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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung kontinuierlicher Fäden mit
flachem Querschnitt aus in der Wärme erweichbaren Materialien, vorzugsweise Mineralien,
wie Glas Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Fäden mit flachem Querschnitt aus in der Wärme erweichbaren Materialien, vorzugsweise
Mineralien, wie Glas, durch Ausziehen derselben.
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Man hat bereits versucht, Mineralmaterialien in Fäden mit flachem
Querschnitt auszuziehen, jedoch waren diese Versuche wegen der Eigenschaften des
geschmolzenen Mineralmaterials, beispielsweise Glas, im plastischen oder fließfähigen
Zustand, wo sie grundsätzlich kreisförmigen Querschnitt annehmen, nicht erfolgreich.
Dieser Zustand ergibt sich selbst dann, wenn das geschmolzene Material durch öffnungen
mit nicht kreisförmigem Querschnitt abgegeben oder ausgepreßt wird, da die Oberflächen-Spannung
und die molekulare Zwischenadhäsion so groß sind, daß das Material unmittelbar danach
einen im wesentlichen kreisförmig zylindrischen Körper bildet. Aus diesen Gründen
haben Fäden od. dgl. aus in der Wärme erweichbaren Mineralien, die durch Ziehen
hergestellt sind, im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt.
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Bänder oder Filme aus Glas mit einer Dicke von wenigen Mikron hat
man bis jetzt dadurch hergestellt, daß man einen rohrförmigen Strom aus erweichtem
Glas zwischen mechanisch angetriebene Walzen einführte, die das rohrförmige Gebilde
zu einem flachen Film zusammenquetschten. Ein solches Verfahren ist beispielsweise
in der USA.- Patentschrift 2 457-785 wiedergegeben. Ein anderes Verfahren besteht
darin, daß das Glas in Form eines dünnwandigen Zylinders ausgezogen und in kleine
Flocken zerbrochen wird. Man hat auch bereits Versuche angestellt, um ein dünnes
Glasband unter Verwendung von Zugwalzen herzustellen, jedoch hat sich gezeigt, daß
der Glasstrom dazu neigt, sich auf einem Bruchteil seiner anfänglichen Weite einzuschnüren,
so daß längs der Kanten infolge der Oberflächenspannung Verdickungen entstehen.
Diese Versuche waren daher zum Scheitern verurteilt. Soweit bis jetzt festgestellt
werden kann, waren offenbar alle Versuche zur Herstellung von Fäden mit flachem
Querschnitt durch unmittelbares Ausziehen aus einem Strom geschmolzenen Mineralmaterials
erfolglos.
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem es möglich
ist, wirkungsvoll Fäden mit flachem Querschnitt aus vorzugsweise Mineralmaterial
durch unmittelbares Ausziehen eines Stromes dieses Materials herzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung kontinuierlicher Fäden
mit flachem Querschnitt aus in der Wärme erweichbaren Materialien, vorzugsweise
Mineralien, wie Glas, kennzeichnet sich dadurch, daß das in der Wärme erweichte
Material durch einen nicht von allen Seiten durch Wände umschlossenen Raum geführt
wird, so daß es von den offenen Seiten des Raumes einer stärkeren Kühlung als von
den geschlossenen Seiten des Raumes unterworfen wird.
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Vorzugsweise wird dabei das in der Wärme erweichte Material frei hängend
durch den nicht von allen Seiten umschlossenen Raum geführt, wobei man in weiterer
Ausbildung der Erfindung das erweichte Material zweckmäßig so in diesen Raum einführt,
daß es die umschließenden Wände benetzt.
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Erforderlichenfalls kann auf den Faden während des Ausziehens ein
Überzug, vorzugsweise aus Metall, aufgebracht werden, oder man kann den flachen
Faden verdrillen.
