DE1596667A1 - Verfahren und Vorrichtung zur selbsttaetigen Speisung eines beheizten,fluessige Glasmasse enthaltenden,mit Duesen fuer den Abzug von Faeden aus in der Waerme erweichbaren mineralischen Stoffen,insbesondere Glas,ausgeruesteten Behaelters - Google Patents

Description

Patentanwalt

Dipl.-lng.C.-H.HUGS Garmisch-Partenkirchen, 1 Ö.April 1966

Garmisch - Partenkirchen Hs-Ht

Rathaueetraße 14 1596667

Werner Hugo Wilhelm Schuller, München-Grünwald, Dr.Kurt Huber-Slr.1

"Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Speisung eines beheizten, flüssige Glasmasse enthaltenden, mit Düsen für den Abzug von Fäden aus in der Wärme erweichbaren mineralischen Stoffen, insbesondere Glas, ausgerüsteten Behälters"

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Erzeugung von Fäden und Fasern aus in der Wärme erreichbaren mineralischen Stoffen, insbesondere Glas, durch· Abzug von aua öffnungen eines geschmolzenes Glas enthaltenden Behälters fließenden Strömen, aua denen nach ihrer Erhärtung endlose Fäden gewonnen werden, die anschließend zu Strängen zusammengefaßt (Glasseide) oder in längere oder kürzere Fasern (Stapelfasern) zerlegt werden können.

Diese Art der Faden- oder Fasererzeugung setzt die fortlaufende Speisung des die geschmolzene Glasmasse enthaltenden Behälters, d, h. den Ersatz des durch den Fadenabzug fortlaufend entstehenden Verbrauches an flüssigem Glas voraus. Dies kann grundsätzlich auf zwei verschiedene Arten

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geschehen. Eine bekannte Art besteht in der kontinuierlichen Zuführung eines Stromes flüssigen Glases aus einem das .Rohmaterial niederschmelzenden Herd und wird allgemein "Feeder-Verfahren" genannt. Bei der anderen Art wird in die über den Abzugsöffnungen im Behälter stehende Glasmasse im Maße des Verbrauches fortlaufend Glasrohstoff: in Form von in das Glasbad fallenden Kugeln zugeführt,. Diese Art wird allgemein "Marble-Verfahren" genannt.

Da Kugeln verhältnismäßig einfach herzustellen und zu lagern» überall billig zu haben und einfach zu handhaben sind und eine besonders gute Anpassung an den durch das Abspinnen der Fäden eintretenden Verbrauch durch eine kontinuierliche intermittierende Zuführung von unter sich gleichen Portionen erlauben, hat sich das Kugeln als Glasrohstoff verwendende Verfahren bisher in großem Umfang durchgesetzt.

In jedem Falle ist der Boden des die flüssige Glasmasse aufnehmenden Behälters mit den die einzelnen Glasfaden erzeugenden öffnungen ausgerüstet, die vielfach in kleinen Stutzen enden, die "Spinnwarzen" oder "Düsen" genannt werden. Der die flüssige Glasmasse aufnehmende Behälter ist deshalb nachfolgend "Düsenkörper" genannt.

Eine Brüoke zwischen dem Feeder-Verfahren und dem Marble-Verfahren schlagen jene Vorschläge* bei denen die als Glasrohstoff zugeführten Kugeln zunäohst in einet· vom Düsenkörper getrennten Schmelzkammer niedergeschmolaen werden, aus der sie in den meist im Abstand darunterliegenden Düsenkörper als Teilströme oder Tropfen Übergeführt werden.

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Die allgemein gebräuchlichen bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Fäden oder Pasern aus in der Y7ärme erweichbaren Mineralstoffen, insbesondere Glas, bestehen aus einem runden oder viereckigen 300 bis 400 mm Länge oder Durchmesser aufweisenden, elektrisch oder mit Gas beheizten, "Muffel" genannten Herd aus feuerfestem, keramischen oder metallenen Material, dessen Boden aus Platin oder einer Platinlegierung besteht und mit den Düsen für den Glasausfluß versehen ist. Die Decke dieser den Düsenkörper abgebenden Muffeln ist mit einer zentralen Öffnung versehen, durch die die Kugeln in die vom Düsenkörper aufgenommene verflüssigte Glasmasse als Rohnaterialportionen eingeführt werden, Daa Maß des Nachschubes kann dabei durch eine von der Höhe des Glasspiegels im Düsenkörper abhängige Steuerung ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, kontinuierlich intermittierend, d.- h. in regelmäßigen Zeitabständen nach einem bei kontinuierlichem Fadenabzug ermittelten Erfahrungswert die Speisung vorzunehmen,,

