DE1596667B2 - Vorrichtung zur herstellung von glasfaeden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfäden, bei der Glasportionen, insbesondere Glaskugeln, über eine geneigte Ebene eingespeist und die Fäden aus einer Ziehkammer abgezogen werden. Bei der Erzeugung von Fäden und Fasern aus in der Wärme erweichbaren mineralischen Stoffen, insbesondere.Glas, werden aus öffnungen eines geschmolzenes Glas enthaltenden Behälters Ströme ab und zu endlosen Fäden ausgezogen, 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 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 Glasfäden -erzeugenden öffnungen ausgerüstet, die vielfach in kleinen Stutzen enden, die »Spinnwarzen« oder »Düsen« genannt werden. Der die flüssige Glasmasse aufnehmende Behälter ist deshalb nachfolgend

ίο »Düsenkörper« genannt.

Eine Brücke zwischen dem Feeder-Verfahren und dem Marble-Verfahren schlagen jene Vorschläge, bei denen die als Glasrohstoff zugeführten Kugeln zunächst in einer vom Düsenkörper getrennten Schmelzkammer niedergeschmolzen werden, aus der sie in den meist im Abstand darunterliegenden Düsenkörper als Teilströme oder Tropfen übergeführt werden.

Die allgemein gebräuchlichen bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Fäden oder Fasern aus in der Wärme 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 Rohmaterialportionen eingeführt werden. Das 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 Nachteil liegt darin, daß die in das geschmolzene (

• Glas einfallenden kalten Kugeln in Intervallen einen die gleichbleibende Viskosität; die Voraussetzung des kontinuierlichen, fehlerfreien Fadenabzuges ist, ungünstig beeinflussenden Kälteschock hervorrufen.

Bei Abwandlungen dieses bekannten Speiseverfahrens werden die Muffeln bzw. Düsenkörper nicht durch eine zentrale öffnung, sondern deren mehrere, meistens zwei, gespeist

Bekannt wurden auch in der Praxis allerdings nicht eingeführte Verfahren, bei denen als· 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 Vorschmelzkammer arbeiten, weisen einen sehr hohen Wärmebedarf und, d. h. bei elektrischer Beheizung, einen hohen Stromverbrauch

auf, da sowohl die Vorschmelzkammer 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 Vorschmelzkammer nur soviel Material niedergeschmolzen werden darf, wie im Düsenkörper verbraucht wird, und weil bei allen. Unterbrechungen des Fadenabzuges stets im aufeinander abgestimmten Zeitmaß der Kugelnachschub, die Vorschmelzkammer und der Düsenkörper außer Funktion 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 führt, was auch der Grund dafür ist, daß in der Praxis Behälter mit einer Länge oder einem Durchmesser von mehr als 300 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 niclit. 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 Offnungen, 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 sogenannte 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 Durchmesser), um eine möglichst große Zahl von Düsenöffnungen 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 es 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, eine Vorrichtung für die Erzeugung von Fäden und Fasern aus Glas zu schaffen, die bei niedrigem Stromverbrauch und unter 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 zugeführtem Glasrohstoff zu beschikken und funktionierend zu halten.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen

ίο Vorrichtung dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl gegen die Horizontale geneigter Zuführvorrichtungen und mit diesen verbundener Vorschmelzkammern, die jeweils eine einzige Glasportion aufnehmen, parallel und über die gesamte Länge der Ziehkammer verteilt angeordnet sind. Bei Anwendung dieser Vorrichtung werden die Glasportionen in Form von Kugeln, Quadern oder "Würfeln in nebeneinanderliegenden, getrennten Reihen einzeln getrennten, in direkter, aber querschnittsverengter Verbindung mit dem die flüs-

ao sige Glasmasse aufnehmenden Düsenkörper stehenden Räumen zugeführt, 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 Ziehkammer bzw. dem Düsenkörper bildet sich dann eine einheitliche Schmelze. In der Zeichnung ist ein Querschnitt und eine Teilaufsicht auf eine Vorrichtung nach der Erfindung in etwa natürlichem Maßstab 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 (Ziehkammer) bezeichnet, der die flüssige Glasmasse 2 aufnimmt, die durch Düsen 3 unter Bildung eines sogenannten Spinnkegels 4 ausfließt, von denen die Fäden 5 abgezogen werden. Ist ein Faden gerissen,.so bildet sich ein Tropfen 6, der einen neuen Faden 5 α erzeugt

