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Düse, insbescndere zum Herstellen von Fasern aus einem geschmolzenen
anorganischen Material Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse mit einem nahe der
Austrittsöffnung im Strömungskanal angeordneten Kern, insbesondere zur Herstellung
von Fasern aus einem geschmolzenen anorganischen Material, das in den aus der Düse
austretenden Gasstrom geleitet wird.
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Bei der Herstellung anorganischen Fasermaterials wird gewöhnlich ein
Strahl einer Schmelze des betreffenden Materials erzeugt und einer Zerfaserungseinrichtung
zugeführt. Als eine solche Zerfaserungseinrichtung kann ein Gasstrom mit hoher Temperatur
und hoher Geschwindigkeit, beispielsweise ein Damp!- oder Luftstrom, verwendet werden,
der ungefähr in einem rechten Winkel gegen den Strahl des geschmolzenen Materials
gerichtet ist und dabei kleine Tröpfchen entstehen lässt, die er zu masern auszieht.
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Die Herstellung anorganischen Fasermaterials, insbesondere keramischer
Fasern, nach der genannten Verfahren flilirte bisher zu einem Erzeugnis mit verhältnismässig
niedrigem Fasergehalt; der Rest des materials bestand aus "eschossenem" ("shot")
oder nicht zerfaserten Material.
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Man hat bereits versucht, dieses Problem durch Einsetzen
von
Kernen in das Ausstoßende der Düse zu lösen. obwohl die derart gebaute Düsenkonstruktion
ihrem Zweck gedient haben, waren sie doch nicht voll zufriedenstellend, da sie kelne
wesentliche Verbesserung der Qualität des Fasermaterials gebracht haben.
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Die der Erfindung zugrunde liegende aufhabe besteht darin, eine neue
und verbesserte Düse für die Herstellung geblasener Fasern zu schaffen.
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Gemäss der Erfindung ist der stern im Strömungskanal exzentrisch angeordnet
und liegt mit einem Teil seines Umfangs an der Wand des Strömungskanals an und bildet
mit seinem anderen Teil und der gegenüberliegenden Wand des Strömungskanals einen
Spalt, und wird der Kern von einem in Strömungsrichtung verlaufenden Kanal durchsorgen.
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Zweckmässigerweise ist der Strömungskanal zylindrisch, und der Kern
besitzt einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt.
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Das Austrittsende des Strömungskanals und das austrittsende des Kerns
sind vorzugsweise etwa in gleicher Richtung derart abgeschrägt, dass der Teil des
Strömungskanals, an den der Kern anliegt, gegenüber dem übrigen Bereich des Strömungskanals
zurückspringt.
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Es ist zweckmässig, wenn der Kern über das Austrittsende des Strömungskanals
hinausragt0 Um eine gute Breitenstreuung des geschmolzenen Materials innerhalb des
sichelförmigen Spaltes zu erzielen, ist nach einer bevorzugten Ausbildung der erfindung
der
Kanal im Austrittsende des Kerns als Ringkanal ausgebildet.
Vorzugsweise ist dabei ein zur anliegenden Teil des Umfangs des Kerns diametral
angeordneter Umfangsteil des kerns mit einer in Strömungsrichtung verlaufenden Nut
versehen, die zweckmässigerweise im Querschnitt V-förmig ist.
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Bei einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemässen Düse ist es vorteilhaft,
dass der Querschnitt des Kerns zum Austrittsende hin abnimmt. So erhält der aus
dem spalt austretende Gasstrom in seinem unteren Bereich genügend energie und Dicke,
um ein Hindurchfallen der Schmelze durch den Gas strom zu verhindern.
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Bei besonders grosser Schmelzmenge ist es vorteilhaft, wenn der Kern
im Durchmesser oval ist, wobei dann der grössere Durchmesser des im Querschnitt
ovalen Kerns durch den Teil des Strömungskanals geht, an den der Kern anliegt.
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Die erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber
erläutert. Es zeigen Fig.l die einzelnen Teile einer erfindungsgemässen Düse in
einer auseinandergezogenen perepektivischen Darstellung; Fig.2 die in Fig.l dargestellte
Düse im Längsschnitt; Fig.3 das Austrittsende der Düse nach Fig.2 in Vorderansicht;
Fig.4 das Austrittsende einer anderen Ausführungeform der Düse in Vorderansicht;
Fig.5
eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Düse im Gebrauch; Fig.6 eine
der Pig.l entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen
Düse; Fig.7 die in Fig.6 dargestellte Diese im Längsschnitt; Fig.8 das Austrittsende
der Düse nach Fig07 in Vorderansicht; Fig.9 eine Vorderansicht des Austrittsendes
einer bereits vorgeschlagenen Ausführungsform einer Düse im Gebrauch; Fig.lO eine
Vorderansicht der Düse nach Sig.6-8 im Gebrauch.
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Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, besteht das Hauptteil der Düse
aus einer hohlen, zylindrischen Gasführung 10, 50, diemittels eines Aussengewindes
12, 52 an eine unter hohem-Druck stehende Gasleitung (nicht dargestellt) anschraubbar
ist. Die Gasführung 10 hat ein abgeschrägtes Austrittsende 14,54, das in einer um
etwa 450 gegen die waagerechte Achse der Gasführung 10,50 geneigten Ebene liegt.