Vorrichtungen dieser Art haben einen bekannten Nachteil, für dessen Behebung oder Unterdrückung bereits viele Vorschläge gemacht wurden. Dieser !!achteil liegt darin, daß die in das geschmolzene Glas einfallenden kalten Kugeln in Intervallen einen die gleichbleibende Viskosität, die Voraussetzung des kontinuierlichen,fehlerfreien 3?adenabzuges ist, ungünstig beeinflussenden Kälteschock hervorrufen.

Bei Abviandlun^en dieses bekannten Speiseverfahrens werden die Muffeln bzw« Düsenkörper nicht durch eine zentrale Öffnung, sondern <?eren nolirere, meistens zwei, gespeist.

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Bekannt wurden auch in der Praxis allerdings nicht eingeführte Verfahren, bei denen ala Rohstoff waagerecht in die Glasmasse eingeführte Stäbe verwendet werden. Hierbei muß man jedoch mit einem oben offenen Düsenkörper arbeiten, weshalb Entglasungserscheinungen, z. B. die Bildung einer Oberflächenhaut, nur vermieden werden können, wenn man den jeweils zugeführten Stab sehr schnell erhitzt und zur höchsten Temperatur bringt. Auch in diesem Falle wirkt sich als nachteilig die bereits beschriebene Kälteschockwirkung aus, womit der plötzliche Temperaturabfall in der Umgebung des jeweils neu zugeführten Stabes verstanden wird.

Bekannte Verfahren, die zur Vermeidung dieses Nachteiles mit einer Vor3chmelzkammer arbeiten, weisen einen sehr hohen ?/armebedarf und, d_t h. bei elektrischer Beheizung, einen hohen Stromverbrauch auf, da sowohl die Vorechmelzkammer als auch der Düsenkörper getrennt beheizt werden müssen« Sie haben außerdem den Nachteil, daß sie eine sehr durchdachte, exakt arbeitende und komplizierte Steuerung benötigen, weil in der Vorsclimelzkammer nur soviel Material niedergesclunolzen werden darf, V7ie im Düsenkörper verbraucht wird, und weil bei allen Unterbrechungen des Fadenabzuges stets im aufeinander abgestimmten Zeitmaß der Kugelnachschub, die Vorsclimelzkammer und der Düsenkörper außer I'unk· tion gesetzt werden müssen.

Ein beiden Arten gemeinsamer Nachteil ist ferner, daß der große Wärmeinhalt der geschmolzenen Glasmasse im ■ Düsenkörper leicht zu Verwindungen und Verbiegungen desselben

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führt, was auch der Grund dafür ist, daß in der Praxis Behälter mit einer Länge oder einem Durchmesser von mehr als 500 bis 400 mm nicht eingesetzt werden. Dieser Nachteil macht sich insbesondere dann stark bemerkbar, wenn die Form des zugeführten Glasrohstoffes, z. B. bei waagerecht eingelegten Stäben, oder die Art und Weise der Zuführung des geschmolzenen Glases aus einer Vorschmelzkammer in den Düsenkörper die Verwendung offener Düsenkörper bedingen.

Die Tatsache, daß die bisher vorgeschlagenen und in der Praxis angewandten Verfahren den Einsatz von Düsenkörpern einer Länge über 300 bis 400 mm nicht zulassen, führt zu weiteren erheblichen Nachteilen. Damit man auf der verhältnismäßig kleinen, sich aus der Länge des Düsenkörpers ergebenden Fläche eine möglichst große Zahl von Düsen unterbringt, z. B. die internationale Standardzahl von 102 oder 204 öffnungen, müssen diese so eng wie möglich nebeneinander und hintereinander angeordnet werden, was bei Fadenrissen die Bildung von Tropfen solcher Größe, daß diese infolge ihrer Schwere einen neuen Faden nach sich ziehen, ausschließt« Dies bedeutet, wie noch im einzelnen erklärt werden wird, daß man auf das sog. automatische Anspinnen "durch Tropfenfall" verzichten muß. Außerdem würde bei so eng nebeneinander stehenden Düsen ein senkrecht nach unten fallender, einen neuen Faden nach sich ziehender Tropfen die dicht benachbarten Fäden zerstören, was eine Kettenreaktion von Fadenrissen zur Folge hätte. Aus diesem Grunde strebte man bisher an, den Querschnitt der Düsenöffnungen für den Fadenabzug möglichst klein zu halten (z. B. 0,8 bis 1,2 mm