Über die Länge des Düsenkörpers 1 verteilt, sind zweckmäßig in gleichen Abständen erfindungsgemäß Vorschmelzkammern 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 Weite des Düsenkörpers 1 ist

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 8 α 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 zwischen den Vorschmelzkammern Lükken. Die Ringflächen 11 können aber auch von einer mit öffnungen 9 versehenen durchgehenden Decke 13 des Düsenkörpers herrühren. In jedem Falle 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 8 α 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 geschmolzen werden. Auf diese Weise wird sowohl erreicht, daß der Nachschub ohne Verwendung komplizierter Regeleinrichtungen nur im Maße des Verbrauches durch das Abziehen der Fäden 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 Ringflächen 11 auch den Düsenkörper zu einem mehr oder minder geschlossenen Gebilde machen und ihn somit versteifen, können auch Verwindungen und Verbiegungen desselben nicht mehr auftreten. Die von der Befestigung der Vorschmelzkammern an dem Düsenkörper bzw. dessen Decke herrührenden Schweißnähte erhöhten 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 auseinanderzurükken. 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 werden können.

Jeder Vorschmelzkammer ist eine Kugelzu- und -einführungseinrichtung zugeordnet, die bei dem dargestellten Beispiel allgemein eine schiefe Ebene ist. Sie ist als Rinne 14 ausgebildet. 15 ist eine nicht unbedingt erforderliche, aber das Eindringen von Schmutz und Staub in den Kugelnachschub verhindernde Deckleiste, die mit Seitenwänden 16 versehen, die schiefe Ebene zu einer geschlossenen kastenartigen oder rohrartigen Rinne vervollständigen kann, (g Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Rinnen 14 unabhängig nebeneinander angeordnet sein können. Selbstverständlich können alle Rinnen auch zu einem einheitlichen System vereinigt sein. Der auf die sich erweichende Glasmasse 8 α in der Vorschmelzkammer? ausgeübte Druck kann durch Verstellung der Neigung der Rinne 14 variiert werden, wodurch sich natürlich auch das Maß der Beeinflussung durch Wärmestrahlung der in Reserve stehenden Kugeln, z. B. der Kugel 8 b, variieren läßt.

Bei Einsatz eines Düsenkörpers, von beispielsweise 1000 mm Länge, kann man bei Verwendung von Kugeln der internationalen Standardgröße von 22 mm 30 und mehr Rinnen 14 unterbringen. An Stelle 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 einen einheitlichen Körper ergebende Leisten aus hitzebeständigem Material, z. B. Schamotte, die die Abstrahlungswärme des Düsen- , körpers aufnehmen und diesen sowie die Vor- Γ schmelzkammern stützen und ihre Befestigung im Maschinenrahmen ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Glasfaden, bei der Glasportionen, insbesondere Glaskugeln, über eine geneigte Ebene eingespeist und die Fäden aus einer Ziehkammer abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl gegen die Horizontale geneigter Zuführvorrichtungen (14, 15, 16) und mit diesen verbundener Vorschmelzkammern (7), die jeweils eine einzige Glasportion (8) aufnehmen, parallel und über die gesamte Länge der Ziehkammer (1) verteilt angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschmelzkammern (7) eine den Glasportionen (8) angepaßte Form haben und einen gegenüber dem Durchmesser der Portionen geringfügig größeren Innendurchmesser aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daßdie-T3öden (11) der Vorschmelzkammern (7) Teil eines mit öffnungen versehenen Deckels (13) der Ziehkammer sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Zvjführvorrichtungen (14, 15, 16) für den Nachschub der Glasportionen (8) verstellbar ist.