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Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem
Material
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Matenl, z. B. aus geschmolzenen Mineralien oder Glas nach dem bekannten Schleuderverfahren. Nach diesem Verfahren wird dem geschmolzenen Material mittels einer Zentrifuge od. dgl. eine !. ehr hohe Geschwindigkeit im Verhältnis zur umgebenden Luft erteilt. Wenn das Material die Zentrifuge verlässt, wird es in- folge der einwirkenden Zentrifugalkräfte in der Regel gleichförmig teilweise zu Fasern und teilweise zu kleinen Partikeln zerteilt, die infolge der Reibung gegen die Luft in Fasern überführt werden.
Eine bekannte, nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung verwendet einen kegelstumpfförmigen Trichter, der um eine annähernd horizontale Drehachse drehbar ist und Vorrichtungen zur Zufuhr eines Schmelzstrahles des thermoplastischen Materials zum und durch das schmale Ende des Trichters sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ringförmigen Gasstromes aufweist, welcher die von der Schleuderkante des Trichters abgeschleuderten Fasern wegführt.
Die Erfindung bringt eine Ausgestaltung dieser Art \ )n Vorrichtungen im wesentlichen dadurch, dass an dem schmalen Ende des Trichters ein doppelter Halsteil angeschlossen ist, der mit einem inneren Halsteil mit dem schmalen Ende des Trichters und mit einem äusseren Halsteil, der ausschliesslich am inneren Halsteil mittels speichenartigen oder andern Abstandselemente befestigt ist, in direkter Verbindung steht und für die Rotation des Trichters drehbar gelagert ist.
Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht gegenüber den bisher bekannten Bauarten eine besonders wirksame Kühlung der Lager des rotierenden Trichters.
Eine besonders wirksame Kühlung ergibt sich, wenn gemäss der Erfindung die Speichen als Gebläseschaufeln zur Erzeugung eines Kühlmittelstromet. ausgebildet sind.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Drehachse des Trichters in Übereinstimmung mit der Fallrichtung einer durch den inneren Halsteil des Trichters gehenden Fallrinne geneigt angeordnet und die Trichterinnenseite mit Nuten, Ausnehmungen od. dgl. ausgestattet, in denen ein Teil des Schmelzmaterials erstarren und eine Schutzschicht bilden kann.
Die Zeichnungen stellen in den Fig. 1-5 verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dar. Fig. 1 ist eine Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung von der Seite, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 ist ein Querschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 und zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Teiles des Rotors. Fig. 3 zeigt eine Abänderung der Erfindung. Fig. 4 und 5 zeigen eine abgeänderte Ausführungform des konischen Teiles des Rotors zur Ermöglichung einer wirksamen Luft- oder Flüssigkeitskühlung dieses Teiles.
10 bezeichnet den Einlass für das geschmolzene Material 11. Unterhalb dieses und in der Bewegungsbahn des Schmelzstrahles 11 befindet sich eine geneigte Rinne, in deren oberes Ende 12 der Schmelzstrahl eintritt. Die Schmelze wird darauf entlang der Rinne 12 infolge der Neigung zur Horizontalebene durch die Schleudervorrichtung geleitet. Wenn die Schmelze am entgegengesetzten Ende 13 der Rinne eintritt, geht sie in einen neuen Strahl 14 über, der auf die Innenseite des konischen trichterförmigen Rotors 15 auftritt. Dieser läuft mit einer verháltnismässig hohen Drehzahl um und bringt somit die Schmelze dazu, sich an die Innenfläche glatt anzulegen.
Infolge der Schleuderkraft wird die Schmelze schräg nach aussen gepresst und bei der Umdrehung des Rotors mitgenommen, und wenn die Schmelze die Kante 16 des Rotors erreicht hat, ist sie zu einer homogenen, umlaufenden Schicht gut ausgeglichen, die infolge der einwirkenden Schleuderkräfte von der Kante 16 abgeschleudert und darauf entlang der Kante verteilt und zu Fasern ausgezogen wird. Die Fasern bilden sich somit in einer Ebene zwischen der Kante 16 und dem konzentrischen, ringförmigen Gasstrom, der die fertigen Fasern weg führt.