Wenn erwünscht, kann der Winkel auch gresser oder kleiner als 450 sein.
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An der oberen Innenwand 15, 55 der Gasführung 10, 50 ist auslaßseitig
ein Einsatzkern 16, 56 starr befestigt, dessen Querschnitt kleiner ist als der Innenquerschnitt
der Gasführung 10,50. Der obere Teil 18, 58 des Einsatzkerns 16, 56 hat die gleiche
Wölbung wie die Innenwand 15, 55 der Gasführung 10, 50 und liegt an dieser an. In
der Wandung der Gasführung 10, 50 ist oben ein Loch 22,62
vorgesehen,
durch das eine Schraube 24, 64 od.dgl. gesteckt werden kann, die zum Befesti-gen
des Einsatzkerns 16, 56 in eine Bohrung 26, 66 des Einsatzkerns 16, 56 einschraubbar
ist.
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Das Ende 28, 68 des Einsatzkerns 16, 56 ist ebenfalls abgeschrägt,
und zwar im wesentlichen um den gleichen Winkel wie das Austrittsende 14,54 der
Gasführung 10,50.
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Wie aus den Fig.2 und 7 zu ersehen ist, ragt der Einsatzkern 16, 56
mit seinem vorderen Ende 28, 68 über die Gasführung 10, 50 hinaus. Das Ende 28,
68 des Einsatzkerns 16, 56 kann jedoch, wenn erwünscht, auch in der gleichen Ebene
wie das Austritt sende 14, 54 das Gasführung 10, 50 liegen oder zurückgenommen sein.
Der Einsatzkern 16, 56 wird in waagerechter Richtung von einem Kanal 34, 72 durchzogen.
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Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der
Einsatzkern 16 im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes, dessen in der Zeichnung
oberer Teil 18 abgefräst oder abgeschliffen worden ist, um ihm die gleiche Wölbung
zu geben, die die Innenwand 15 der GasSuhrung 10 hat, so dass der obere Teil 18
überall an der Innenwand 15 anliegt. Der übrige Umfangsteil 30 des Einsatzkerns
16 verjüngt sich konisch zum hustrittsende hin. Seine Mantellinien bilden mit der
Achse des Einsatzkerns 16 einen Winkel von vorzugsweise etwa 2,50, was in Fig.2
übertrieben dargestellt ist. Infolge dieser Form des Einsatzkerns 16 bildet sich
zwischen dem nicht anliegenden Teil des Einsatzkerns 16 und der gegenüberliegenden
Wand der Gasführung 10 ein sichelförmiger Spalt oder Durchgang 32 für das Gas, dessen
Querschnitt sich um Austrittsende hin erweitert. Es sei darauf hingewiesen, dass
Neigungswinkel, die grösser oder
kleiner als 2,50 sind, ebenfalls
angewandt werden können.
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Der durch den Einsatzkern 16 verlaufende Kanal 34 hat im grössten
Teil seiner Länge einen kreisförmigen Querschnitt, der mit 36 bezeichnet ist, und
i-verbleibenden Teil seiner Länge einen mit 38 bezeichneten elliptischen Querschnitt.
Der ellipsenförmige leil 38 des kanals 7)4 endet in der Endfläche 28 des Einsatzkerns
16 und bildet einen weiteren Auslass der Düse. Vorzugsweise kann der vordere Teil
38 des Kanals 34 auch andere Querschnittsformen aufweisen, wie beispielsweise kreisförmig,
rechteckförmig, V-förmig oder umgekehrt V-förmig usw.
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Die Düse ist im Gebrauch im wesentlichen waagerecht ausgerichtet,
um eine hohe Geschwindigkeit des sich im Querschnitt erweiternden, aus dem Spalt
32 austretenden Gasstromes zu erreichen. Man lässt, wie in Fig.5 gezeigt, einen
Strahl 40 des geschmolzenen anorganischen Materials vor dem Austritt sende der Düse
senkrecht nach unten fallen, und zwar genau in die Wölbung oder "Tasche" des aus
dem Spalt 32 austretenden Gasstromes 44 hinein.
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Das geschmolzene Material wird bei einer bereits vorgeschlagenen Ausführungsform
der Düse von dem Gasstrom in einen Winkel von 90° aus seiner Bahn gerissen und zersplittert
in eine Vielzahl von Kügelchen und Tröpfchen, die ihrerseits zu Fasern ausgezogen
werden0 Bei der erfindungsgemässen Düse wird, wie aus Fig. 5 ersichtlich, ein aus
dem Kanal 34 austtetender Gas strahl 42 auf den strahl 40 des geschmolzenen materials
gerichtet, um den Strahl 40 aus seiner vertikalen Bahn winklig abzulenken, und um
die dicke Masse in eine Vielzahl dünnerer Strahlen zu zerteilen, bevor das gesohmolzene
tLaterial die "Tasche" des Hauptgasstromes 44 berührt. Dadurch wird
der
Vorgang des Zersplit-terns und das Zerfasern erleichtert.
