DE1471982C - Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern, bestehend aus einer Quelle von geschmolzenem Glas, einer faserbildenden Düse mit einer Vielzahl von öffnungen, durch die geschmolzenes Glas strömt und zu Glasfasern gestreckt wird, einer Vorrichtung zum Bündeln der Glasfasern zu einem Strang, einem Paar endloser Bänder, deren Oberflächen sich gegenseitig berühren und zwischen denen der Strang geführt wird, Vorrichtungen, durch die die Bänder schnell auf einem vorbestimmten Weg bewegt werden und Vorrichtungen, zur steilen Änderung der vorbestimmten Bewegungsrichtung der Bänder, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtungen zur schnellen Bewegung der Bänder aus einem Paar Rollen mit relativ großem Durchmesser, die je eines der Bänder erfassen und einer Antriebsvorrichtung zum Drehen der Rolle und die Vorrichtungen zur steilen Änderung der Bewegungsrichtung der Bänder aus ein' Paar Zapfen mit relativ kleinem Durchmesser, über die sich die Bänder bewegen und die von der Bewegungsvorrichtung im Abstand angeordnet sind, bestehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet für das kontinuierliche Strecken oder Verjüngen von Glasfasern aus Strömen geschmolzenen Glases, die aus den Öffnungen einer Glasfaserdüse fließen. Dies wird erreicht, indem man an die Glasströme Zugkräfte anlegt, wodurch die Ströme gestreckt oder verjüngt werden und eine Gruppe der gebildeten Fäden in Form eines im wesentlichen nicht gezwirnten mehrfädigen Stranges weggeführt wird.

Bisher wurden die Glasströme durch Erfassen der Fäden durch die Außenseite einer Hülse gestreckt, die auf einer Drehspindel sitzt, wobei der Strang unter Bildung eines Knäuels auf die Hülse aufgewickelt wird. Bei diesem Verfahren des Streckens und Aufnehmens des Stranges wächst die Spannung in der Masse der sich ansammelnden Fäden, während sie auf dem sich ständig vergrößernden Umfang der Hülse aufgewickelt werden. Diese Fäden müssen später zur weiteren Behandlung des Stranges von dem Knäuel abgewickelt werden, und infolge der Spannung, die sich entwickelt hat, traten bei der Entfernung des Stranges von dem Knäuel gewisse Schwierigkeiten auf. Es ist verständlich, daß die die Streckung bewirkende Kraft verändert wird, da sich der Durchmesser des Knäuels ändert, während, sich die Fäden darauf ansammeln, was bei Abwesenheit anderer Kontrollen zu einer Produktveränderung infolge einer Veränderung der streckenden Kraft führt. Um die Veränderung der Streckkräfte zu kompensieren, werden im allgemeinen komplizierte Temperatursteuervorrichtungen vorgesehen, durch die die Viskosität des Glases in dem Strom verändert wird. Die Temperaturkompensation ist jedoch lediglich ein Kompromiß, da sie zu einem Strang führt, der Veränderungen des Fadendurchmessers aufweist.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, verschiedene Formen von miteinander im Eingriff stehenden Rollen zu verwenden, um die streckende Kraft auf die Fäden anzuwenden. Derartige Rollen waren nicht sehr zufriedenstellend, da die gebündelten Fasern die Neigung haben, sich zu trennen und am Umfang der Rollen hängenzubleiben. Diese Schwierigkeit ist besonders ernst, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Rolle einen Wert erreicht, der das Verfahren wirtschaftlich durchführbar macht. Geschwindigkeiten von bis zu 2438,4 bis 4572,0 m/Min, sind bei Verfahren zur Herstellung eines mehrfädigen Stranges nicht ungewöhnlich.

Es wurden zahlreiche Versuche durchgeführt, um die Zugrollen so zu modifizieren; daß die Fasern aus der Fassung zwischen den die Fasern haltenden Rädern weggeschleudert werden. Bei einem Versuch, die Schwierigkeiten des Standes der Technik zu überwinden, wird der Strang infolge der Kontur des Umfangs der im Eingriff stehenden Rollen verformt. Bei anderen Versuchen wurde der Umfang der Rollen modifiziert, um die auf die Rollen wirkende Zentrifugalkraft auszunutzen und die Fasern physikalisch zu erfassen und in eine gewünschte Bewegungsrichtung zu schleudern. "■ ·

Gemäß der Erfindung werden die Ströme des geschmolzenen Glases, die aus einer Glasfaserdüse fließen, zu einem Strang gebündelt, nachdem ein Binde- oder Schlichtemittel auf die einzelnen Fasern aufgebracht wurde, und der Strang wird zwischen ein Paar ineinandergreifender Oberflächen geführt, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit in der Größenordnung von 1524 m/Min, und mehr bewegen. Durch die Erfassung der Stränge durch die Oberflächen wird eine streckende Kraft auf die Fäden ausgeübt, und der Strang wird auch in einer gegebenen Richtung bewegt. Die Bewegungsrichtung der erfassenden Oberflächen wird plötzlich verändert, während die dem Strang mitgeteilte Bewegung weiter in der gleichen Richtung verläuft. Infolge der plötzlichen Veränderung der Bewegungsrichtung der erfassenden Oberflächen und der auf den Strang wirkenden Trägheit erfolgt kein Festkleben der Fäden des Stranges. Der Strang wird auf keine Weise verformt und kann in einem Eimer oder auf einem Rohr gesammelt werden oder kann als Matte auf einem mit Öffnungen versehenen Förderer abgelagert werden. Wegen der Gleichmäßigkeit der Streckkraft ist der Durchmesser jeder Faser über ihre gesamte Länge hinweg gleichmäßig.

Die Grundgedanken der Erfindung werden durch die Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.

Fig. 1 ist eine Dreiviertelansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit der die Fasern bildenden Düse, einer Bindemittelaufbringungsvorrichtung und einem Bündelungsschuh;

F i g. 2 ist eine vergrößerte Ansicht und zeigt eine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 3 ist eine Seitenansicht der in F i g. 2 gezeigten Vorrichtung;

F i g. 4 ist eine der F i g. 2 ähnliche Ansicht und zeigt eine andere Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; .

F i g. 5 ist ein Aufriß der Vorrichtung der F i g. 4, die geeignet ist, einen Strang auf einen mit Öffnungen versehenen Förderer als Mattenprodukt abzulegen;

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Lagerzapfen oscilliert, und den Mechanismus zum Oszillieren oder Hin- und Herbewegen des Lagerzapfens;

F i g. 7 zeigt eine weitere andere Ausführungsform mit einer Vorrichtung zum Oszillieren oder Hin- und Herbewegen mindestens eines der Bänder, die den Strang erfassen. '

Bei den verschiedenen Figuren werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen Teile verwendet.

In F i g. 1 ist eine Faserdüse 10 dargestellt, die eine Masse aus geschmolzenem Glas 12 enthält, das in Form von Strömen durch eine Mehrzahl von Düsenöffnungen 14 fließt. Es können 200 bis 400 oder mehr Öffnungen in der Düse vorgesehen sein. Die Ströme werden mittels einer mit 18 bezeichneten und nachstehend eingehend beschriebenen Strangabziehvorrichtung zu Fäden 16 gestreckt. Die Fäden 16 sind so gerichtet, daß sie einen Riemen 20 einer Bindemittelaufbringungsvorrichtung üblicher Konstruktion berühren, die allgemein mit 22 bezeichnet ist. Der Riemen 20 ist endlos und wird durch eine Rolle 24 angetrieben, die ihrerseits durch einen (nicht gezeigten) geeigneten Motor getrieben wird. Die Aufbringungsvorrichtung 22 wird durch einen geeigneten Halter 28 so getragen, daß sie starr an der gewünschten Stelle angeordnet ist. Ein Bindemittel, wie z.B. Stärke, wird geregelt auf den Riemen 20 und durch Kontakt mit diesem auf die Fäden 16 aufgebracht. Es können andere Sorten von Bindemitteln und Aufbringungsvorrichtungen verwendet werden.

Die mit Bindemittel überzogenen Fäden werden dann über einen Bündelungsschuh 30 geführt und dort zu einem im wesentlichen nichtgezwirnten mehrfädigen Strang 32 gebündelt. Der Strang 32 wird zwischen ineinandergreifende Teile der Bänder 34 und 36 der Vorrichtung 18 geführt und am unteren Ende der Vorrichtung 18 ausgetragen, um in beliebiger bekannter Weise oder auf einem mit Öffnungen versehenen Träger aufgenommen zu werden.

Das Band 34 der Vorrichtung 18 wird durch die Rolle 38 angetrieben, die ihrerseits durch eine geeignete Vorrichtung angetrieben, die hier als der auf einer Halterungsplatte 41 vorliegende Motor 40 bezeichnet ist. Bei dem Motor 40 kann es sich um einen Preßluftmotor üblicher Bauart handeln, dem Preßluft durch den Schlauch 42 zugeführt wird, der wiederum mit einer geeigneten Preßluftquelle in Verbindung steht. Die Rolle 38 wird mit einer so hohen Geschwindigkeit angetrieben, daß sie lineare Umfangsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1524 m/ Min. und mehr beträgt. Es wurde gefunden, daß .Rollen mit einem Durchmesser von 7,62 bis 20,32 cm zufriedenstellend arbeiten. Das Band 34, das im allgemeinen aus einer synthetischen Faser wie Nylon oder anderen synthetischen Materialien hergestellt ist, ist außerordentlich dünn mit einer Dicke von etwa 0,254 bis 1,016 mm und einer Breite von 3,175 mm oder mehr; es ist biegsam und läuft über einen stationären Zapfen 44, der starr an einer Halterung 46 angeordnet ist. Eine Einstellung der Stellung des Zapfens 44 wird durch Einstellung der Position der Halterung 46 vorgenommen. Die Halterungsplatte 41 ist mit einem bogenförmigen Schlitz 48 versehen und nimmt Bolzen SO auf, die durch Schlitze 52 in der Halterung 46 greifen. Der Zapfen 44 hat einen viel kleineren Durchmesser als die Rolle 38, so daß das Band 34 beim Umlauf um den Zapfen plötzlich seine Bewegungsrichtung ändert.

Es wurde gefunden, daß Zapfen mit einem Durchmesser von 6,35 bis 12,7 mm geeignet sind, um die plötzliche Änderung der Bewegungsrichtung zu bewirken. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein drehbarer Zapfen drehen würde, schließt die Drehung des Zapfens aus, weil für derartige Drehzahlen keine geeigneten Lager bekannt sind. Beispielsweise müßte sich ein Zapfen mit einem Durchmesser von 6,35 mm mit einer'Geschwindigkeit von etwa 80 000 U/Min, drehen, wenn die lineare Geschwindigkeit des Bandes !524 m/Min, erreicht. Die jetzt erreichten höheren Ii-

nearen Bandgeschwindigkeiten ergeben eine höhere Umdrehungszahl.

Das Band 36, das einen das Band 34 berührenden Teil aufweist, wird durch eine Rolle 56 angetrieben, die durch eine (nicht gezeigte) geeignete Antriebsmaschine oder eine geeignete Antriebsvorrichtung vom Motor 40 getrieben wird, z.B. durch eine Treibriemenanordnung, die der mit Bezug auf F i g. 5 beschriebenen ähnlich ist. Der Riemen 36 ist im allgemeinen mit dem Riemen 34 identisch und läuft über einen stationären Drehzapfen 58, der ebenfalls im allgemeinen mit dem Zapfen 44 identisch ist. Das Band 36 verändert beim Umlaufen um den Zapfen 58 plötzlich seine Bewegungsrichtung. Der Strang 32 wird durch die Bänder 34 und 36 entlang ihrer ineinandergreifender Teile erfaßt und schnell abwärts bewegt, so daß auf die aus den Öffnungen 14 austretenden Glasströme eine streckende Zugkraft einwirkt, wodurch die Fäden 16 gebildet werden. Infolge der Trägheitskraft wird die Abwärtsbewegung des Stranges fortgesetzt, wenn der Strang von den erfassenden Oberflächen der Bänder 34 und 36 freigegeben wird. Die plötzliche Richtungsänderung der Bänder bei ihrem Umlauf um ihre jeweiligen Zapfen stellt sicher, daß der Strang seine Bewegungsrichtung infolge der auf ihn einwirkenden Trägheitskräfte beibehält, wodurch ein Mitziehen des Stranges oder der Fäden um die Bänder und ihre jeweiligen Zapfen herum verhindert wird. Darüber hinaus wirft die auf die Bänder wirkende Zugkraft sämtliches an ihnen haftendes Bindemittel von den Bändern. Die Zentrifugalkraft beträgt etwa 50 000 g, wenn das Band mit einer Geschwindigkeit von 3048 m/Min, um einen Zapfen mit einem Durchmesser von 12,7 mm läuft.

Der Drehzapfen 58 ist auf die gleiche Weise befestigt wie der Zapfen 44 und seine Stellung kann mittels einer mit einem Schlitz versehenen Halterung 46' und Bolzen 50' verändert werden, die durch Schlitze 52' in der Halterung 46' und einen bogenförmigen Schlitz 48' in der Platte 41 greifen. Zur Erleichterung der Be-Schreibung erfolgt die Bezeichnung mit Primzahlen.

Wie angegeben, handelt es sich bei den Drehzapfen 44 und 58 um stationäre Teile, weil es nicht möglich ist, geeignete Lager bereitzustellen, die bei Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 80 000 Umdr./ Min. verwendet werden können, wie sie beim Betrieb der Vorrichtung auftreten. Die Schmierung des Zapfens und des Bandes erfolgt, indem man der Trägerfläche ein geeignetes Kühlmittel, wie z. B. Wasser, zuführt. Eine Einrichtung zur Vornahme dieser Schmierung wird später eingehender beschrieben.

In den F i g. 2, 3 und 4 ist die Vorrichtung 18 in größerem Maßstab dargestellt. F i g. 2 und 4 unterscheiden sich durch die Stellung der Drehzapfen 44 und 48. Die mechanische Struktur der Vorrichtung dieser beiden Figuren ist die gleiche. Andere Anordnungen der verschiedenen Teile sind möglich, indem man die Stellungen der Zapfen 44 und 58 austauscht. Die Arbeitsweise ist jedoch die gleiche. F i g. 3 ist eine Seitenansieht der in Fig. 2 gezeigten Anordnung und zeigt Konstruklionseinzelheiten. Die Rolle 38 ist auf der Welle 60 des Preßluftmotors 40 mittels einer Mutter 62 befestigt. Die Rolle 56 wird von der Welle 64 getragen, die drehbar in einem Wellcnlager 66 gelagert ist, das mit der Platte 48 verbunden ist. Wie bereits angegeben wurde, kann die Welle 64 durch einen geeigneten Motor angetrieben werden oder kann mittels eines Antriebsmechanismus durch den Motor 40 angetrieben werden. Es ist jedoch wichtig, daß die Rollen 38 und 56 mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben werden.

