DE1239816B - Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasermassen hoher Dichte - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND C03b

EUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche Kl.: 32 a-37/06

Nummer: 1 239 816

Aktenzeichen: O 8375 VI b/32 a

Anmeldetag: 16. November 1961

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasermassen hoher Dichte aus Glasfasern stark unterschiedlicher Längen und Durchmesser, im wesentlichen bestehend aus einer Zentrifuge, die die Schmelze in Primärfäden auszieht, und aus ringförmig angeordneten Glasblasedüsen, die so angeordnet sind, daß sie die Zentrifuge mit einem senkrecht zu den Primärfäden gerichteten, etwa zylinderförmigen Gasmantel umgeben.

Es sind Schleuderverfahren für die Herstellung von Glasfasern und Glaswolle bekanntgeworden, bei denen ein Strom schmelzflüssigen Glases in das Innere eines umlaufenden Elementes eingeführt wird, welches eine Vielzahl von strombildenden Öffnungen seiner Randfläche aufweist. Das Glas wird durch diese Öffnungen nach außen in einen Ausziehblasstrahl hoher kinetischer Energie ausgeschleudert, der die Glasströme zu langen feinen Fasern auszieht. Ein Schleuderverfahren dieser Art hat gegenüber dem älteren Dampfblasverfahren den beträchtlichen Vorteil, daß es für einen gegebenen Energie- und Wärmeeinsatz einen erhöhten Durchsatz ermöglicht und Fasern zu gewinnen gestattet, die hinsichtlich Durchmesser und größerer Längen weniger voneinander abweichen als die nach dem Dampfblasverfahren hergestellten Fasern. Vom Standpunkt einer hohen Dichte aufweisenden Isolierplatte sind die nach dem Schleuderverfahren hergestellten Fasern jedoch unzureichend, weil ihre Durchmesser nicht genügend schwanken und es sich bei ihnen im allgemeinen um lange Fasern handelt. Dies führt dazu, daß praktisch alle Fasern im wesentlichen parallel zu den Hauptflächen der verdichteten Platte verlaufen, die damit eine beträchtlich geringere Widerstandsfähigkeit gegen Zusammendrückung aufweist als die Platten, welche aus nach dem Dampfblas verfahren hergestellten Fasern bestehen.

Erfindungsgemäß sollen nun die Vorteile des Schleuderverfahrens für die Herstellung von Glasfasermassen nutzbar gemacht werden, ohne daß dessen genannte Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Hierbei sollte eine erhebliche Anzahl kurzer, steifer Fasern sich senkrecht zu den längeren parallelen Flächen der verdichteten Platte orientieren.

Bei einer Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasermassen hoher Dichte der eingangs angegebenen Art wird dies erfindungsgemäß nun erreicht durch eine ringförmige Einfassung des Gasmantels, der sich in Strömungsrichtung der Gase stärker erweitert als der Durchmesser des Gasmantels zunimmt, so daß sich zwischen diesem und der Einfassung Gaswirbel bilden; eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasermassen hoher Dichte

Anmelder:

Owens Corning Fiberglas Corporation, Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Dale Kleist, St. Louisville, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. Dezember 1960 (73 880)

Fasern mit einem aushärtbaren Klebemittel; einer Sammelvorrichtung zum Entfernen und Stapeln der Fasern; Pressen, die so ausgelegt und angeordnet sind, daß sie die zu einem Rohling gestapelten Fasern mehrfach zusammendrücken und dazwischen wieder freigeben, und schließlich eine Presse und Heizvorrichtung, die dem Rohling die endgültige Form geben und das Klebemittel aushärten.

Die Maßnahme, die Formgebung der Begrenzungswände für den die Fasern bildenden Gasstrom so zu beeinflussen, daß die Turbulenz des mitgerissenen Luftstroms gesteuert werden kann, ist an sich bekannt, allerdings im Hinblick auf eine Turbulenzverringerung.

Vorteilhaft sind die Pressen nach der Erfindung so ausgelegt und betreibbar, daß der Faserrohling durch jeden Preßvorgang stärker zusammengedrückt wird.

Zweckmäßig besitzten die Austrittsöffnungen der Zentrifuge unterschiedlichen Querschnitt.

