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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung bei der kontinuierlichen Herstellung von Glasfasersträngen.
Verschiedene Verfahren sind zur Behandlung von Glas bekannt, um verdünnte Fäden oder Fasern herzustellen, die zur Verstärkung verschiedener duroplastischer Harze bei der Bildung nützlicher Gegenstände dienen.
Nach einem dieser Verfahren ist es bekannt, ein Glasgemenge in einem ziemlich grossen Glasschmelzofen zu schmelzen, das Glas in einer Läuterkammer zu läutern, welche mit dem Glasschmelzofen verbunden ist und dann das Glas in kugelförmige Körper oder sogenannte Marbels zu verformen, die dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Diese Glaskugeln wurden dann später einem Strahlzuführer übergeben, der elektrisch beheizt wurde, um die Glaskugeln auf eine Viskosität wieder aufzuschmelzen, bei welcher Glasstrahlen durch Öffnungen im Strahlzuführer ausgegeben werden konnten, wonach die Strahlen in Fadenform überführt wurden, die dann auf einer schnell rotierenden Ziehrolle zusammengeführt und gesammelt wurden.
Dieses"Kugelverfahren"war natürlich kostspielig wegen der Spezialapparaturen zur Behandlung und dem Zuführen der Glaskugeln und wegen des notwendigerweise hohen Verbrauches an elektrischer Energie zum Wiederaufschmelzen der Kugeln, nachdem sie auf Raumtemperatur abgekühlt waren.
Neuerdings ist das sogenannten "Direkt-Schmelz-Verfahren" entwickelt worden, nach welchem das Glasgemenge in einen geschmolzenen Zustand umgewandelt und in einem geeigneten Ofen geläutert wird, wonach das geschmolzene Glas direkt aus dem Glasschmelzofen durch einen Vorschmelzkanal fliesst, dessen Boden mit einer Reihe Strahlzuführer versehen ist, die das geschmolzene Glas direkt aus dem Vorschmelzraum erhielten, um das Glas in Fäden zu verwandeln und dann zu einem Strang zusammenzufassen, wobei die meisten Verfahrensschritte, wie beim"Kugelsystem"verwendet werden.
Dieses Direkt-Schmelz-Verfahren war schon eine wesentliche Verbesserung, da die Kugelbildung und das Wiederaufschmelzen vermieden werden konnten, was eine grosse Ersparnis bedeutete.
Trotzdem sind die Kosten des ersten Schmelzvorganges der Materialien des Rohglasgemenges und der Umwandlung in die Schmelze insofern noch sehr hoch, weil zusätzlich zu der erforderlichen Wärme für das Schmelzen des Glases und die Aufrechterhaltung des geschmolzenen Zustandes auch noch die gewaltige Wärmezufuhr benötigt wurde, um gerade die Temperatur des üblichen gewölbeartigen Glasschmelzofens mit seinem massiven, feuerfesten Oberbau und seiner höhlenartigen Umgebungsatmosphäre oberhalb des relativ flachen Glasschmelzbades aufrechtzuerhalten. Der schlechte Wirkungsgrad ergab sich durch enorme Wärmeverluste längs des Feuerzuges als Folge der Turbulenz, die von Reihen Hochdruckbrennern hervorgerufen wurde, welche direkt in die Ofenatmosphäre arbeiteten.
Es bestand daher seit langer Zeit ein Bedürfnis nach einer Einrichtung zum Schmelzen der Rohglasmengenmaterialien, um diesen Schmelzvorgang schnell und mit gutem Wirkungsgrad in einer vergleichsweise kleinen begrenzten Schmelzzone durchzuführen, unter Vermeidung des bisher beim Direkt-Schmelzvorgang verwendeten, mit geringem Wirkungsgrad arbeitenden massigen Glasschmelzofens.
Der allgemeine Erfindungsgedanke besteht daher im Elektroschmelzen der Glasfaser-Rohgemengematerialien zur Direkt-Umwandlung in den Verstärkungsstrang.
Elektroöfen zur Herstellung verschiedener Glas- und Keramikmaterialien sind seit Jahren bekannt. Auf Grund der Eigenart des Elektroschmelzens arbeiten diese Öfen jedoch bei extrem hohen Temperaturen, u. zw. weit über den Temperaturen, die normalerweise zum Schmelzen von handelsüblichem Glas verwendet werden.
Nach dem früheren Direkt-Schmelzsystem, bei dem Glas in einem Glasschmelzofen geschmolzen und dann direkt Büchsen zugeführt wurde, wurden die Ofen normalerweise bei einer Maximal-Temperatur von 1430 C mit einer Temperaturerniedrigung von etwa 150 C, also etwa 12800C bis zur Fadenbildungsstelle betrieben.
Für den Fachmann ergibt sich eindeutig, dass das Elektroschmelzen für ein Direkt-Schmelzprogramm aus dem Grund absolut ungeeignet sein musste, als die unterhalb eines elektrischen Hafenofens abgegebene Glasschmelze, auf Grund des relativ schnellen, sogar heftigen Schmelzens und des"Kurzzeit-Erweichens"ganz gasförmig, turbulent und relativ ungeläutert und somit praktisch ungeeignet zur Fadenbildung hätte sein müssen, weil das Vorhandensein von nicht reagiertem Rohgemenge, Blasen usw. eine kontinuierliche leistungsfähige Fadenbildung unmöglich machen würde.