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Eine vorzugsweise für die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
verwendete Vorrichtung kennzeichnet sich durch einen Behälter zur Aufnahme des in
der Wärme erweichten Materials, einen daran anschließenden, von Seitenwänden teilweise
begrenzten Raum und Vorrichtungen zum Ausziehen des Materials aus der Kammer zu
einem Faden mit flachem Querschnitt.
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Vorzugsweise ist dabei die gegebenenfalls vorgesehene Überzugsvorrichtung
zum Aufbringen einer Metallschicht auf den Faden in der Nähe des von den Seitenwänden
begrenzten Raumes vorgesehen.
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Diese überzugsvorrichtung für das Metall besitzt dabei zweckmäßig
eine Austrittsöffnung, aus der der
Metallvorrat perlenartig austritt
und mit dem Faden in Kontakt gerät.
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Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete
Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von flachen Fäden aus in der Wärme erweichtem
Mineralmaterial, F i g. 2 eine Vorderansicht der in F i g. 1 wiedergegebenen Anordnung,
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen eines überzuges
aus Metall od. dgl., welcher den flachen Faden vollständig umgibt, F i g. 4 eine
perspektivische schematische Darstellung eines flachen Fadens mit einem überzug
aus Metall auf seiner größeren Oberfläche, F i g. 5 eine perspektivische Teildarstellung
eines flachen Fadens, der vollständig mit Metall od. dgl. überzogen ist, F i g.
6 eine Teildarstellung eines flachen Fadens, der verdrillt ist, und F i g. 7 eine
andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung vergleichsweise dünner
Filme aus in der Wärme erweichtem Material durch Ausziehen.
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Nach den Zeichnungen besteht eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeignete Vorrichtung aus einem Behälter 10 mit einem Vorrat
12 aus in der Wärme erweichtem Glas od. dgl. Der Behälter 10 kann
beispielsweise ein Vorherd sein, der mit einem Schmelzofen in Verbindung steht,
in dem das Glasgemenge in den geschmolzenen Zustand übergeführt wird.
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Das im Behälter vorhandene Glas wird einer teilweise umschlossenen
Kammer zugeführt, die so ausgebildet ist, daß thermische oder Temperaturdifferentiale
entstehen, um die Viskosität des Materials in verschiedenen Bereichen zu verändern,
so daß ein geradliniger Körper mit nicht kreisförmigem Querschnitt aus diesem Material
ausgezogen werden kann. Unter dem Boden 14 des Behälters 10 befindet
sich nämlich ein Schirm 16, welcher bei der dargestellten Ausführungsform
dreiseitig ausgebildet ist und eine Rückwandung 18 sowie im Abstand befindliche
Seitenwandungen 20 enthält. Die Wandungen 18
und 20 bilden eine
Kammer 22 von im allgemeinen kubischer Form, da die Wandungen 18 und 20 im wesentlichen
quadratisch sind. Die Wandungen sind bei 24 mit dem Boden 14 des Behälters
10, wie man aus den F i g. 1 und 2 erkennt, verschweißt oder in anderer Weise angeschlossen.
In dei Bodenwandung 14 ist ein Kanal 26 vorgesehen, durch den das
Glas 12 in die Kammer 22 ausfließt. Das Glas im Behälter wird auf
einer solchen Temperatur gehalten, daß das Glas ziemlich zäh, jedoch noch fließfähig
ist.
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Bei der Fadenherstellung lenkt der Arbeiter mit Hilfe eines geeigneten
Werkzeuges das in der Wärme erweichte, aus der Öffnung 26 fließende Glas
auf die Innenoberflächen der Wandungen 18 und 20 und die untere Oberfläche
der Bodenwandung 14 des Behälters zur Benetzung dieser Wandungen, so daß
das fließfähige Glas an diesen Wandungsflächen haftet.
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Dadurch wird die Kammer 22 mit Glas gefüllt, so daß ein Glaskörper
28 in der Kammer entsteht, der während des Ausziehvorganges eine Form annimmt,
wie sie allgemein in F i g.1 angedeutet ist.