Nach der erfindungsgemäßen Maßnahme werden also zunächst durch Erzeugung einer Turbulenz die Fasern miteinander verkettet und Fasern ungleichmäßiger Dicke erzeugt, worauf nach Aufbringen des Klebemittels ein aus diesen Fasern hergestellter Rohling mehrfach zusammengedrückt und wieder freigegeben wird. Infolge der Elastizität und Rückstellfähigkeit der Fasern zwischen den Zusammenpressungen werden die vergleichsweise steifen Fasern auf kürzere Längen gebrochen und ungeordnet orien-

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tiert, d. h., die weniger steifen Fasern zerbrechen nicht und behalten ihre Orientierung bei. Dadurch entsteht ein ausgezeichnets Produkt, bei dem die dünnen Fasern ungebrochen bleiben, während die dicken zerbrechen und quer zur Längserstreckung der Masse verlaufende und daher nach Art von Tragsäulen wirkende Elemente in der Masse bliden.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigt

F i g. 1 eine Teilseitenansicht einer Produktionsanlage, die nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren arbeitet und zur Herstellung von hohe Dichte aufweisenden Glasfaserisolierplatten dient, die beispielsweise eine Dichte von annähernd 0,15 g/ccm aufweisen und Druckkräften von etwa 1,4 kg/cm² bei 2O°/oiger Deformation zu widerstehen vermögen,

F i g. 2 eine teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt wiedergegebene Darstellung einer Faserher-Stellungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 3 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung zur Wiedergabe der Regelung der Einströmung der Umgebungsatmosphäre zur Erzeugung von Luftwirbelströmen zum Aufbrechen der hergestellten Fasern und in

F i g. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Stückes einer gemäß der Erfindung hergestellten, hohe Dichte aufweisenden Glasfaserplatte.

Eine Produktionsanlage für die Herstellung von hohe Dichte aufweisenden Glasfaserplatten besteht aus einer Anzahl von einzelnen Faserherstellungsvorrichtungen 10, von denen zwei vollständig und zwei teilweise in F i g. 1 wiedergegeben sind. Jede Vorrichtung 10 erzeugt eine große Anzahl feiner Glasfasern mit Durchmessern in der Größenordnung von 0,00025 bis 0,02 mm. Diese Fasern werden in jeder Vorrichtung 10 aus einem Strom geschmolzenen Glases 11 hergestellt, der in die entsprechende Vorrichtung 10 aus einem Vorherd 12 oder einer ahnliehen Schmelzglasquelle einfließt.

Nach F i g. 2 fließt der Strom 11 durch eine umlaufende Hohlwelle 13 in das hohle Innere einer Glasherstellungsschleuder 14, die auf dem unteren Ende der Hohlwelle 13 montiert ist. Die Hohlwelle 13 wird mit hoher Geschwindigkeit durch einen Motor angetrieben, der in einem allgemein mit 15 bezeichneten Motorgehäuse sitzt. Innerhalb der Schleuder 14 befindet sich ein Glasverteiler, beispielsweise ein Luftstrahlverteiler 16, welcher den Glasstrom 11 ablenkt und ihn radial nach außen gegen die Innenoberfläche einer Umfangswandung 17 der Schleuder 14 verteilt. Der Glasstrom 11 wird zu einem Verteilerstrom 18 verteilt (F i g. 3), um einen Ringkörper 19 aus geschmolzenem Glas auf der Innenoberfläche der Umfangswandung 17 der Schleuder 14 zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Die Umfangswandung 17 der Schleuder 14 besitzt eine sehr große Anzahl kleiner Öffnungen 20. Diese Öffnungen 20 können in einer Anzahl von Ringreihen eingebohrt oder in anderer Weise hergestellt sein. In F i g. 3 sind vierzehn solcher Ringreihen wiedergegeben. Die Öffnungen 20 können alle den gleichen Durchmesser aufweisen, jedoch besitzen vorzugsweise einige abweichende Durchmesser, wie man aus F i g. 3 erkennt. Beispielsweise sind die obersten fünf Reihen von Öffnungen 20, die durch die Klammer 21 zusammengefaßt sind, und die untersten fünf Reihen, die durch die Klammer 22 zusammengefaßt sind, kleiner als die vier mittleren Reihen, die bei 23 angedeutet sind. Obwohl der Unterschied in den Durchmessern der Öffnungen 20 in der Reihe 23 im Vergleich zu den Reihen 21 und 22 in F i g. 3 übertrieben dargestellt ist, ergibt sich ein Unterschied von 0,2 mm, d. h. eine Wahl der Durchmesser der einen Öffnungen in der Größenordnung von 0,75 und derjenigen der anderen Öffnungen in der Größenordnung von 0,95 und daraus ein beträchtlicher Unterschied der Durchmesser der aus der Schleuder 14 bei ihrem Umlauf ausgezogenen Ströme 24, die gewöhnHch als sogenannte Primärfäden oder -fasern bezeichnet werden, obwohl sie sich noch im flüssigen Zustand befinden. Weisen alle Öffnungen 20 den gleichen Durchmesser auf, dann ist die Streuung der Faserdurchmesser wesentlich kleiner, als wenn man Öffnungen 20 unterschiedlicher Durchmesser benutzt.