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Durohmesser), um eine möglichst große Zahl von Düsenöffnuhgen auf verhältnismäßig kleiner Fläche unterzubringen und bei Fadenrissen die jeweils betroffenen Düsen stillzusetzen. Dies wiederum macht es erforderlich, im Düsenraum eine möglichst niedrige Viskosität zu erzeugen, d. h» eine sehr hohe Temperatur anzuwenden und die Glasmasse dünnflüssig zu halten, weil sie andernfalls durch die Düsen geringen Durchmessers nicht durchfließen wird. Die hohe Temperatur der Glasmasse und das Fehlen der Bildung eines Tropfens genügender Schwere nach einem Fadenriß machte ea erforderlich, Kühleinrichtungen unter dem Düsenboden vorzusehen, die bei einem Fadenriß den Glaszufluß der betreffenden Düsenöffnung zur Erstarrung bringen. In der Praxis war bisher üblich, bei mehr als vier Fadenrissen, insbesondere bei der Erzeugung feiner Glasseide hoher Qualität, die Produktion ganz zu unterbrechen, um anschließend die "eingefrorene" Glasmasse an und in den Düsen wieder aufzutauen,

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erzeugung von Fäden und Fasern aus Glas zu schaffen, das bei niedrigem Stromverbrauch und Erzielung der erforderlichen gleichbleibenden Viskositätszonen im Behälter es gestattet, mit konstruktiv einfachen Mitteln einen längeren, d. h. mehr als 400 mm langen Düsenkörper mit portionsweise zugoführtem Glasrohstoff zu beschicken und funktionierend zu halten. Zur lösung dieser Aufgabe wird allgemein vorgeschlagen, die Glasportionen in Form von Kugeln, Quadern oder Würfeln in nebeneinander

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liegenden, getrennten "Reihen einzeln getrennten, in direkter aber quersohnifctsverengter Verbindung mit dem die flüssige Glasimasse aufnehmenden Düsenkörper stehenden Räumen euBuführGn, in denen sie sowohl durch einen Teil der Wandung des DÜsenkörpers als auch durch die Abstrahlungswärme der darunterstehenden flüssigen Glasmasse nacheinander fortschreitend erwärmt, erweicht und schließlich geschmolzen werden. In der Zeichnung ist ein Querschnitt und eine Teilaufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung in etwa natürlichem Haßstab zur Anschauung gebracht«

Mit 1 ist ein hier im Querschnitt etwa trapezförmiger, aus einem elektrisch leitenden, hochhitzebeständigen Material, z. B, Platin oder einer Platinlegierung, bestehender Düsenkörper bezeichnet, der die flüssige Glasmasse 2 aufnimmt, die durch Düsen 3 unter Bildung eines sog. Spinnkegels 4 ausfließt, von denen die Fäden 5 abgezogen werden. Ist ein Faden gerissen, so bildet sich ein Tropfen 6, der einen neuen Faden 5a erzeugt.

Über die Länge des Düsonkörpers 1 verteilt, sind zweckmäßig in gleichen Abständen erfindungsgemäß Vorschmelz-•kammern 7 vorgesehen, die zur Aufnahme jeweils nur einer Glasportion, beispielsweise einer Kugel 8, bestimmt sind, und deren Böden mit dem Düsenkörper 1 elektrisch leitend verbunden sind.

Die Böden der Vorschmelzkammern 7 haben eine zentrale öffnung 9» deren Durchmesser geringer als die lichte 7eite äes Düsenkörpers 1 ist.