Wie bereits angegeben wurde, ist eine Schmierung der Oberfläche zwischen den Bändern 34 und 36 und den Zapfen 44 und 58 erwünscht. Ein Mechanismus zur Durchführung dieser Schmierung ist in F i g. 3 gezeigt. Beide Zapfen 44 und 58 sind mit zentralen Bohrungen 68 versehen, die sich an dem Ende der Zapfen öffnen, an dem die Zapfen mit der Platte 41 verbunden sind. Die Bohrung 68 erstreckt sich bis zu einem Punkt nahe dem anderen Ende des Zapfens. Jeder Zapfen ist mit einer zweiten Bohrung versehen, wie bei 70 gezeigt ist, so daß die Bohrungen 68 und 70 mit der Außenseite des Zapfens verbunden sind. Ein mit dem Zapfen 44 und einer (nicht gezeigten)·Wasserquelle verbundener Schlauch'72 führt der Bohfung 68, der zweiten Bohrung 70 und der Fläche zwischen dem Zapfen 44 und dem Band 34 Wasser zu und verhindert die Entstehung von Reibungswärme.. Andere Materialien, wie z. B. Preßluft, könnten für den gleichen Zweck verwendet werden und in Abwesenheit der Bohrungen in jedem Zapfen kann Wasser von oben auf die Zapfenoberfläche gesprüht oder getropft werden.

In F i g. 5 ist die Abziehvorrichtung 18 gezeigt, die auf einer sich seitlich über einem mit Öffnungen versehenen Förderer 92 erstreckenden Halterung 90 so angeordnet ist, daß sie sich hin- und herbewegen kann. Vorrichtungen wie z. B. ein Preßluftmotor und geeignete Begrenzungsschalter können vorgesehen sein, um die Vorrichtung 18 innerhalb der Begrenzungen der Halterung 90 seitlich über dem porösen Förderer zu bewegen, der sich wie in der Zeichnung erläutert ist, in einer Richtung bewegt, die zur Bewegung der Abziehvorrichtung 18 senkrecht steht. Die Geschwindigkeit des Förderers und die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Vorrichtung 18 bestimmt die Dichte des Produktes.

In F i g. 5 ist auch eine geeignete Antriebsvorrichtung zum Antrieb der Rollen 36 und 56 mit gleicher Geschwindigkeit dargestellt. Hier ist die Rolle 36 auf einer Welle 96 angeordnet, die auf der der Rolle 36 entgegengesetzten Seite der Halterungsplatte eine zweite Rolle 98 trägt. Die Rolle 56 ist gleichfalls auf einer Welle 100 befestigt, die eine zweite Rolle 102 trägt. Ein endloser Riemen 104 ist, wie gezeigt, über die Rollen 98 und 102 sowie über eine Antriebsrolle eines geeigneten (nicht gezeigten) Motors geführt. Auf diese Weise werden gleiche Umdrehungsgeschwindigkeiten sichergestellt. Diese Antriebsart gestattet auch die seitliche Bewegung der Platte 51 als Schlitten ohne Bewegung des Motors.

Es ist auch möglich, den Zapfen 44 und/oder den Zapfen 58 hin- und herzubewegen, um den Strang in Windungen großen Durchmessers abzulegen. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, kann die Hin- und Herbewegung des Zapfens 44 dadurch erreicht werden, daß man den Zapfen 44 mit einer Kurbel 106 verbindet, die ihrerseits mit einem Exzenter 108 verbunden ist, der durch einen Motor gedreht wird, wodurch der Zapfen mit der gewünschten Frequenz hin- und herbewegt wird. Der Zapfen 44 muß so angeordnet sein, daß er sich in einer gewünschten Bahn bewegt. Wenn der Zapfen 44 hin- und herbewegt wird, ist die Bewegungsrichtung des ausgetrageneii Stranges ausgeprägter als bei Abwesenheit dieser Hin- und Herbewegung. Eine derar-

tige Bewegung des Zapfens 44 ist bei der Herstellung eines Mattenproduktes erwünscht, weil ohne die Verwendung eines Bindemittels in der Matte eine Matte . hergestellt werden kann, die in hohem Maße zusammenhält. ₍