Das Ausmaß der Ausziehung feinerer oder gröberer Ströme 24 beim Abfliegen von der Schleuder 14 wird im weiteren Umfang durch die Wärme gesteuert, die auf die Außenwandung der Schleuder 14 und den Bereich in unmittelbarer Nachbarschaft der Umfangswandung 17 von einer Primärheizquelle 25 aufgebracht wird. Gegebenenfalls kann man auch einen Sekundärbrenner 26 verwenden, um die Regelung der Temperatur des die Schleuder 14 umgebenden Bereiches zu erhöhen.

Durch die Zentrifugalkräfte wird das in den Strömen 24 befindliche Material aus der Schleuder 14 nach außen und in einen Ausziehblasstrahl 27 ausgeschleudert, der aus einer ringförmigen Öffnung 28 einer Blasstromquelle, beispielsweise eines Dampfgebiases 29, nach unten gerichtet wird. Beim Eintritt in den Blasstrom 27 werden die Ströme 24 nach unten umgelenkt und durch die auf die Ströme 24 vom Blasstrahl 27 aufgebrachte kinetische Energie stark ausgezogen, so daß Fasern innerhalb eines sich im wesentlichen nach unten bewegenden Vlieses 30 entstehen.

Das Vlies 30 bewegt sich unter dem Einfluß der sich vermindernden Kraft des Blasstrahles 27 nach unten durch einen Führungsring 31, welcher eine Vielzahl von Bindemittelspritzpistolen 32 trägt, die ein Binde- oder Klebmittel auf die Fasern im Vlies 30 versprühen. Das Vlies 30 gelangt bei seiner Abwärtsbewegung in das obere offene Ende einer Haube 33. Die Fasern werden auf einem waagerechten Förderer 34 gesammelt, der sich über den Boden der Haube 33 und über eine Vakuumkammer 35 bewegt. Bei der Bewegung des Förderers 34 über die Haube 33 sammeln sich die Fasern auf dem Förderer als durchgehende Masse oder Rohling 36, der in Richtung zur Austrittsseite der Haube 33 in seiner Dicke zunimmt.

Der Faserrohling 36 wird dann aus der Haube 33 zwischen eine großen Durchmesser aufweisende Druckwalze 37 und den Förderer 34 verbracht, der an dieser Stelle von einer Stützwalze 38 unterstützt ist. Die Walze 37 sitzt oberhalb des Föderers 34 in einem Abstand, der nur einen Bruchteil, beispielsweise ein Drittel oder ein Viertel der Dicke der Fasermasse 36 beträgt. Nach dem Verlassen des Raumes zwischen den Walzen 37 und 38 dehnt sich der Rohling 36 infolge seiner ihm innewohnenden Rückstellfähigkeit auf eine Stärke 39 aus, die geringer als die Anfangsstärke innerhalb der Haube 33, jedoch wesentlich größer als die Stärke zwischen den Walzen

Claims (1)