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Das im Behälter 10 vorhandene Glas od. dgl. wird auf einer
solchen Temperatur gehalten, daß das Glas von den Wandungen herabhängt. Bei der
in den F i g. 1, 2, 3 und 7 wiedergegebenen Ausführungsform sind die Rückwandung
18 und die Seitenwandungen 20 im wesentlichen quadratisch und definieren
deshalb eine kubische Kammer 22, deren vierte Seite und deren Boden offen
sind.
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Bei einer solchen Konstruktion wird die Oberfläche 30 des Glaskörpers
28 der unmittelbaren Berührung mit der umgebenden Luft ausgesetzt, während
die anderen Oberflächenbereiche des Glaskörpers 28 in Berührung mit dem Mittelbereich
des Bodens 14 des Behälters und den Innenflächen der rückwärtigen Seitenwandungen
18 bzw. 20 stehen, die die Abschirmung bilden. Die unmittelbare Berührung des Oberflächenbereiches
30 des Glaskörpers 28 mit der Luft reduziert die Temperatur des Glases in diesem
Bereich schneller als in den Bereichen des Glases, die mit den Wandungen
18 und 20 in Berührung stehen.
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Daher entstehen Temperaturunterschiede in verschiedenen Bereichen
des Glaskörpers 28, die Viskositätsänderungen zur Folge haben, so daß sich das Glas
von dem Behälter 22 in Form eines fortlaufenden, geradlinigen Fadens mit
nicht kreisförmigem, d. h. flachem Querschnitt ausziehen läßt.
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Wie man aus F i g. 1 erkennt, wird das Glas 28 aus dem Bereich der
unteren Begrenzung der rückwärtigen Wandung 18 ausgezogen und bildet einen geradlinigen
Körper, wobei die rückwärtige Wandung 18 plan ist und der ausgezogene Faden
32 eine flache Form mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt aufweist,
wie man aus F i g. 4 erkennt.
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Der Faden 32 wird ausgezogen, indem man ihn auf eine Spule 35 aufwickelt,
die auf einer umlaufenden Welle 36 montiert ist. Die Spule erhält mit Hilfe eines
nicht gezeichneten Motors eine solche Umlaufgeschwindigkeit, daß Fäden der gewünschten
Abmessungen entstehen.
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Die bei diesem Verfahren erfolgende einseitige Kühlung verstärkt wesentlich
die Zähigkeit des Glases im Oberflächenbereich 30 und verzögert so die Einschnürung
des von der Kante der hinteren Wandung 28 der Abschirmung abgezogenen Glases, da
das Glas im Oberflächenbereich 30 konvergiert und in dem bei 38 angedeuteten
Bereich bereits seine gewisse Verfestigung erreicht hat. Dieser Zustand liefert
einen wesentlichen Widerstand gegen die Glasströmung und reicht aus, um die natürliche
Neigung des Glases, sich zu einem kreisförmigen Querschnitt zu verformen, zu verhindern.
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Das mit den Wandungen 18 und 20 in Berührung stehende
Glas befindet sich auf höheren Temperaturen und ist deshalb weniger zähflüssig.
Es fließt konvergierend zu dem Bereich 38, von wo der Faden ausgezogen wird. Wie
man aus F i g. 2 erkennt, wird das Glas von der querverlaufenden, geraden Endkante
der geraden Wandung 18 abgezogen. Wenn das Glas die Wandung 18 verläßt, weist
es rechteckigen Querschnitt auf und wird durch weitere Berührung mit der Luft zu
dem flachen Faden 32 verfestigt. Die Querschnittsgestaltung, die Breite und
die Stärke des ausgezogenen Körpers oder Fadens sind von verschiedenen Faktoren
abhängig. Die Zähigkeit des Glaskörpers im Behälter 22 muß so hoch sein,
daß ein Zustand der konstanten überflutung in dem von den Wandungen 18 und
20
definierten Bereich aufrechterhalten wird, da der Raum zwischen den Seitenwandungen
20 mit erweichtem
Glas gefüllt und die Wandungen
18 und 20
durch das Glas benetzt sein müssen, damit ein flacher Faden
entsteht. Die Ausziehgeschwindigkeit bestimmt in weitem Umfange die Breite und Dicke
des ausgezogenen Fadens.