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Der Düsenkörper ist seitlich mit Anschlüssen 10 für die den gesamten Düsenkörper erwärmende elektrische Heizung versehen*

Da der Boden einer jeden Vorschmelzkammer eine öffnung 9 aufweist, werden Ringflächen 11 gebildet, die, da sie mit dem Düsenkörper elektrisch leitend verbunden sind, z. B. durch Verschweißen, vom Strom durchflossen werden und als Heizelemente dienen. Die in die Vorschmelzkammer 7 hineinfallende Kugel 8 wird demnach durch die in der Kammer bereits befindliche erwärmte und erweichte, von der vorherigen Kugel 8a herrührende Glasmasse vorgewärmt. Wenn sie im Maße des Verbrauches der Glasmasse im Düsenkörper weiter in Pfeilrichtung B absinkt, gelangt sie zunehmend in den Einflußbereich der Strahlungswärme der Glasmasse 2 und erweicht dabei, bis sie mit der elektrisch beheizten Ringfläche 11 in Berührung kommt, weiter erweicht wird und, wie dargestellt, breitläuft. Die halsartige Verengung zwischen der Vorschmelzkammer 7 und dem Düsenkörper 1 verzögert den Durchfluß der oberhalb dieser Einschnürung in der Vorschmelzkammer befindlichen plastischen und in der Nähe des Düsenkörpers zunehmend flüssiger werdenden Glasmasse, so daß auch eventuell durch die Hohlräume 12 zwischen den Kugeln entstehende Luftblasen Zeit haben, zu entweichen. Zu diesem Zweck wird die lichte Weite der Vorschmelzkammern auch etwas größer als der Außendurchmesser der zugeführten Glasportionen gehalten.

Die Ringflächen 11 können ein integraler Bestandteil der Vorschmelzkammern 7 sein, und in diesem Fall bleiben

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zwischen den Vorschmelzkammern Lücken. Die Ringflächen 11 können aber auch von einer mit Öffnungen 9 versehenen durchgehenden Decke 13 des Düsenkörpers herrühren. In jedem lalle durchfließt der den Düsenkörper 1 über die Anschlüsse 10 erwärmende Hauptstrom nur diesen und die Ringflächen 11 bzw. die Decke 13,. Die Wandungen der Vorschmelzkammern 7 werden also selbst nicht beheizt und dadurch dafür gesorgt, daß auf die der gerade niederschmelzenden Kugel 8a folgenden Kugeln nur die Abstrahlungswärme einwirken kann, also ein Ankleben dieser Kugeln an der Wandung der Vorschmelzkammern und ein bei Nichtverbrauch der im Düsenkörper 1 befindlichen Glasmasse 2 exzessives Ansteigen des Glasvolumens vermieden wird. Nur die beheizten Flächen 11 also erweichen und schmelzen die sie jeweils berührenden Kugeln,, während die darüber befindlichen Reserveportionen durch "die Strahlungshitze der darunter befindlichen Glasmasse vorgewärmt, aber nicht gaeohmolzen werden. Auf diese \7eise wird sowohl erreicht, daß der Nachschub ohne Verwendung komplizierter Regeleinrichtungen nur im Maße des Verbrauches durch das Abziehen der ffäden 5 erfolgt, als auch eine als günstig erkannte in Richtung auf die Düsen 3 allmählich abnehmende Viskosität der Glasmasse erzielt*

Da die Decke 13 des Düsenkörpers bzw» die den Boden der Vorschmelzkammern bildenden Ringfläohen 11 auch den Düsenkörper zu einem mehr oder minder geschlossenen Gebilde machen und ihn somit versteifen, können auch Vorwindungen und Vorbiegungen desselben nicht mehr auftreten. Die von der"Bu--

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festigung der Vorschmelzkammern an dem Düsenkörper bzw.

dessen Decke herrührenden Schweißnähte erhöhen die Verwindungssteifigkeit. Dies ermöglicht" es, die Düsenkörper länger als bisher möglich vorzusehen, was es wiederum gestattet, bei im Verhältnis zu bekannten Einrichtungen gleicher Zahl von Abspinnstellen diese weiter auseinander zu rücken. Dies wiederum bedeutet, wie bereits ausgeführt, daß auch im Durchmesser größere Düsenausgänge mit der Möglichkeit der Bildung von Tropfen genügender Schwere, um bei Fadenrissen einen neuen Faden von selbst zu erzeugen, untergebracht werr· den können.

