugeführt werden. Dieses Gas kann eine brennbare Mischung sein, die man beim Austritt aus der Vorrichtung, welche sie unter den Drehkörper führt, entzündet.
Es ist auch eine Einflussnahme auf die Richtung der der ringförmigen Verbrennungskammer entströmenden heissen Gase vorgesehen. Zu diesem Zweck sollen die Öffnungen in zwei oder mehr Gruppen verteilt werden, wobei die Gasströme jeder Gruppe mit denen der andern Gruppe einen kleinen Winkel einschliessen. Unter diesen Bedingungen wird eine gegenseitige Beeinflussung bewirkt, die dem resultierenden Gasstrom Richtungsstabilität gibt und seine Konvergenz unterhalb des Drehkörpers verhindert. t Man kann auch unterhalb des Drehkörpers einen äusseren Ring anordnen, der ein unter Druck befind- liches heisses Gas aus der ringförmigen Verbrennungskammer abgibt, und auf diese Weise die Richtung der heissen Gase beeinflussen und ihre Divergenz bewirken.
Erfindungsgemäss können die Gasströme auch mittels entsprechend profilierter Flächen gelenkt werden.
Diese Flächen können mit dem Drehkörper fest verbunden sein. So kann z. B. der Streifen, der die Spritzlöcher für das geschmolzene Gut trägt, die Form eines Kegelstumpfmantels haben und auf diese Weise selbst die Divergenz der ihn berührenden heissen Gasströme und daher auch der mitgeführten Fasern bewirken. Diese Divergenzwirkung kann man auch erzielen, indem man den unteren Teil des Drehkörpers mit einer kegelstumpfförmigen Leitfläche versieht. Diese Flächen können auch vom Drehkörper unabhängig sein und unter diesem angebracht werden. Vorzugsweise kann eine fest angeordnete konische Fläche vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann man mehrere dieser Mittel kombinieren, um die Divergenz der Fasern zu verstärken.
. Die beigefügte Zeichnung - es handelt sich um Beispiele, auf die der Erfindungsgegenständ nicht beschränkt ist-stelltAusführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfah- rens dar. Die Fig. 1 - 9 zeigen je eine Ausführungsform im Längsschnitt. Fig. 2 ist eine Untersicht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.
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einer Geschwindigkeit von 3000 oder mehr Umdrehungen in der Minute, um seine Achse dreht, an seinem peripheren Teil einen zylinderförmigen, im Falle der Ausführungsform der Fig. 6 einen konischen Streifen mit mehreren, z. B. 2-20, am besten 9 - 30, Reihen von Spritzöffnungen 2 mit entsprechendem Durchmesser, durch die das geschmolzene Gut bei einer Temperatur von 13000C ausgespritzt wird.
Ein allgemein ringförmiger Verbrennungsraum 3 ermöglicht es, durch die Entspannungsöffnung 4-verbrennungsgase mit sehr hoher Geschwindigkeit und sehr hoher Temperatur zu lenken ; diese Verbrennungsgase kommen mit dem geschmolzenen Gut schon bei seinem Austritt aus den Spritzöffnungen oder in geringem Abstand von ihnen in Berührung. Diese Gase bestreichen den peripheren Streifen des Drehkörpers und berühren alle Spritzöffnungen.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Öffnungen an der frontalen peripheren Wand des Drehkörpers so verteilt sind, dass der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen überall ungefähr der gleiche ist. Man kann die Öffnungen zweckentsprechend verteilen, indem man sie in regelmässigen Rauten anordnet.
Bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 sind. die Entspannungsöffnungen als eine gewisse Anzahl Spalte 4a, 4b, 4c usw. ausgebildet. Es können z. B. sechs solcher Spalte vorhanden sein und der Abstand zwischen ihnen kann 1, 5 ihrer Länge betragen.
Bei den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen wird ein gespanntes Gas in das Innere des Ringes heisser Gase gebracht. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, führt ein feststehendes Rohr 5, das durch den Drehkörper geht. einenStrom komprimierten Gases zu Düsen 6. Dieses Rohr ist nach der Ausführungsform der Fig. 4 von einer entsprechend profilierten Hülle 7 umgeben, auf der die Fasern ohne Hindernis gleiten können.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Spalte in zwei Gruppen 4 bzw. 4'verteilt und die Gasströme jeder Gruppe bilden mit denen der andern Gruppe einen kleinen Winkel cx. Dieser Winkel zwischen den Richtungen der beiden Gasströme ist vorzugsweise kleiner als 20 .
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform hat der periphere Streifen mit den Spritzlöchern die Gestalt eines Kegelstumpfmantels. Seine Erzeugende bildet mit der Achse des Drehkörpers einen Winkel ss, der kleiner als 450 ist und vorzugsweise 200 beträgt. Bei dieser Ausführungsform sind zweckmässig die Gasstrahlen selbst zur Achse des Drehkörpers geneigt und bilden mit ihr einen Winkel, der etwa so gross ist wie der Winkel B.
Fig. 7 zeigt eine am Drehkörper befestigte kegelstumpfförmige Leitfläche 8. Ihre Erzeugende bildet mit der Achse des Drehkörpers einen Winkel y, der etwa 100 betragen kann.
Bei dei Ausführungsform nach Fig. 8 sind Düsen 9, die sich unterhalb des Drehkörpers befinden, auf einem Ring 10 angebracht und ermöglichen die Abgabe eines unter Druck befindlichen Gases, um die Divergenz der heissen Gase zu bewirken.
Fig. 9 zeigt eine fixe konische Vorrichtung 11, die sich unterhalb des Drehkörpers befindet, um gleichfalls die Divergenz der heissen Gase zu bewirken. Die konische Vorrichtung kann in jeder geeigneten Weise fixielt werden, z. B. mittels einer Stange 12, die längs der Achse des Drehkörpers angebracht ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus Stoffen in viskosem Zustand, insbesondere von Glasfasern, die mittels der Zentrifugalkraft in Form von dünnen Fäden durch Öffnungen an der Peripherie eines sich mit grosser Geschwindigkeit drehenden Körpers ausgespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden von einem an seiner Peripherie mit einem eine grosse Anzahl von Spritzlöchern in zwei oder mehr, z.
B. 9-30, übereinander angeordnetenReihen aufweisenden Streifen von, bezogen auf seinen Durchmesser, beträchtlicher Breite und insbesondere zylindrischer Form ausgestatteten Drehkörper ausgespritzt werden und gleich bei ihrem Austritt aus den Öffnungen der Einwirkung von mit grosser Ge-
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ausgesetzt werden, die in der Weise gelenkt werden, dass sie den peripheren Streifen bestreichen oder in dessen Nähe kommen, u. zw.
auf dessen ganzer Breite, wobei sie die dünnen Fäden der geschmolzenen Masse bei deren Ausschleuderung aus den Öffnungen sofort berühren und sie unter Umwandlung in feinste Fasern zu einem plötzlichen Richtungswechsel und einer Streckung zwingen, worauf die heissen Gase nach ihrem Zusammentreffen mit der geschmolzenen Masse, mittels anderer Gasströme oder Ablenkungsvorrichtungen von derAchse des Drehkörpers abgelenkt, in entsprechendem Abstand von derselben abströmen, um das Zusammenklumpen der Fasern und deren Verkleben unterhalb des Drehkörpers zu vermeiden.