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   37 und 38 ist. Der Rohling 36 wird dann von einem Unterkante des Randes 48 Luft eintritt, um den Nie-Hilfsförderer 40 zum Eingriff eines Paares von Druck- derdruckraum aufzufüllen. Dadurch entstehen eine walzen 41 gefördert, wo er erneut auf einen kleinen hohe Turbulenz und viele sich drehende oder wir-Bruchteil seiner früheren Stärke zusammengedrückt belnde Ströme, die in F i g. 3 durch kurze gekrümmte wird. Wenn der Rohling 36 zwischen den Druckwal- 5 Pfeile angedeutet sind. Dieser Bereich hoher Turbuzen 41 austritt, wie man im Bereich 42 erkennt, dehnt lenz am und im Randbereich des Strahles 27 wirkt er sich wieder aus, und zwar auf eine Stärke, die auf die vom Strom abgeführten Fasern und unterkleiner als seine Einlaufstärke ist. Nunmehr wird der bricht das Ausziehen einiger Fasern, verteilt die Faserrohling 36 zwischen ein Paar gegenüberliegen- Strömung der anderen, bricht einige längere Fasern der Förderer 43 geführt, zwischen denen der Rohling io in kürzere Fasern auf und sorgt somit dafür, daß die 36 endgültig auf seine gewünschte Stärke zusammen- Schwankungen sowohl hinsichtlich der Durchmesser gepreßt wird. Durch diesen Förderer wird der Roh- als auch der Länge der sich ergebenden Fasern zuling außerdem durch einen Ofen 44 gefördert. Beim nimmt und weniger lange Fasern entstehen.
   Durchgang durch den Ofen 44 setzt sich das Binde- Verwendet man Öffnungen 20 mit unterschied- oder Klebmittel im Rohling 36 ab und hält die Fasern 15 lichem Durchmesser, wie bei der Ausführungsform in ihrer verdichteten Lage, so daß der Rohling beim nach F i g. 3, dann haben die aus den Öffnungen in-Verlassen des Ofens 44 die Form einer ausgehärteten folge der auf sie wirkenden Zentrifugalkräfte austreverdichteten Glasfasermasse aufweist, die beispiels- tenden Ströme 24 unterschiedliche Durchmesser, weise durch die Kreissäge 45 in Längsrichtung und Wird infolgedessen ein Blasstrom 27 von konstanter durch ein Schneidmesser 42 in Querrichtung zu stei- ao Kraft auf die Primärströme 24 von unterschiedlichem fen, dichten Brettern zerschnitten werden kann. Das Durchmesser aufgebracht, dann weisen die vom Blas-Ziel der Erfindung wird durch eine Kombination von strahl 27 ausgezogenen Fasern von allem Anfang an Verfahrensstufen oder Elementen erreicht, die im unterschiedliche Längen und Durchmesser auf. Diese vorstehenden auseinandergesetzt wurden. Aus F i g. 3 Wirkung trägt noch zur Steigerung der Unterschiede erkennt man, daß sich die nach unten gerichtete 25 hinsichtlich der Faserdurchmesser und -längen im Öffnung 28 des Dampfgebläses 29 in der Nähe der Endprodukt bei.

