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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Hohlkapillaren, insbesondere
aus silikatischen Materialien, wie Glas, Quarz od. dgl. Die Erfindung beschäftigt
sich mit einem Verfahren und der Ausgestaltung von Vorrichtungen zur wirtschaftlichen
Erzeugung von ein- oder mehrschichtigen Hohlkapillaren aus anorganisch-en Materialien,
die nur bei sehr hohen Temperaturen spinnfähig sind, wobei die Durchmesser der Hohlkapillaren
insbesondere im Größenbereich 1 bis 100 K liegen.
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Für die Herstellung derartiger Hohlkapillaren eignen sich nicht Spinnverfahren
und Spinndüsen, die für die Erzeugung von Hohlfäden aus organischen Materialien,
wie synthetische Hochpolymere, bekannt sind. Es war bisher nur möglich, Glashohlfäden
durch Abziehen von stirnseitig aufgeschmolzenen Glasrohren zu gewinnen, ein Verfahren,
welches sich für die wirtschaftliche Massenproduktion nicht eignet.
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Durch die vorliegende Erfindung ist nunmehr ein Verfahren gegeben,
die genannten Hohlkapillaren in kontinuierlicher und wirtschaftlicher Weise, in
beliebiger Vielzahl und in großer Maßgenauigkeit zu erzeugen.
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Es kennzeichnet sich dadurch, daß die Hohlkapillare aus den Schmelzsümpfen
einer oder mehrerer konzentrisch zueinander angeordneter, aneinanderliegender Ringpfannen
abgezogen wird, durch deren gemeinsames Zentrum ein Druckgas in Richtung des Kapillarenabzuges
strömt, und daß (in dieser Richtung gesehen) von hinten die Schmelzsümpfe durch
Kanäle mit flüssiger Spinnschmelze aus je einer fonnstarr zu den Abzugsringpfannen
angeordneten, nach oben offenen Aufschmelzpfanne beliefert werden.
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Diese Belieferung kann durch Einwirkung der Schwerkraft auf die Spinnschmelze,
durch kohäsive und/oder durch kapillare Kräfte der Spinnschmelze in den Zulieferungskanälen
gewährleistet worden. Durch entsprechende Dimensionierung dieser Zulieferungskanäle
und durch das Zusammenspiel der drei genannten Kräftetypen wird,erreicht, daß die
Schmelzsümpfe der Abzugsringpfannen während des Betriebes stets die gleiche Menge
an Spinnschmelze von hinten nachgeführt erhalten, wie sie von vom durch den Abzug
der Hohlkapillaren an Spinnschmelze verlieren. Unter kohäsiver Kraft ist die Zugkraft
zu verstehen, die sich durch den mechanischen Abzug der Hohlkapillaren aus dem Schmelzsumpf
der Abzugsringpfanne infolge der Zähigkeit der Spinnschmelze auf den Bereich der
Zuführungskanäle ausdehnt.
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In die Aufschmelzpfannen werden die Substanzen in fester Form, beispielsweise
als Granulat (Kugeln) oder in Stäben, eingebracht und dort durch Hitzeeinwirkung
aufgeschmolzen. Vorteilhafterweise sind die Aufschmelzpfannen ebenfalls als konzentrische
Ringpfannen mit einem Zentrum, welches mit dem des Abzugsringpfannensystems identisch
ist, unmittelbar hinter diesem System angeordnet. Hierbei sind vorteilhafterweise
die Belieferungskanäle zwischen einer Aufschmelzringpfanne und der jeweils dazugehörigen
Abzugsringpfanne gleichmäßig auf den Ringumfang verteilt. Selbstverständlich reduziert
sich die Zahl der Abzugsringpfannen (und die der ihnen zugehöri-C Cren Aufschmelzpfannen)
auf eins, wenn Hohlkapillaren aus nur einer Mantelsubstanz hergestellt werden sollen.
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Insbesondere rotiert die Anordnung aus Abzugsringpfannen, zentrischer
Druckgasbelieferung und formstarr dazu angeordneten Aufschmelzpfannen um das gemeinsame
Zentrum der Abzugsringpfannen während des Betriebes.
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Die Erhitzung dieser Anordnung im Bereich der Aufschmelz- und Abzugsringpfannen
geschieht beispielsweise durch Flammen, Infrarotstrahlung oder durch induktive Erhitzung,
letzteres mittels einer um das Gesamtsystem konzentrisch angeordneten, elektromagnetisch
hochfrequent schwingenden Induktionsspule. Die Förderung des in das Zentrum einströmenden
Druckgases erfolgt durch eine durch dieses Zentrum geführte Bohrung, an welche nach
hinten ein Rohr angeschlossen ist, welches ein starkes Temperaturgefälle (vorteilhafterweise
durch eine Zusatzkühlung verstärkt) aufweist.
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In dem Fall, bei welchemdas Abzugsringpfannensystem rotiert, ist dieses
Rohr mit einer drehbaren,
gasdichten Verbindung (z. B. Stoffbüchse)
an die Druckgasleitung angeschlossen.
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F i g. 1 zeigt ein solches zweimanteliges System im Schnitt.