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Die so gebildeten Fasern werden in diese Ebene herausgeschleudert, die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Rotors verläuft. Mit 17 wird eine Vorrichtung in Form eines Kranzes für die Zufuhr von
Druckluft oder eines andern Druckgases bezeichnet, die es ermöglicht, einen regelbaren und steuerbaren
Faserstrom in der gewünschten Richtung zu erhalten. Der konische Teil 15 des Rotors geht in einen zylin- drischen Teil 25,21 über, der den Rotor mittels geeigneter Lagervorrichtungen 18 festhält. Der Endteil des zylindrischen Teiles 25 des Rotors ist mit 21 bezeichnet. Der Rotor wird von geeigneten Gliedern, z. B. einem Elektromotor mit Antriebsvorrichtung, angetrieben, der in Fig. 1 in der Form einer Riemen- scheibe 19 dargestellt ist. Mit 20 ist in Fig. 3 ein Teil der Grundplatte bezeichnet, auf der die Vorrich- tung ruht.
Die früher gezeigte Rinne 12-13 in Fig. 1 und 2 ruht gemäss der dargestellten Ausführungsform in einem Halter 22, der zweckmässig axial beweglich ist, um eine Einstellung des Schmelzstrahles 14 im Verhältnis zum Rotor 15 zu ermöglichen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform zur wirksamen Kühlung der Lager des Rotors, die sonst natürlich infolge der Wärmestrahlung von der Rinne 13 und dem Halter 12 einer starken Erhitzung ausgesetzt wer- den würden. Der zylindrische Teil 21 des Rotors ist an einem diesen umgebenden zylindrischen Rohr 23 mittels Abstandstücken 24 konzentrisch befestigt, die als Gebläseschaufeln ausgeführt sind. Das Rohr 23 ist aussen gelagert. Bei der Umdrehung des Rotors werden daher die Gebläseschaufeln 24 und das äussere
Rohr 23 mitgenommen, wobei ein kühlender Luftstrom sich zwischen dem Rotorteil 21 und dem Rohr 23 bildet.
Auch andere Ausführungsformen zur Erzielung dieser Wirkung sind denkbar. Eine gute Kühlwirkung kann z. B. erzielt werden, wenn ein Luftstrom in den Zwischenraum zwischen dem Rotor und einem diesen umgebenden konzentrischen Rohr eingeleitet wird.
Der zylindrische Teil des Rotors kann natürlich auch mit Doppelwänden ausgebildet werden, so dass die Kühlung mittels eines Flüssigkeitsstromes herbeigeführt wird, der im Zwischenraum umläuft.
Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn der Halter 22 beim Anlassen verschoben werden kann, so dass der Schmelzstrahl 14 ausserhalb des Trichters 15 herunterfällt. Wenn man darauf den Halter langsam nach rückwärts verschiebt, kann der Schmelzstrahl den umlaufenden Trichter vorwärmen. Wenn der Strahl dann den Trichter an dem für das Schleudern geeigneten Punkt trifft, ist der Trichter somit vorgewärmt. Wenn man beim Anlassen den Strahl unmittelbar den kalten Trichter ohne diese Vorwärmung treffen lässt, besteht die Gefahr, dass die Schmelze erstarrt, was leicht zur Störung des Gleichgewichtes und Sprengung der erstarrten Schmelzschicht führt.
Gemäss Fig. 3 trifft die Schmelze 14 die Innenfläche eines Trichters 15 in der gleichen Weise wie vorher angegeben, die zerteilte und umlaufende Schmelze 14a wird jedoch, nachdem sie die Kante des Trichters 15 verlassen hat, von der Innenfläche eines andern Trichters 15a aufgefangen, der konzentrisch zum erstgenannten Trichter angebracht ist, jedoch mit grösserer Winkelgeschwindigkeit als dieser umläuft. Diese Ausführungsform bringt gewisse Vorteile, insbesondere hinsichtlich der Kapazität, mit sich.
Bei der Herstellung von z. B. Mineralwolle hat es sich als zweckmässig erwiesen, eine Mineralschmelze mit der gleichen Beschaffenheit wie beim gewöhnlichen Blasverfahren anzuwenden, z. B. geschmolzene Hochofenschlacke oder geeignete geschmolzene Gesteine oder eine Mischung derselben. Die Temperatur der Schmelze ist von der Art des geschmolzenen Materials abhängig, für Hochofenschlacke hat es sich jedoch als zweckmässig gezeigt, wenn die zugeführte Schmelze eine Temperatur von etwa 13000C besitzt.
Mit Rücksicht auf die grossen Beanspruchungen, denen der konische Teil des Trichters infolge der hohen Umlaufgeschwindigkeiten und Temperaturen bei der Herstellung von Mineralwolle ausgesetzt ist, hat es sich als notwendig gezeigt, eine wirksame Kühlung der Aussenseite des Trichters mittels Luft oder einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, vorzunehmen, um auf diese Weise die Temperatur des Trichtermaterials ausreichend niedrig zu halten. Eine zu starke Kühlung führt jedoch leicht eine so grosse Wärmeabfuhr mit sich, dass die Schmelzschicht auf der Innenseite des Trichters teilweise erstarrt, so dass die einwirkenden Schleuderkräfte die erstarrte Schicht zerreissen, wobei erstarrte Schlackenstücke aus dem Apparat herausgeworfen werden und Vibrationen infolge Störung des Gleichgewichtes entstehen.
Dadurch, dass die Innenseite des Trichters gemäss Fig. 4 mit einer Reihe konzentrischer Nuten 25 versehen wird, wird die bei der Kühlung erstarrte Mineralwolleschicht am Trichter festgehalten und auf diese Weise erhält man eine Schutzbekleidung aus erstarrter Schmelze auf der Trichterinnenseite. Diese erstarrte Schmelzschicht stellt teils einen Schutz gegen Erosion durch den Schmelzstrahl dar, insbesondere wenn dieser die Innenseite des Trichters trifft, und bildet teils eine Wärmeschutzbekleidung, so dass die Temperatur durch Kühlung niedrig gehalten werden kann, ohne dass die im Trichter vorwärts fliessende Schmelze so weit abgekühlt wird, dass sie zu schnell erstarrt.
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Auch andere Ausführungsformen als die konzentrischen Nuten 25 sind natürlich denkbar. Es hat sich z. B. gezeigt, dass eine Reihe Bohrungen 26 (Fig. 5) auf der Innenseite des Trichters oder eine Kombina- tion von Bohrungen und konzentrischen Nuten ein gutes Resultat ergeben. Derartige Bohrungen dienen auch dazu, die erstarrte Schmelzschicht auf der Trichterinnenseite zu befestigen, um zu verhindern, dass die Schmelzschicht bei der Umdrehung hinter dem Trichter zurückbleibt, was sonst zu abnormal hoher
Abnutzung der Trichterinnenseite führen kann. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Trichters mit sol- chen Bohrungen 26 und konzentrischen Nuten 25 gezeigt.
Eine gegen Erosion schützende und wärmeisolierende Schicht kann auch dadurch erzielt werden, dass ein keramisches Material mit hoher Wärmebeständigkeit in die konzentrischen Nuten gefüllt wird.
Es hat sich gezeigt, dass ein geeignetes Material für den Trichter 15, 15a ein hochwertiger rostfreier
Stahl mit einem Chromgehalt von lit ist.
Eine zweckmässige Umfangsgeschwindigkeit des Trichters 15 gemäss Fig. 1 beim Schleudern einer bestimmten Mineralschmelze kann z. B. 80 m/see sein, was etwa 70 Umdr/sec bei einem Durchmesser des Trichterendes von 350 mm entspricht.
Der Durchmesser des Kranzes 17 soll derart bemessen werden, dass er etwa 200 mm grösser als der
Durchmesser des Trichterendes ist. Ein gutes Resultat ist mit einer Reihe Löchern erzielt worden, die ent- lang des Kranzes mit einem Lochdurchmesser von 3 mm und einem Lochabstand von 3 cm gebohrt worden sind. Der Kranz ist an ein Druckluftsystem von etwa 2 kg/cm angeschlossen worden. Dieser Kranz kann jedoch auch durch eine andere Vorrichtung zur Erzeugung des gewünschten Luft- oder Gasstromes ersetzt werden.
Die angeführten Beispiele geben keine kritischen Werte an ; die Erfindung kann auch mit andern Werten ausgeführt werden.
Ein Zusatz von Imprägnier-und/'oder Bindemitteln kann zur Transportluft vom Kranz 17 erfolgen, um eine sehr gleichmässige Verteilung des Mittels im Fasermaterial dadurch zu erzielen, dass die Fasern nicht in nennenswertem Grad sich verfilzen konnten, bevor sie mit dem Imprägnier- bzw. Bindemittel belegt wurden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material mit einem kegelstumpfförmigen, um eine annähernd horizontale Achse umlaufenden Trichter, der eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Schmelzstrahles eines thermoplastischen Materials zum und durch das schmale Trichterende und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ringförmigen Gasstromes aufweist, welcher die von der Schleuderkante des Trichters abgeschleuderten Fasern wegführt, dadurch gekennzeichnet, dass an das schmale Trichterende ein doppelwandiger Hals (21, 23) anschliesst, dessen innerer Teil (21) einerseits mit dem schmalen Trichterende, anderseits durch speichenartige Abstandelemente (24) mit dem äusseren Halsteil (23) fest verbunden und drehbar gelagert ist.