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Als Ausführungsbeispiel sei eine Vorrichtung erwähnt, bei der die
Wandungen 18 und 20 12 mm im Quadrat messen und die Öffnung 26 im Boden des Behälters
10 einen Durchmesser von annähernd 1,6 mm aufweist. Beim Ausziehen des Körpers
mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3000 in/min entsteht ein flacher, bandartiger,
fortlaufender Faden mit einer Stärke von 2 oder mehr Mikron und einer Breite von
etwa 8- bis 12fachem dieser Stärke.
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Durch Änderung der obenerwähnten Arbeitsfaktoren lassen sich die Stärke
und Breite des ausgezogenen Fadens oder Films ändern und regeln. Die relativen Abmessungen
der hinteren und der seitlichen Wandungen der Abschirmung 16 und der Abstand zwischen
den Seitenwandungen können zur Änderung von Dicke und Breite des flachen Fadens
geändert werden.
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Während die Gestalt der Abschirmung 16, wie sie in den Zeichnungen
wiedergegeben ist, sich besonders zur Herstellung flacher, bandartiger Fäden oder
Filme eignet, deren größere Oberflächen zueinander parallel verlaufen, kann die
Form der Abschirmung 16 selbstverständlich auch so geändert werden, daß Fäden mit
anderen nicht kreisförmigen Querschnitten entstehen. Änderungen der Querschnittsform
erreicht man durch Ändern des Temperaturdifferentials zwischen dem Glas im Bereich
bei 30 nach F i g. 1 und dem benachbarten oder in Berührung mit den Innenflächen
der Wandungen 18 und 20 stehenden Glas, indem man einen gesteuerten Luftstrom
über den frei liegenden Bereich 30 des Glases 28 in der Zone 22 richtet.
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Die flachen, bandartigen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und
auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Fäden oder Filme kann man mit
anderen Materialien, beispielsweise einem Metall, Metallegierungen oder anderen
Gläsern auf den Oberflächen überziehen. F i g. 1 zeigt eine Anordnung zum Aufbringen
eines Überzuges aus Metall auf eine Oberfläche eines flachen Fadens 32. In der Nähe
des Fadens 32 befindet sich ein Behälter 40 zur Aufnahme eines Vorrats an geschmolzenem
Metall 42. Der Behälter 40 ist mit einer Lippe 44 versehen,
welche in der Nähe der Laufbahn des flachen Fadens 32 angeordnet ist.
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Das geschmolzene Metall 42 fließt vom Vorrat im Behälter auf die Lippe
44, wobei die benachbarte flache Oberfläche des Fadens 32 mit dem auf der Lippe
44 befindlichen geschmolzenen Metall in Eingriff kommt und dadurch während des Durchganges
des Fadens eine seiner Oberflächen mit dem Metall überzogen wird. Der Übergang des
geschmolzenen Metalls auf den Faden entsteht durch Aufstreichen, das durch die Haftungseigenschaften
des Glases bei der Aufnahme eines Überzuges auf eine frisch entstehende Oberfläche
begünstigt wird.
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Als überzugsmetall für Fäden oder Filme eignen sich beispielsweise
Aluminium, Chrom, Zink, Blei od. dgl. Die Wickelspule 35 befindet sich in einem
solchen Abstand vom Aufbringbereich des Überzugs auf die Fäden od. dgl., daß sich
das Metall vor dem Aufwickeln des überzogenen Fadens od. dgl. auf die Spule vollständig
abgesetzt oder verfestigt hat. F i g. 4 zeigt einen flachen Faden 32 mit einem Metallüberzug
33. Der Metallüberzug wird auf den Faden vorzugsweise kurz vor der Stelle des vollständigen
Ausziehens oder der vollständigen Verfestigung des Glases aufgebracht.