   Oberkante befindet und das Gebläse 29 unterhalb Infolge der Einwirkung der Wirbelströme auf die der Öffnung eine nach außen geneigte Wandung 47 aus den Strömen 24 ausgezogenen Fasern und der sowie in Fortsetzung nach unten einen nach außen Bearbeitung der Faserrohlinge 36 in der vorher angeabgeflachten Ringrand 48 aufweist. Der Rand 48 ent- 30 gebenen Weise, enthält ein gemäß der Erfindung erhält eine Innenkammer 49, die an ein Kühlmittelrohr zeugtes steifes, dichtes Brett Fasern verschiedener 50 angeschlossen ist. Auf diese Weise kann ein flüssi- physikalischer Eigenschaften, wie es allgemein in ges Kühlmittel in den Rand 48 eingeleitet werden, F i g. 4 wiedergegeben ist. Selbstverständlich soll diese um dessen Oberfläche auf einer Temperatur zu hai- Figur lediglich Art und Anordnung der Fasern scheten, die viel niedriger ist als die Temperatur, die sonst 35 matisch wiedergeben. So sind beispielsweise in einem in der erwärmten Umgebung der Zentrifuge 14 vor- gemäß der Erfindung hergestellten Brett Teile der herrscht. Die Ausgestaltung dieses Randes 48 ist für Oberfläche des Brettes durch lange, vorzugsweise die Erfindung kritisch. Der Blasstrahl 27 aus unter dünne Fasern 51, 52, 53 und 54 definiert. Andere Druck stehendem Dampf oder einem ähnlichen Gas ähnliche lange Fasern 55, 56, 57 und 58 erstrecken dehnt sich bei seiner Bewegung aus der Öffnung, aus 40 sich in Längsrichtung durch die Masse des Trägers, der er mit einer Geschwindigkeit austritt, die durch wenigstens im allgemeinen in der Richtung der die entsprechenden Drücke im System gegeben sind, Hauptoberfläche des Trägers, statt in erster Linie aus. In F i g. 3 sind zwei durch eine Aufeinanderfolge senkrecht dazu. Andere Fasern mit etwas größerem von Pfeilen angedeuteten Begrenzungslinien wieder- Durchmesser und damit höherer Steifigkeit, beispielsgegeben, welche die Aufweitung der Begrenzung zwi- 45 weise die Fasern 59, 60 und 61, erstrecken sich durch sehen umgebender Atmosphäre und dem Strahl selbst das Brett im wesentlichen senkrecht zu den Hauptanzeigen sollen. Der Strahl dehnt sich quer zu seiner oberflächen des Brettes. Einige Fasern werden inner-Bewegungsrichtung und parallel dazu aus. Die Zu- halb des Brettes gebrochen, wie man an den Fasern nähme der waagerechten Abmessung des sich bewe- 62 und 63 erkennt, während andere, beispielsweise genden Teiles des Strahles wird als »Ausdehnung des 50 die Fasern 59, 60 und 61 oder kürzere, senkrechte Strahles« bezeichnet. Mit dem Ausdruck »Geschwin- Fasern 64, an der Oberfläche des Brettes gebrochen digkeit der Ausdehnung« soll die Änderung der sind. Ohne Rücksicht auf Durchmesser und Länge horizontalen Abmessung relativ zu der nach unten sind jedoch im wesentlichen alle Fasern mit den andegerichteten Strömung des Strahles 27 wiedergegeben ren Fasern durch Binde- oder Klebemittel 65 gebunwerden. Die Änderung der horizontalen Abmessung 55 den, so daß nach dem Absetzen des Binde- oder ist in etwa durch die Pfeillinien angedeutet. Diese Klebemittels das Brett in seinem verdichteten Zu-Ausdrucksweise wurde gewählt, um diese Begrenzun- stand gehalten wird,
   gen herauszustellen gegenüber der Form der Innenwandung des Randes 48. Patentansprüche:

   Wie man am deutlichsten aus Fig. 3 erkennt, flacht 60 1. Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasersich die Krümmung des Randes 48 nach außen mit massen hoher Dichte aus Glasfasern stark unterhöherer Geschwindigkeit ab, als die »Ausdehnungs- schiedlicher Längen und Durchmesser, im wesentgeschwindigkeit« des Strahles 27, so daß ein sich liehen bestehend aus einer Zentrifuge, die die nach unten erweiternder Raum zwischen dem Außen- Schmelze in Primärfäden auszieht, und aus ringrand des Strahles 27 und dem Rand 48 entsteht. Da 65 förmig angeordneten Glasblasedüsen, die so angeder Rand 48 stärker nach außen ausweicht als der ordnet sind, daß sie die Zentrifuge mit einem Blasstrahl 27, entsteht ein Niederdruckbereich zwi- senkrecht zu den Primärfäden gerichteten, etwa sehen den beiden Begrenzungen, so daß unter der zylinderförmigen Gasmantel umgeben, g e k e η η -

   zeichnet durch eine nngförmige Einfassung des Gasmantels, der sich in Strömungsrichtung der Gase stärker erweitert als der Durchmesser des Gasmantels zunimmt, so daß sich zwischen diesem und der Einfassung Gaswirbel bilden; eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Fasern mit einem aushärtbaren Klebemittel; einer Sammelvorrichtung zum Entfernen und Stapeln der Fasern; Pressen, die so ausgelegt und angeordnet sind, daß sie die zu einem Rohling gestapelten Fasern mehrfach zusammendrücken und dazwischen wieder freigeben und schließlich eine Presse und Heizvorrichtung, die dem Rohling die end-

   gültige Form geben und das Klebemittel aushärten.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pressen so ausgelegt und betreibbar sind, daß der Faserrohling durch jeden Preßvorgang stärker zusammengedrückt wird.

   3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen der Zentrifuge unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 1 086 864.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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