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-Der sichelförmige Querschnitt des Gasstromes 44, der sich zum Auatritt
hin erweitert, ist unten arn dicksten und wird nach den umgebogenen Seiten zu gleichmässig
dünner. Der Gas strom muss unten genug Energie und Dicke haben, um ein Hindurchfallen
der Schmelze durch den Gasstrom zu verhindern, da die Zersplitterung durch den ersten
Energie austausch zwischen den beiden Strömen bewirkt wird. Die Ausdehnung und das
Mitreissen der Umgebungsluft im oberen Bereich des Gas stromes sorgen für eine Einhüllung
der geschmolzenen, zersplitterten Teil chen in der Zerfaserungszone, während bei
nicht gebogenen Strömen, die sich lediglich durch das Mitreissen der Umgebungsluft
ausweiten, solche Teilchen ganz aus der- Zerfaserungszone hinausgestossen werden
können.
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Bei der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen
Düse treten Schwierigkeiten auf, wenn mit grossen Schmelzgiessmengen, wie beispielsweise
;iengen von 454 kgjh, gearbeitet wird, weil dann diese grossen Schmelzmengen von
der Tasche nicht ganz aufgenommen werden können und ein Teil über den Taschenrand
fliesst. Die in Fig.4 gezeigte Ausführungsform hat dagegen den Vorteil, dass ein
ovaler Einsatzkern 16' in der Düse eine tiefere Tasche bildet und so den Schmelzstrahl
besser aufnimmt.
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Fig.4 zeigt die Austrittsseite-der Ausführungsform, die bis auf die
Querschnittsform des Einsatzkerns 16', der in den Fig.1 bis 3 dargestellten Ausführungsform
entspricht. Der Einsatzkern 16' ist in dem Strömungskanal 10' derartangeordnet,
dass sein grösserer Durchmesser
durch den Teil 15' des Strömungskanals
lo' geht, an dem der Kern 16' anliegt. Im übrigen sind für gleiche Teile gleiche,
mit eineL Apostroph versehene Bezugszeichen verwendet.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Düse ist in den
Fig. 6 bis 8 und 10 dargestellt. Sie entspricht im Aufbau ebenfalls der ersten Ausführungsform
mit dem Unterschied, dass der Sinsatzkern 56 einen kreisföriAgen Querschnitt besitzt,
und der durch den Binsatzw kern 56 verlaufende Kanal 72 zur Austrittsseite hin als
Ringkanal 74 ausgebildet ist. Der Kern 56 ist ausserdem durch zwei Schrauben 64
an der Innenwand 55 des Strömungskanals 50 befestigt und besitzt diametral zum Teil
58 seines Umfangs eine in seinen Mantel eingeschnittene Mut 70, die im Querschnitt
V-förmig ist und in Strömungsrichtung verläuft.
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Wie bei den beiden Ausführungsformen der in den Fig.l bis 5 dargestellten
Düse, ist die Düse der Fig.6 bis 8 im Gebrauch im wesentlichen waagerecht ausgerichtet,
um dem aus dem sichelförmigen Spalt 67 austretenden Gasstrom eine hohe Auwtrittsgeschwindigkeit
zu verleihen.
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Aus Fig.10 ist zu ersehen, dass der durch die Ringnut 74 erfolgte
Gasaustritt den Strahl 80 des geschmolzenen anorganischen Materials wirkungsvoll
in einzelne Fragmente auf splittert, bevor die Beruhrung mit dem Hauptgasstrom erfolgt.
Durch die an d-er Unterseite des Einsatzkerns 56 verlaufende V-förmige Nut 70 wird
der aus dem Spalt 67 austretende Gasstrom so auf den verbleibenden Teil des Strahls
80, der nicht durch den Gasaustritt aus der Ringnut 74 zerteilt wurde, gerichtet,
dass er zersplittert und eine seitliche Breitenstreuung erfolgt. Die kombinierte
Wirkung der Ringnut 70 zusammen mit der V- förmigen
Mut 70 bewirkt
ein Streuen des geschmolzenen Strahles innerhalb der mit 81 bezeichneten Grenze
der sichelförmigen Gastasche" nach aussen, wodurch die Schmelze einem grösseren
Bereich des Gasstromes ausgesetzt ist, wie es durch den schraffierten Bereich 90
in Fig.10 dargestellt ist. Dadurch wird der Faseranteil des geblasenen Endproduktes
erhöht.
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Im Gegensatz dazu steht die Abbildung in Fig09, die das Austrittsende
82 einer bereits vorgeschlagenen Düse zeigt, deren schraffierter Teil 84 den Bereich
des austretenden Gasstromes darstellt, der den geschmolzenen Strahl 80 des anorganischen
Materials berührt. Man sieht, dass nur ein geringer Teil des Gases am Boden der
Düse zur Wirkung kommt und der übrige Teil des Spaltes 86 entlang dem oberen Umfangsteil
des Einsatzkerns 88 keine Funktion ausübt.
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Patentansprüche: