DE1192375B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glasfaserstraengen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C03b

Deutsche Kl.: 32 a-37/02

Nummer: 1192375

Aktenzeichen: P 26084 VI b/32 a

Anmeldetag: 22. November 1960

Auslegetag: 6. Mai 1965

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasersträngen, insbesondere zur Erzeugung kontinuierlicher Stränge gesponnener Einzelfasern oder Fäden unter genau geregelten Bedingungen.

Ein Verfahren zur Herstellung von Fasersträngen für kontinuierliche, aus einzelnen Fasern bestehende Fäden wird in der amerikanischen Patentschrift 2133 238 beschrieben. Bei diesem Verfahren zieht man eine Anzahl von Glasfäden aus einer geschmolzenen Glasmasse mit hoher Geschwindigkeit, nämlich von 1520 bis etwa 6100 m in der Minute. Das geschmolzene Glas fließt dabei durch hohlzylindrische Düsenbohrangen im Boden einer Pfanne nach unten. Das Glas hängt kegelförmig von den Bohrungen der Düsen unter der Pfanne herab, und die einzelnen Fäden werden von diesen Kegeln aus gezogen. Die einzelnen Fäden werden dann, während sie über eine Leitvorrichtung laufen, in einen Strang zusammengefaßt, den man auf eine sich schnell drehende Kreuzspule aufwickelt, die durch bekannte Vorrichtungen während des Wickeins schnell derart hin- und hergeführt wird, daß sich die übereinanderliegenden Windungen unter spitzen Winkern kreuzen. Dadurch wird das spätere Abnehmen der Strangwickel von der rohrartigen Spule erleichtert.

Auf diese Weise entsteht in dem Strang bei seiner Erzeugung und Aufwicklung kein Drall. Man bringt auch eine Schlichte auf die Fäden vor dem Aufwikkeln des Stranges auf, die in Bindemittel enthält, um dem Strang Zusammenhalt für die Weiterverarbeitung zu verleihen, d. h. für die Verdrillung, das Strähnen und Weben. Hat der Strang nicht den notwendigen Zusammenhalt, dann fasert er leicht bei diesen Behandlungen auf, und es kann dadurch Störungen durch Ansammlung von losen Fasern geben. Die Schlichte enthält ferner ein Schmiermittel für die Fasern, um eine Zerstörung des Stranges durch Abrieb der einzelnen Fasern gegeneinander oder gegen die Maschine, auf der die Fäden bearbeitet werden, zu vermeiden.

Bei dem genannten Verfahren arbeitete man bisher in zwei Antriebsebenen, da man annahm, daß ein beträchtlicher Abstand zwischen der Pfanne und der Führung und zwischen der Führung und der Kreuzspule nötig wäre. Die Pfanne und die Führung waren dabei auf einem Boden und die Spulen auf einem darunterliegenden Boden angebracht. Zu Beginn des Verfahrens wurde der Strang von einem Arbeiter durch eine Luke im oberen Boden an einen darunter befindlichen Arbeiter auf dem unteren Boden abgegeben, der ihn um die Kreuzspule wand. In der Tech-Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
von Glasfasersträngen

Anmelder:

Pittsburgh Plate Glass Company,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. W. Beil, A. Hoeppener und
Dr. H. J. Wolff, Rechtsanwälte,
Frankfurt/M.-Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:

Donald William Denniston, Pittsburgh, Pa.;
John Kermit Cochran, Wexford, Pa.;

Clarence Henry Helbing, Shelbyville, Ind.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. November 1959
(855 416)

nik wurde deshalb angestrebt, die Pfanne, die Führung und die Spule enger zusammenzurücken, um das Verfahren durch einen einzigen Arbeiter in nur einer Ebene ausführen zu lassen.

Vorversuche für eine solche, in nur einer Ebene arbeitende Arbeitsweise zur kontinuierlichen Fadenherstellung ohne Brechen des Stranges stießen auf Schwierigkeiten. Die genauen Gründe dieser Schwierigkeiten waren nicht bekannt. Es wurde aber festgestellt, daß die Atmosphäre in der Nähe der Spule viele Fremdkörperchen enthielt, z. B. Schmutz vom Boden oder kleine Schlichteteilchen, die durch Hin- und Herführung des Stranges auf der Spule von dem Strang abgeblättert waren. Die schnelle Drehung der Spule und die Hin- und Herbewegung versetzten die Atmosphäre in starke Wirbelung. Zur Behandlung der obengenannten Schwierigkeiten und zur Vereinfachung des Betriebes hat man versucht, dazu überzugehen, auf nur einer Ebene zu arbeiten. Hierbei hält sich die genannte fremdkörperhaltige Atmosphäre aber erheblich näher bei der Führung und bei der Pfanne, und vielleicht ist deshalb diese stark be-

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wegte und verschmutze Atmosphäre dafür verantwortlich, daß ein kontinuierliches Verfahren bisher auf diese Weise nicht möglich war. Es kann wohl sein, daß sich die genannten Fremdkörperchen auf der Führung oder der Pfanne oder den Fäden selbst absetzen und die Arbeit unterbrechen, indem ein einzelner Faden ausbricht. Bricht aber ein einzelner Faden, so enststeht ein faseriger Strang, und gewöhnlich wird die Strangbildung unterbrochen. Die Turbulenz der Atmosphäre in der Nähe der Spule kann auch der Grund für die Bildung eines faserigen Stranges oder für die Unterbrechung des Verfahrens sein.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Glasfasersträngen nach vorliegender Erfindung arbeitet man vorzugsweise ebenfalls oberhalb nur einer einzigen Ebene und zieht eine Vielzahl von Fäden aus einer geschmolzenen Glasmasse, bringt dann einen Überzug auf die Fäden und leitet den daraus gebildeten Faserstrang nach einer Stelle hin, an der er unter gleichzeitiger Erteilung schneller seitlicher Hin- und Herbewegungen aufgewickelt wird. Erfindungsgemäß ist diese Arbeitsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden von einer in ihrer Bewegungsrichtung verlaufenden Luftströmung umgeben werden, um die Verunreinigungen von ihnen wegzuführen, wobei die Stärke dieser Strömung so bemessen wird, daß sie über die Aufwickelstelle hinausgeht, um alle etwa von den Fäden losgelösten Feststoffteilchen von diesen wegzuführen.

Bei diesem Verfahren kann man die Luft konditioniert in den Bereich der Fadenbildung einblasen und unterhalb der Aufwickelstelle absaugen; dabei ist es wichtig, die Geschwindigkeit der Absauge- und Ausblaseventilatoren aufeinander abzustimmen. Zweckmäßig saugt man von der unterhalb der Aufwickelstelle des Stranges abgezogenen Luft wenigstens einen Teil ab, reinigt ihn und leitet ihn nach Konditionierung wieder in den Einblasebereich zurück.

Vorteilhaft ist hierbei für das Aufwickeln des Fadenstranges eine Kreuzspule vorgesehen, der eine Einrichtung zum schnellen Hin- und Herbewegen des Stranges vorgeschaltet ist. Für die Absaugung ist ferner zweckmäßig, einen Abfalltrichter unterhalb der· Aufwickelstelle und einen Ventilator in der Wand dieses Trichters zum Abzug von Luft aus seinem Inneren vorzusehen. Der Abfalltrichter ist ferner vorteilhaft unten zum Ablassen der Feststoffteilchen offen, und vor dem Ventilator ist ein Sieb vorgesehen, um den Luftstrom von Feststoffteilchen zu befreien.

Die Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der folgenden Zeichnung nachstehend noch näher erläutert:

F i g. 1 ist ein Aufriß, der das Verfahren zur Erzeugung von Glasfasern zeigt;

F i g. 2 ist ein schematisches Fließschema des Luftkonditionierungssystems, das bei dem Verfahren benutzt wird.

In Fig. 1 der Zeichnung ist 10 eine Glasschmelzwanne oder ein Vorherd davon, der eine Glasschmelze 11 enthält, und nahe dessen Boden sich eine Pfanne 12 befindet. Unter der Pfanne sind eine Anzahl Bohrungen 13 in den Düsen 14 vorgesehen, durch die das geschmolzene Glas fließt und kleine Kegel 15 bildet, die von den Spitzen herabhängen. Die Bohrungen sind in vier oder mehr Reihen angeordnet, wobei in jeder Reihe eine große Zahl von Düsen liegt, so daß die Gesamtzahl der Düsen bei etwa 200 bis 400 liegt. Es kann natürlich auch eine kleinere oder größere Anzahl von Reihen oder Düsen unter der Pfanne vorgesehen sein.

Die Glasfäden 16 werden von den Glaskegeln 15 aus mit sehr hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise 3600 bis 4600 m in der Minute, abgezogen und auf eine sich schnell drehende Kreuzspule 18 von beispielsweise etwa 15 bis 18 cm Außendurchmesser aufgewickelt, die je nach der Fasergröße mit etwa 5000 bis 10 000 U/Min., vorzugsweise mit etwa 7000 bis 8000 U/Min., läuft. Die Glasfäden werden dabei zu einem Strang 19 vereinigt, indem sie durch eine Führung 20 laufen, bevor sie auf die Spule 18 gewickelt werden. Gewöhnlich bringt man eine Schlichte, die aus einem flüssigen Bindemittel und einem Schmiermittel besteht, z. B. aus Stärkekleister mit Zusatz eines pflanzlichen Öls, auf die einzelnen Fäden des Stranges auf, während sie über das Filzkissen 21 laufen, das sich mit in der Führung befindet. Dieses Kissen hält man mit der Schlichte gesättigt. Man kann aber die Schlichte auch durch eine Walze oder ein sich bewegendes Band, das einen Film davon trägt, auf die Fäden aufbringen, gegebenenfalls vor dem Zusammenfassen der Fasern zu einem Strang.

Wenn der Strang 19 auf die Spule 18 aufgewickelt wird, wird er in freier Luft über die Länge der Spule von einer Querführung 23 schnell hin und her bewegt. Diese Querführung besteht aus einer Welle mit einem Paar zueinander komplementärer, konischer, spiral angeordneter Drahtnocken, die auf ihr befestigt sind. Die Welle dreht sich mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 2500 U/Min., wobei die Nocken den Strang während des Ziehvorganges vorwärts und rückwärts über die Länge der Spule hinweg bewegen.

Ein aus Blech bestehender Abfalltrichter 22 liegt unmittelbar unter der Spule. Dieser Trichter ist in dem Boden 24 des Wickelraumes 25 eingelassen und unten offen; er führt mit seiner Öffnung 26 durch den Boden des Wickelraumes 25 in einen Kellerraum 27 unterhalb des Wickelraumes. Dort ist auf einem Gestell 28 ein größerer Metalltrichter 29 angebracht, der alle Abfälle aus dem Trichter 22 aufnimmt. Diese Abfälle bestehen aus Abfallfasern und Abfallsträngen, die während der Inbetriebnahme des Wickelvorganges angefallen sind, und aus überschüssiger Schlichte, die nicht richtig auf den Strang aufgebracht worden ist, oder die von dem Strang beim Aufwickeln auf die Spule abgeblättert ist. Auch Wasser, das zur Reinigung der Anlage aufgesprüht worden ist, fließt durch den Trichter 22 ab.

Während der Verleihung der Hin- und Herbewegung wird der Strang mechanisch sehr schnell bewegt, wobei ein Teil der Schlichteflüssigkeit von ihm abgeschüttelt wird. Die Bewegung der Querführung 23 und der Spule verursacht starke Wirbelbildung in der umgebenden Luft, und die Schlichteteilchten und andere Fremdkörperchen in dieser Atmosphäre werden großenteils nach auswärts geschleudert. Bisher neigten die Schlichteteilchen und Fremdkörperchen dazu, innerhalb des Wickelraumes dispergiert zu bleiben. Bei dem vorstehend beschriebenen, in einer einzigen Ebene ausgeführten Verfahren sind die Pfanne und die Führung so nahe an der Querführung und der Spule, daß sie im Einflußbereich der stark wirbelnden Atmosphäre und der darin befindlichen Festteilchen liegen. Der Abstand zwischen der Pfanne und der Führung beträgt etwa 73 bis 82 cm, und der-

jenige zwischen der Führung und der Querrichtung liegt bei etwa 83 bis 89 cm.