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F i g. 3 zeigt eine der Vorrichtung nach F i g. 1 ähnliche Anordnung
zum vollständigen Überziehen eines flachen Fadens oder Filmes mit Metall. Bei dieser
Anordnung enthält der Behälter 40' geschmolzenes Metall 42', welches
auf eine Lippe 44' fließt, wo sich eine Menge von überzugsmetall bei
45 bildet. Der Faden 32 wird durch den Metallmeniskus 45 so gezogen, daß
beide Hauptoberflächen und die Kantenbereiche- einen Metallüberzug 33' aufnehmen.
Um einen vollständigen Überzug auf dem flachen Faden 32 zu erreichen, wird der Faden
vom Ende der Wandung 18' winkelig, wie aus F i g. 3 ersichtlich, abgezogen, um ihn
vollständig in das auf der Lippe 44' sitzende Metall einzutauchen. F i g. 5 zeigt
den vollständig in den Metallüberzug 33' eingebetteten flachen Faden 32.
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Die überzogenen oder nicht überzogenen flachen Fäden können vor dem
Aufwickeln auf einer Wickelspule verdrillt werden. Das Verdrillen des flachen Fadens
erfolgt dadurch, daß man den Faden durch eine umlaufende, nicht gezeichnete Führung
laufen läßt, die im Axialbereich eine in Querrichtung verlängerte Öffnung zur Aufnahme
des flachen Fadens aufweist.
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Durch Drehen der Führung greifen die den Schlitz begrenzenden Wandungen
der Führung auf den Faden und verdrillen diesen zu der in F i g. 6 bei 32 a angegebenen
Form. Das Ausmaß der Verdrillung des Fadens 32 a läßt sich durch Änderung der Umlaufgeschwindigkeit
der Drillführung oder durch Änderung des Verhältnisses der Umlaufgeschwindigkeit
der Wickelspule 35 zu der Geschwindigkeit der Drillführung ändern.
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Die Anordnung aus Behälter 10 und Kammer 22, die aus.den Wandungen
18 und 20 besteht, läßt sich zur Herstellung dünner Glasfilme verwenden,
die eine wesentliche Breite aufweisen, wie man beispielsweise aus F i g. 7 erkennt.
Bei der Herstellung von Glasfilmen wird das im Behälter 22 befindliche Glas
28'
vorzugsweise waagerecht oder in seitlicher Richtung von der Abschirmung
16 ausgezogen.
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Bei der Herstellung von Glasfilm in der in F i g. 7 wiedergegebenen
Weise werden beide Oberflächenbereiche des Glaskörpers 28' der umgebenden Luft durch
die offene Seite und die offene Bodenseite der Abschirmung ausgesetzt und dadurch
gekühlt, so daß ihre Viskosität oder Zähigkeit zunimmt und während des Ausziehens
des Filmes 48 die gekühlten Bereiche konvergieren und infolge der erhöhten
Zähigkeit der Film ohne merkliche Einschnürung ausgezogen werden.
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Somit wird ein Glasfilm hergestellt, dessen Breite nur geringfügig
geringer als der Querabstand zwischen den Wandungen 20 ist, wobei die Dicke und
die Breite des Filmes in weitem Umfang durch die Ausgangszähigkeit des Glases 28'
in der Kammer 22, das Ausmaß der Abkühlung der freiliegenden Bereiche des Glaskörpers
28' und der linearen Ausziehgeschwindigkeit des Filmes bestimmt sind. Der Film kann
durch Zugwalzen oder andere geeignete Vorrichtungen ausgezogen werden.