Bekanntermassen sind die Erfordernisse für das in Fasern umzuwandelnde Glas absolute Homogenität und hohe chemische und physikalische Gleichförmigkeit und Konsistenz. Im allgemeinen wird Glas derjenigen Art, die bei der Herstellung von Glasfasersträngen verwendet wird, als erheblich "anspruchsvoller" angesehen, als die gröberen Formen von faserigem Glas oder faserigen keramischen Materialien, wie sie zu Isolierzwecken verwendet werden, für welche sich das Elektroschmelzen eher eignen könnte. In diesem Hinblick ist das Elektroschmelzen gewisser feuerfester Materialien zur Herstellung von Steinwolle schon angewendet worden, aber die Gleichförmigkeit und die Homogenität des Endproduktes sind nicht annähernd so kritisch wie bei Glas, das zur Faserbildung für die Verstärkung duroplastischer Harze bestimmt ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass Glas zur direkten Faserbildung erfolgreich geschmolzen werden kann unter Verwendung eines Elektrodenwiderstandsofens, trotz der Tatsache, dass ein derartiger Ofen
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Glas ziemlich heftig, turbulent und in einem örtlich extrem begrenzten Bereich bei extremen Temperaturen bis nahezu 22000C schmilzt, ohne praktisch die Gelegenheit zum Läutern oder "Erweichen" zu haben, verglichen mit dem eher gemächlichen Schmelzen und Läutern, das die bisher verwendeten langen und raumaufwendigen Glasschmelzöfen erlaubten.
Die Erfindung besteht somit in einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Verstärkungs-Glasfasersträngen auf direktem Weg aus einem pulverförmigen Rohglasmaterial-Gemenge, bei dem das Gemenge geschmolzen und ein kontinuierlicher geschmolzener Glasstrom erzeugt wird, der getrennt vom Schmelzbereich stabilisiert und geläutert wird, worauf das geschmolzene Glas Strahlzuführern zugeleitet und in Strängen abgezogen wird, welches dadurch gekennzeichnet ist,
dass das Rohglasmaterial-Gemenge in einem Temperaturbereich von 1930 bis 22000C unter Verwendung des Rohglasmaterial-Gemenges und von geschmolzenem Glas als direktem Leiter in einem an sich bekannten Elektrodenwiderstandsschmelzofen geschmolzen wird und dass die Temperatur des Glases während seiner Stabilisierung im Bereich von 1260 bis 14300C eingestellt wird und dass die Fäden anschliessend bei einer Temperatur im Bereich von 1260 bis 13400C abgezogen werden.
Gemäss einer Weiterbildung weist der kontinuierlich erzeugte geschmolzene Glasstrom eine Temperatur im Bereich von 1480 bis 17100C auf.
Wesentlich ist also, dass die Stabilisierungstemperatur immer oberhalb, vorzugsweise etwa 500C oberhalb der Temperatur liegt, mit welcher die Glasfaserfäden aus dem Vorherd abgezogen werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Ofen, in dem das Rohglasmaterial-Gemenge geschmolzen wird, einem vom Ofen getrennten Kanal, der das geschmolzene Glas einem Vorherd zuführt, der benachbart zum Kanal angeordnet ist und eine Vielzahl von daran angeschlossenen Strahlzuführern aufweist, und mit einer Einrichtung, um Glasfäden aus den Strahlzuführern abzuziehen und sie in Form eines Verstärkungs-Glasfaserstranges zu sammeln, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Glasschmelzofen als Elektrodenwiderstandsofen an sich bekannter Art ausgebildet und auf eine Schmelztemperatur des Rohglasmaterial-Gemenges im Bereich von 1930 bis 22000C eingestellt ist, dass die Auslasstemperatur des aus dem Ofen austretenden ständigen Schmelzglasstromes in einem Bereich von 1480 bis 17100C liegt und dass eine Einrichtung vorgesehen ist,
um das aus dem Glasschmelzofen austretende geschmolzene Glas direkt einem Stabilisierungskanal zuzuführen, der vom Glasschmelzofen vollständig unabhängig ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist der Vorherd unmittelbar an den Stabilisierungskanal angrenzend ausgebildet, und es wird zwischen dem Glasschmelzofen und dem Stabilisierungskanal ein Fallkanal vorgesehen, durch welchen das geschmolzene Glas durch Schwerkraft transportiert wird.
An Hand der Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, sei die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt : Fig. 1 ein schematisches Schaubild mit den Teilen der neuen Vorrichtung und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1 mit Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Abziehen von Fasern oder Fäden, um daraus einen Strang zu bilden.
Um die Verfahrensschritte gemäss der Erfindung auszuführen, ist gemäss Fig. 1 eine Rutsche--l-- vorgesehen, die mit einer herkömmlichen Vorratsquelle eines pulvrigen Rohglasmaterial-Gemenges verbunden ist und kontinuierlich Rohglasmaterial einem elektrischen Widerstandsofen--3--zuführt.