Eine andere Vorrichtungsart zur Veränderung der Bahn des ausgetragenen Stranges ist in F i g. 7 erläutert. Bei dieser Ausführungsform ist ein mit Schaufeln versehener ,Rotor 110 so zwischen den Bahnen des Bandes 34 angeordnet, daß alle Schaufeln 112 nacheinander die den Strang erfassende Oberfläche des Bandes 34 berühren, das Band verschieben und die normale Bewegungsbahn des ausgetragenen Stranges verändern. Die Häufigkeit der Hin- und Herbewegung des Bandes wird durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 110 bestimmt, der durch irgendeinen

(nicht gezeigten) geeigneten Motor, vorzugsweise einen Regelmotor, angetrieben werden kann. Mit einer derartigen Anordnung sind Modifikationen des hergestellten Produktes möglich.

Bei den vorstehend beschriebenen Modifikationen wird ein Zapfen hin- und herbewegt. Eine Hin- und Herbewegung beider Zapfen liegt im Rahmen der Erfindung.

Im vorstehenden wird nur die Erfassung eines einzelnen Stranges durch die Bänder beschrieben. Es ist möglich, mit einer Mehrzahl von Strängen zu arbeiten und sie mindestens bis zum Austragen getrennt zu halten. Abstände zwischen ihnen von 3,175 mm genügen. Wenn die Stränge aufgewickelt werden, kann dies getrennt oder gleichzeitig auf dem gleichen Knäuel geschehen. .

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 309 621/128

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern, bestehend aus einer Quelle von geschmolzenem Glas, einer faserbildenden Düse mit einer Vielzahl von öffnungen, durch die geschmolzenes Glas strömt und zu Glasfasern gestreckt wird, einer Vorrichtung zum Bündeln der Glasfasern zu einem Strang, einem Paar endloser Bänder, deren Oberflächen sich gegenseitig berühren und zwischen denen der Strang geführt wird, Vorrichtungen, durch die die Bänder schnell auf einem vorbestimmten Weg bewegt werden und Vorrichtungen, zur steilen Änderung der vorbestimmten Bewegungsrichtung der Bänder, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur schnellen Bewegung der Bänder (34, 36) aus einem Paar Rollen (38, 56) mit relativ großem Durchmesser, die je eines der Bänder (34, 36) erfassen und einer Antriebsvorrichtung (40) zum Drehen der Rollen (38,56) und die Vorrichtungen zur steilen Änderung der Bewegungsrichtung der Bänder (34, 36) aus ein Paar Zapfen (44, 58) mit relativ kleinem Durchmesser, über die sich die Bänder (34, 36) bewegen und die von der Bewegungsvorrichtung im Abstand angeordnet sind, bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zapfen (44, 58) eine glatte Oberfläche besitzt und feststehend nicht drehbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung (68, 70, 72) aufweist, durch die die über die Oberfläche der Zapfen (44, 58) laufenden Bänder (34,36) geschmiert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmiervorrichtung eine Vorrichtung (68, 70, 72) umfaßt, durch die ein fließendes Kühlmaterial zwischen die Bänder (34, 36) und die berührte Oberfläche der Zapfen (44, 58) geführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung aufweist (106, 108 oder 110, 112), durch die mindestens ein Band (34, 36) so hin- und herbewegt wird, daß die Bewegungsbahn des ausgetragenen Stranges (32) modifiziert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für das Hin- und Herbewegen mindestens eines der Bänder (34, 36) eine Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen (106, 108) des Zapfens (44, 58) für das Band umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen des Bandes (34 und/oder 36) einen Rotor (110) mit im Abstand voneinander angebrachten, periodisch das Band erfassenden Teilen (112) und eine Vorrichtung zum Drehen des Rotors umfaßt.