Um die Verunreinigung der Luft im Wickelraum 25 in Grenzen zu halten, sind zwei Einlaßöffnungen 31 an der Decke 32 des Wickelraumes 25 vorgesehen, die durch gereinigte (konditionierte) Luft in den Raum eintritt. Die Einlaßöffnungen 31 sind vor und hinter der Pfanne und der Schmelzwanne oder dem Vorherd dicht bei diesen angeordnet. Die gereinigte Luft durchströmt die Einlaßöffnungen unter Druck und von da weiter in der allgemeinen Bewegungsrichtung der Fasern nach unten, so daß sie die Fasern umgibt. Sie ist so gereinigt und so in bezug auf Temperatur und Feuchtigkeit eingestellt, daß der Wickelraum immer auf etwa 26 bis 32° C, Vorzugsweise 29° C, gehalten wird und die relative Feuchtigkeit 60 bis 70%, vorzugsweise 65^fl/o, beträgt. Gewöhnlich befindet sich eine größere Zahl von Pfannen und Kreuzspulen in einem Wickelraum. Die Wickelräume können ganz geschlossen oder auch auf einer oder auf beiden Seiten offen sein. In jedem Fall ist gewöhnlich das Eindringen von anderer Luft in den Raum als durch die Einlaßöffnungen 31 möglich.

Die Feuchtigkeit. Temperatur und Menge der zugeführten Luft in den Wickelraum kann verhindert werden, um die gewünschten Bedingungen einzuhalten. In einem Wickelraum von beispielsweise etwa 4,3 m³ auf jede Pfanne kann die Luft vorzugsweise für jede Pfanne und jede Wickelstelle durch zwei Einlaßöffnungen 31 (12,5 · 56 cm groß) an den Austrittsstellen, etwa 12 bis 16° C warm und mit etwa 100 % relativer Feuchtigkeit eintreten. Sie strömt mit einer Geschwindigkeit von 8,5 bis 19,8 m³/Min. für jede Pfanne ein. Man läßt die Luft in solchem Zustand und mit solcher Fließgeschwindigkeit ein, daß eine bestimmte Abwärtsströmung der konditionierten Luft von der Pfanne nach der Spule hin und über leztere hinaus in und durch den Trichter 22 erzeugt und beibehalten wird. Der in jeden der Abfalltrichter 22 eintretende Luftstrom (von jedem dieser Ströme kann etwa 10% beim Durchgang durch den Wickelraum nach den Seiten hin verlorengehen) macht etwa 9,3 bis 21,8 m³/Min. aus. Die Geschwindigkeit der durch den Abfalltrichter strömenden Luft ist aber etwa derart, daß eine bestimmte Saugwirkung gerade oberhalb des Trichters im Bereich der Spule ausgeübt wird, so daß die Luft in der Nähe der Spule in den Trichter gesaugt wird.

Der Wickelraum 25 und der Keller 27 sind so angeordnet, daß die Luft aus dem Wickelbereich durch die Öffnung 26 weiterzieht, in die der Trichter 22 mündet. Um dies zu erreichen, sind Saugvorrichtungen zweckmäßig, z. B. ein mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufender Ventilator 34, dessen Flügelwinkel verstellbar sind, seitlich des Abfalltrichters 29, der die Luft aus dem Wickelbereich durch die Öffnung 26 und durch den Trichter 29 saugt und in den Keller drückt. Die Wände des Trichters 29 reichen dabei bis zur Kellerdecke, so daß alle durch den Abfalltrichter aus dem Wickelraum kommende Luft durch den Trichter 29 ziehen muß. Der Trichter 29 hat auf einer Seite ein Siebfilter 35, das die Luft vor ihrem Austritt in den Keller durchlaufen muß. Zu diesem Zweck ist der Ventilator 34 vorzugsweise hinter dem Siebfilter 35 angebracht, so daß er alle Luft durch die Abfallfasern und dann durch das Sieb abzieht. Die in dem Trichter angesammelten Fasern wirken mit als Filter, um die Luft bei ihrem Durchgang durch den Filter zu reinigen. Durch dieses System wird alle Luft aus der Nähe der Spule 18 und der Querführung 23 nach unten durch die Öffnung 26 in den Keller 27 abgezogen, so daß sie und die darin aufgewirbelten feinkörnigen Verunreinigungen nicht im Wickelbereich 25 verbleiben. Die in den Keller strömende Luft kann auch durch einen Auslaß 38 in ein Luftkonditionierungssystem 36 geführt werden oder durch eine in dem Keller vorgesehene Öffnung 39 ins Freie entweichen.