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Der ausgezogene Film 48 kann mit Metall auf einer oder beiden Oberflächen
durch Zuführung geschmolzenen
Metalls auf den Film überzogen werden.
Das geschmolzene Metall wird auf den Film vorzugsweise aufgebracht, bevor der Ausziehvorgang
beendet ist, um die Haftung zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Glas zu verbessern.
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In den Zeichnungen ist nur eine einzige Faden-oder Filmausziehvorrichtung
im Zusammenhang mit dem Behälter 10 wiedergegeben. Selbstverständlich kann
man eine größere Anzahl solcher Einheiten 16 an einer Glaszuführungsvorrichtung
anbringen, die einem Vorherd eines Glasschmelzofens zugeordnet ist, so daß man eine
bestimmte Anzahl flacher Fäden oder Filme zusammen herstellen kann.
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Die flachen Fäden eignen sich für viele und verschiedene Zwecke. Die
nicht überzogenen Fäden lassen sich zu Filtermatten verarbeiten und liefern eine
höhere Filterleistung. So kann man beispielsweise die flachen Fäden in einem allgemeinen
Muster so orientieren, daß die Hauptflächen in die gleiche Richtung zeigen und sich
gegenseitig überlappen. Diese Orientierung führt zu einer größeren Turbulenz des
das Filter durchsetzenden Gases im allgemeinen senkrecht zur Hauptfläche der Fäden
und begünstigt daher die Entfernung von Fremdkörpern. Man kann die flachen Fäden
auch für Polarisationszwecke in der Optik oder zur Bündelung von Licht verwenden.
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Auch die mit Metall überzogenen flachen Fäden haben viele Anwendungsmöglichkeiten.
So kann man überzogene Fäden beispielsweise zu Dekorationszwecken verwenden. Sind
sie auf einer Seite mit Metall überzogen, so zeigen sie hohe Reflektionsfähigkeit
und werden zu Miniaturspiegeln. Auch die verdrillten Fäden eignen sich sowohl im
überzogenen als auch im nicht überzogenen Zustand für viele Zwecke, insbesondere
Dekorationszwecke. Mit Metall überzogene Fäden lassen sich zu Matten mit hohen Isolationseigenschaften
verarbeiten. Durch Orientieren der metallüberzogenen Oberflächen der Fäden derart,
daß diese Fäden im allgemeinen in eine Richtung in der Matte zeigen, liefern die
überzogenen, wärmereflektierenden Oberflächen neben den üblichen Isoliereigenschaften
einer Fasermatte reflektierende Isoliereigenschaften.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zur Herstellung von
für elektrostatische Kondensatoren geeigneten Schichtkörpern verwenden. So kann
man beispielsweise zwei flache Fäden gemeinsam herstellen, von denen der eine auf
einer Seite mit Metall überzogen ist. Die beiden Fäden werden dann miteinander in
Eingriff gebracht, wobei das Metall zwischen die Fäden zu liegen kommt, so daß ein
Glas-Metall-Glas-Schichtkörper entsteht. Metallüberzogene Fäden lassen sich auch
zur Herstellung elektrostatischer Filter, zum Zweck der Reflexion von Hochfrequenzsignalen
oder zur Reflexion elektromagnetischer Energie und für elektrische Stromleiter verwenden.
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Die nach dem in F i g. 7 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel hergestellten
Glasfilme lassen sich mit Metallen oder anderem Glas dadurch überziehen, daß man
die überzugsmaterialien dem erweichten Glas innerhalb des von den Wandungen 18 und
20 definierten Bereichs zuführt oder auf den Film in der Zone oder vor der Zone
des vollständigen Ausziehens aufbringt.
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Gekräuselte Fäden kann man erzielen, indem man ein überzugsglas mit
abweichendem Wärmeausdehnungskoeffizienten auf die Fäden im erweichten Zustand aufbringt.