Jeder Vorschmelzkammer ist eine Kugelzu- und -einfÜbungseinrichtung zugeordnet, die bei dem dargestellten Beispiel allgemein eine schiefe Ebene iat. Sie ist als Rinne H ausgebildet. 15 ist eine nicht unbedingt erforderliche, aber das Bindringen von Schmutz und Staub in den KugelnacfeA schub verhindernde Deckleiste, die mit Seitenwänden XS versehen, die schiefe Ebene zu einer geschlossenen kastenartiges oder rohrartigen Rinne vervollständigen kann, Aus Sig. 2 ist ersichtlich, daß die Rinnen H unabhängig nebeneinander an*- geordnet sein können. Selbstverständlich körnnen alle Rinne* . auch zu. einem einheitlichen System vereinigt seift» Hmr auf die sich erweichende Glasmasse 8a in der Vorsehmelakammer 7 ausgeübte Druok kann durch Verstellung der Neigung der Riiu» H variiert werden, wodurch sich natürlich auch das Maß der Beeinflussung durch V/ärmestrahlung dejfc* in Reserve stehenden Kugeln, z. B, der Kugel 8b, variieren läßt.

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Bei Einsatz eines Dusenkörpors, von beispielsweise 1000 mm Länge,kann man bei Verwendung von Kug'eln der internationalen-Standardgröße von 22 mm 30 und mohr Rinnen 14 unterbringen. Anstelle von Kugeln können auch würfel- oder quaderförmige Stücke benutzt werden, solange diese etwa gleiches Gewicht und keine scharfen Kanten aufweisen*

17 und 18 sind zwei oinen einheitlichen Körper ergebende Leisten aus hitzebostündigem Material, z. B. Schamotte, die die AbStrahlungswärme dea Düsenkörpers aufnehmen und diesen sowie die Vorschmelzkammern stützen und ihre Befestigung im Maschinenrahmen ermöglichen.

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Claims (5)

1. Paten tansp r ü c h_^e

   1J Verfahren zur selbsttätigen Speisung eines beheizten, flüssige Glasmasse enthaltenden, mit Düsen für den Abzug von Fäden aus in der Wärme erweichbaren mineralischen Stoffen, insbesondere Glas, ausgerüsteten Behälters mittels auf geneigten Ebenen bereitstehenden Glasportionen in Form von Kugeln, Quadern oder Würfeln, dadurch gekennzeichnet , daß die Portionen in nebeneinander liegenden, getrennten Reihen einzeln getrennton, in direkter aber querschnittsverengter Verbindung mit dem Behälter stehenden Vorschmelzräumen zugeführt werden, die jeweils nur eine Portion aufnehmen, die durch die Abstrahlungswärme des Behälterinhalts erwärmt, im weiteren Niedersinken erweicht und danach durch direkte Erwärmung eines beheizten Teiles dos Behälters derart niedergeschmolzen wird, daß sie mit dem Behälterinhalt eine einheitliche, aber gegenüber der über den Düsen stehenden höher viskose Glasmasse bildet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der auf die in den Vorschmelzräumen befindliche Glasmasse ausgeübte Druck durch Änderung der Neigung der die Portionen bereitstellenden Ebenen beeinflußt wird.

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3. 3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 unter Verwendung eines flüssiges Glas aufnehmenden, im Boden mit Düsen für den Fadenabzug ausgerüsteten Behälters, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Behälter nebeneinander zur Aufnahme jeweils nur einzeln übereinanderstehender Portionen bestimmte Vorschmelzkammern vorgesehen sind, in die ihnen einzeln zugeordnete, geneigte Ebenen münden und deren mit einer Öffnung versehene, eine querschnittsverengte Verbindung mit dem Behälter schaffenden Böden metallisch leitend mit dem Behälter verbunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschmelzkammern eine den Glasportionen angepaßte Form haben und· einen gegenüber dem Durchmesser der Portionen geringfügig größeren Innendurchmesser aufweisen.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Böden der Vorsohmolzkämmern Teil eines mit Öffnungen versehenen Deckels des Behälters sind.

   / 6, Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Neigung der Ebenen für den Kugelnachechub verstellbar ist.

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