Auf Wunsch kann unter Verwendung von verschiedenen biegsamen Führungseinrichtungen die Rutsche --l-- um den inneren Umfang des Ofens--3--gedreht werden, um damit sogar das Rohmaterial-Gemenge kontinuierlich um den inneren Umfang des Ofens--3--herum mit vorgegebenem Mengendurchsatz pro Zeiteinheit zu verteilen.
Alternativ können auch rotierende Abstreicheinrichtungen verwendet werden, um den geeigneten Oberflächenspiegel des Rohgemenges im Oberteil des Ofens--3--kontinuierlich aufrechtzuerhalten, wobei dieses Rohgemenge gleichzeitig als Wärmeisolierung zur Herabsetzung des Wärmeverlustes aus dem Schmelzofen dient.
Die Einrichtungen zur Verteilung von Rohglasmaterial-Gemenge in den Ofen--3--sind jedoch von der jeweiligen Wahl abhängig und bilden somit keinen wesentlichen Teil der Erfindung.
Rohmengenmaterialien werden kontinuierlich im Ofen-3-bei einer Temperatur zwischen etwa 1930 und 22000C geschmolzen. Ein sich daraus ergebender ständiger Strom-4-von geschmolzenem Glas wird kontinuierlich vom Boden des Ofens--3--ausgegeben, u. zw. hat dieses Glas an der Austrittsstelle eine Temperatur von etwa 1480 bis 17100C.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das geschmolzene Glas--4--kontinuierlich auf einer
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Der Stabilisierungskanal--6--ist vorzugsweise von rechteckförmiger Konstruktion und besteht aus feuerfestem Material und seine Temperatur wird auf einen Wert von etwa 1260 bis 14300C gehalten und auf dem jeweiligen Temperaturwert durch herkömmliche Brennstoffbrenner--7--stabilisiert, die entweder in der Kanalkrone oder, wie in den Zeichnungen dargestellt, längs der Kanalseiten angeordnet sind.
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--6-- läuftBrennstoff-Brenner--10--, die entweder in der Krone oder an den Seiten angeordnet sind, wo Temperaturen aufrechterhalten werden, die der Temperatur der Faserbildung bzw. Fadenbildung von Glas entsprechen oder etwa 1260 bis etwa 13400C betragen.
Elektrisch beheizte Strahlzuführer --11--, die mit elektrischen Klemmen --12-- versehen sind, erhalten kontinuierlich geschmolzenes Glas aus dem Vorherd.
In Fig. 2 ist das Glasschmelzbad--4--im Vorherd--9--dargestellt, wobei die Strahlzuführer --11-- darunter angeordnet sind.
Fasern bzw. Fäden --13-- werden aus einer Vielzahl Öffnungen --14-- im Boden der Strahlzuführer --11-- abgezogen, über eine die Grösse bestimmende Walzeneinrichtung--15--geführt, am Punkt--16-- zu einem Strang --17-- zusammengefasst und auf einer Spannpatrone--18--gesammelt, die als Hülse auf einer schnell rotierenden Aufwickeltrommel--19--gehaltert ist. Der Strang--17--wird gleichmässig während des Aufwickelvorganges durch eine Traversiereinrichtung--20--hin-und herbewegt.
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Die optimale Tiefe des Glases im Stabilisierungskanal--6--liegt in einem Bereich zwischen 15 und 25 cm, wobei die Tiefe des Glases im Vorherd bei etwa 7, 0 bis 8, 0 cm aufrechterhalten wird. Die Tiefe des Glases im Stabilisierungskanal soll also etwa doppelt so gross wie die des Glases im Vorherd sein.
Durch leichte Verstellungen der Temperatur an verschiedenen Verfahrensstufen und/oder Verstellung des Spaltes zwischen dem Boden der Abstreichwand--8-und dem Boden von Stabilisierungskanal und Vorherd können die relativen Oberflächen spiegel des Glases im Stabilisierungskanal und im Vorherd auf der gewünschten Grösse gehalten werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Verstärkungs-Glasfasersträngen auf direktem Weg aus einem pulverförmigen Rohglasmaterial-Gemenge, bei dem das Gemenge geschmolzen und ein kontinuierlicher geschmolzener Glasstrom erzeugt wird, der getrennt vom Schmelzbereich stabilisiert und geläutert wird, worauf das geschmolzene Glas Strahlzuführern zugeleitet und in Strängen abgezogen wird, d ad u rc h ge k e n n - zeichnet,
dass das Rohglasmaterial-Gemenge in einem Temperaturbereich von 1930 bis 22000C unter Verwendung des Rohglasmaterial-Gemenges und von geschmolzenem Glas als direktem Leiter in einem an sich bekannten Elektrodenwiderstandsschmelzofen geschmolzen wird und dass die Temperatur des Glases während seiner Stabilisierung im Bereich von 1260 bis 14300C eingestellt wird und dass die Fäden anschliessend bei einer Temperatur im Bereich von 1260 bis 13400C abgezogen werden.
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