F i g. 2 zeigt schematisch den Umlaufm'eßplan der Luft. Die Luft wird in einem üblichen Luftkonditionierer 36 vorbehandelt und durch die Leitung 40 von einem mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufenden Ventilator 42, dessen Flügelwinkel verstellbar sind, nach den Einlaßöffnungen 31 an der Decke des Wickelraumes 25 geführt. Die konditionierte Luft umgibt die Fasern und strömt nach unten in der Bewegungsrichtung der Fasern an der Querführung und der Spule vorbei in die Trichter 22 und 29 sowie durch die in letzterem befindliche Abfallfaserschicht und das Siebfilter 35 in den Keller. Der größte Teil dieser in den Keller eintretenden Luft gelangt durch den Auslaß 38 und den Kanal 47 wieder zurück in den Luftkonditionierer 36. Einen Teil der Luft kann man aber auch aus dem Keller ab und durch eine Auslaßöffnung 39 ins Freie entweichen lassen. Vorzugsweise läßt man bei jedem Luftumlauf durch das System etwa 10 bis 20% der Luft ins Freie entweichen. Diese Luftmenge ersetzt man durch frische Luft, die durch die Leitung 50 in den Luftkonditionierer eintritt. Die Geschwindigkeit des Ventilators 34 paßt man derjenigen des Ventilators 42 an, um nach Möglichkeit einen gleichmäßigen Luftdruck im Wickelraum einzuhalten. Die Beschaffenheit der durch die Öffnungen 38 und 39 strömenden Luft wird durch übliche Befeuchter (hier nicht gezeigt) geregelt.

Es wurde gefunden, daß es für die Herstellung von Fasern günstiger ist, wenn man die Luft in der Nähe der Kreuzspule und der Querführung in einen Kellerraum abzieht, statt sie längere Zeit in dem Wickelbereich herumwirbeln zu lassen. Dies zeigte sich darin, daß man auf diese Weise Stränge erhielt, die frei von losen Fasern waren, und daß prozentual mehr »Abrufe« in der Zeiteinheit möglich waren, d. h. daß mehr fertige einwandfreie Wickelkörper nach 8 bis 15 Minuten Wickeldauer bei einer Reihe aufeinanderfolgender Wickelvorgänge erhältlich waren.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Glasfasersträngen, vorzugsweise oberhalb einer einzigen Arbeitsebene, durch Ziehen einer Vielzahl von Fäden aus einer geschmolzenen Glasmasse, Aufbringen eines Überzuges auf die Fäden und Weiterleitung des daraus gebildeten Faserstranges nach einer Stelle hin, an der er unter gleichzeitiger Erteilung schneller seitlicher Hin- und Herbewegungen aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden von einer in ihrer Bewegungsrichtung verlaufenden Luftströmung umgeben werden und die Intensität dieser Strömung so bemessen wird, daß sie über die Aufwickelstelle hinausgeht, um alle etwa von den Fäden losgelösten Feststoffteilchen von diesen wegzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft konditioniert in den Bereich der Fadenbildung eingeblasen und unterhalb der Aufwickelstelle abgesaugt wird und daß die Geschwindigkeit der Absauge- und Einblase-Ventilatoren aufeinander abgestimmt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der unterhalb der Aufwickelstelle des Stranges abgezogenen Luft abgesaugt, gereinigt, konditioniert ίο und danach wieder in den Einblasebereich zurückgeleitet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für das Aufwickeln des Fadenstranges eine Kreuzspule vorgesehen ist,

der eine Einrichtung zur schnellen seitlichen Hin- und Herbewegung des Stranges vorgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Abfalltrichter (22, 29) unterhalb der Aufwickelstelle und einen Ventilator (34) in der Wand dieses Trichters zum Abzug von Luft aus dessen Inneren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfalltrichter (22,29) unten zum Auslesen der Feststoffteilchen offen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ventilator (34) ein Sieb (35) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 391 870.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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