Der Spiunkörper selbst ist bei den F i g. 1 bis 4, im Gegensatz zu F i
g. 5, nicht schraffiert, um die übersichtlichkeit nicht zu stören. Ebenso
wurden aus dem gleichen Grund in den F i g. 1 bis 4 mehrere konstruktive
Projektionslinien weggelassen. - Die Kapillare 10 bilden sich durch
senkrechten Abzug aus den Schnielzsümpfen der konzentrischen Ringpfannen
11, 11'. Diese werden über die Kanäle 12, 12', insbesondere unter Einwirkung
der Schwerkraft aus den in diesem Beispiel ringförmig und konzentrisch ausgebildeten
Aufschmelzpfannen 13, 13' gespeist. In diese Aufschmelzpfannen wird die aufzuschmelzende
Substanz als feste Kugeln 14, 14' eingebracht (z. B. durch periodisches Zuführen
aus einem Magazin). Das Beispiel der F i g. 1 zeigt die Erhitzungsart durch
die Flamme 15, die für das zum Zentrum zufließende Druckgas 16 vorgesehene
Rohrleitung 17, die an diese Rohrleitung angesetzte Kühlung 18, das
Lager 19, welches für den Fall, daß das System um seine Achse rotiert, erforderlich
ist, den. Rotationsantrieb 190, die Drehverbindung 191, das für die
Druckgasdosierung erforderliche Reduzierventil 192, welches an dem Hochdruckbehälter
(z. B. Stickstoffflasche) 193 angeschlossen ist. Selbstverständlich kann
in diesem Beispiel auch die Flamme 15 rotieren oder als Ringbrenner ausgebildet
sein, damit das System nichtrotierend ausgebildet sein kann.
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F i g. 2 zeigt die Erzeugung einmanteligeer Hohlkapillaren
mit dem zur Fig. 1 wesentlichen Unterschied, daß die Aufschmelzpfanne
23 in ungefähr gleicher Höhe wie die Abzugspfanne 21 liegt, beide mit
kommunizierend= Spinnschmelzenaustausch über die Zulieferungskanäle 22. Die
Zuführung des aufzuschmelzenden Materials 24 geschieht hier in Stabfonn, die Erhitzung
des Systems durch eine infrarotstrahlende Heizwicklung 25.
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Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Schnitt durch ein ähnliches zweimanteliges
System, bei welchem je-
doch die Aufschmelzpfannen 33, 33' nierenförmig
ausgebildet sind und dementsprechend die Zuführungskanäle 32, 3V nicht gleichmäßig
auf den Umfang der Abzugsringpfannen verteilt sind. F i g. 3 a zeigt diese
Ausführung in der Aufsicht. Weitere Varianten gegenüber den vorhergehenden Figuren
sind: der Abzug der Kapillaren nach oben und die Erhitzung durch eine wassergekühlte,
hoch-frequentschwingende Induktionsspule 30. Die Zulieferung der Spinnschmelze
durch die Kanäle 32, 32' geschieht hier durch die oben erwähnten Kapillarenkräfte
und durch die Kohäsion der zähen Spinnschmelze.
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Es hat sich nun gezeigt, daß durch die Oberflächenspannung der aus
der Ringpfanne abgezogenen Hohlkapillare in ihrem noch, flüssigen Bereich ein relativ
hoher Kompressionsdruck auf ihren inneren Hohlkanal vorhanden ist. Dadurch entstehen
Un, regelmäßigkeiten der Lumenweite, sofern nicht -wie gefunden wurde
- das Druckgas in der Zuführungsleitung bis zu seinem Austritt in das Zentrum
des Abzugsringpfannensystems eine diesen Kompressionsdruck in ihrer Größe weit übersteigende
Druckabfalldifferenz erhält. Dies wird erreicht durch eine entsprechend enge Ausgestaltung
des Gaszulieferungsbereiches 16, 26, 36, oder insbesondere durch Einführen,
eines Widerstandsstiftes 46' in den Kanal 46 (s. F i g. 4). Dieser Stift
kann als profilierter Draht oder als Röhrchen ausgebildet und durch Federung an
der Innenwand der Bohrung 46 genügend verankert sein.
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Die Erzeugung solcher Spinnsysteme geschieht im Sinne der Erfindung
dergestalt, daß man den vorderen, der Hochtemperatur ausgesetzten Kopf vorzugsweise
aus Edelmetallen (wie Platin-Rhodium-Legierung) ausbildet. Weiterhin bildet man
diesen Kopf aus einzelnen, zusammengesetzten, z. B. zylindrischen oder kegeligen
Schalen aus, deren Schnittflächen in den Bereich der Abzugsringpfannen verlaufen,
und arbeitet auf den Mänteln dieser Schalen rillenartige Vertiefungen ein, die nach
dem Zusammensetzen die Zulieferungskanäle bilden.
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F i g. 5 zeigt den aus drei derartigen Schalen 50,
51,
52 zusammen-gesetzten Spinnkopf. An zwei der getrennt cr gezeichneten Schalen
50, 51, 52 sind die eben erwähnten rillenartigen Vertiefungen 51', 52'
zu
ersehen, die nach dem, Zusammensetzen der Schalen die in den Bereich der Abzugsringpfannen
einlaufenden Zulieferungskanäle 51'»', 52"' bilden. Das Teil 53 ist ein im
kälteren Bereich anigeordnetes Verlängerungsrohr aus unedlem Material, beispielsweise
aus Chromnickelstahl. *