DE1816268C3 - Düse, insbesondere zum Herstellen anorganischer Fasern durch Zerblasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse, insbesondere zum Herstellen anorganischer Fasern durch Zerblasen eines Strahls aus geschmolzenem Material mit einem aus der Düse austretenden Gasstrom, in deren Strömungskanal exzentrisch ein Kern angeordnet ist, der mit einem Teil seines Umfangs an der Wand des Strömungskanals anliegt und dessen anderer Teil des Umfangs mit der gegenüberliegenden Wand des Strömungskanals einen Spalt bildet.

Bei der Herstellung anorganischer Fasern wird in der Regel ein vertikal nach unten fallender Strahl einer Schmelze der Faserrohstoffe von einem im wesentlichen horizontal aus einer Düse austretenden Gasstrom, z. B. Dampf oder Luft, von hoher Geschwindigkeit und Temperatur zerblasen. Dabei wird der Strahl der Schmelze in kleine Tröpfchen zerteilt, die einen Faden nach sich ziehen.

Dieses Verfahren führte bisher zu einem Produkt mit verhältnismäßig niedrigem Fasergehalt und einem verhältnismäßig hohen Anteil an körnigem oder nicht zerfasertem Material. Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde schon vorgeschlagen, eine Düse zu verwenden, in deren Ausströmende ein Kern eingesetzt ist, so daß der Gasstrahl aus einem sichelförmigen Spalt ausströmt. Eine derartige Düse mit den eingangs genannten Merkmalen ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 16 60 260 beschrieben. Obwohl mit dieser Düse eine Verbesserung erzielt werden konnte, waren Qualität und Ausbeute des Fasermaterials noch nicht voll zufriedenstellend.

Es stelle sich somit die Aufgabe, eine verbesserte Düse für die Herstellung geblasener Fasern zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich längsweise durch den Kern ein Kanal erstreckt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Düse gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß der Strahl der Schmelze durch den Gasstrahl, der aus dem sich längsweise durch den Kern erstreckenden ίο Kanal austritt, aus seiner vertikalen Bahn abgelenkt und in eine Anzahl dünnerer Strahlen aufgeteilt wird, die dann von dem muldenförmigen Hauptstrahl zerblasen werden. Hierdurch wird eine bessere Zerteilung der Schmelze in Tröpfchen oder Kügelchen und deren weitere Aufspaltung in Fasern erzielt. Der Fasergehalt des Produktes ist höher und die Fasern haben eine bessere Qualität.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die einzelnen Teile einer Düse in auseinandergezogener perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 die in F i g. 1 dargestellte Düse im Längsschnitt,

Fig.3 eine Ansicht des Ausströmendes der Düse gemäß F i g. 2,

F i g. 4 eine Ansicht des Ausströmendes einer anderen Ausführungsform der Düse,

Fig.5 eine schematische Darstellung der Düse bei der Anwendung,

Fig.6 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Düse,

F i g. 7 einen Längsschnitt der in F i g. 6 dargestellten Düse,

F i g. 8 eine Ansicht des Ausströmendes der in F i g. 7 dargestellten Düse,

Fig.9 eine Ansicht des Austrittsendes einer bereits bekannten Düse bei der Anwendung, und

Fig. 10 eine Ansicht des Ausströmendes einer Düse gemäß den F i g. 6 bis 8 bei der Anwendung.
Wie aus den Figuren ersichtlich, besteht der Hauptteil der Düse aus einem zylindrischen Strömungskanal 10, 50, der mit einem Außengewinde 12, 52 an eine unter hohem Druck stehende Gasleitung (nicht dargestellt) anschraubbar ist. Der Strömungskanal 10 hat ein abgeschrägtes Austrittsende 114,54, das in einer um etwa 45° gegen die waagerechte Achse des Strömungskana'is 10,50 geneigten Ebene liegt. Wenn erwünscht, kann der Winkel auch größer oder kleiner als 45° sein.

An der oberen Innenwand 15, 55 des Strömungskanals 10, 50 ist am Ausströmende ein Kern 16, 56 starr befestigt, dessen Querschnitt kleiner als der freie Querschnitt des Strömungskanals 10, 50 ist. Der obere Teil 18,58 des Kerns 16,56 hat die gleiche Wölbung wie die Innenwand 15, 55 des Strömungskanals 10, 50 und ■ö liegt an dieser an. In der Wandung des Strömungskanals 10, 50 ist oben eine Bohrung 22, 62 vorgesehen, durch die eine Schraube 24, 64 od. dgl. hindurchgeführt werden kann, die zum Befestigen des Kerns 16, 56 in eine Bohrung 26,66 des Kerns 16,56 einschraubbar ist.
Das Ende 28, 68 des Kerns 16, 56 ist ebenfalls abgeschrägt, und zwar im wesentlichen um den gleichen Winkel wie das Austrittsende 14, 54 des Strömungskanals 10,50. Wie aus den F i g. 2 und 7 zu ersehen ist, ragt der Kern 16,56 mit seinem vorderen Ende 28, 68 über den Strömungskanal 10,50 hinaus. Das Ende 28,68 des Kerns 16,56 kann jedoch, wenn erwünscht, auch in der gleichen Ebene wie das Austrittsende 14, 54 des Strömungskanals 10, 50 liegen oder zurückgenommen

sein. Durch den Kern 16, 56 erstreckt sich in waagerechter Richtung ein Kanal 34,72.

Bei dem in den F i g. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Kern 16 im wesentlichen die Form eines Kegelstumpfes, dessen in der Zeichnung oberer Teil 18 abgefräst oder abgeschliffen worden ist, damit er die gleiche Wölbung wie die Innenwand 15 des Strömungskanals 10 hat, so daß der obere Teil 18 des Kerns 16 überall an der Innenwand 15 anliegt. Der übrige Teil 30 des Umfangs des Kerns 16 verjüngt sich konisch zum Austrittsende hin. Seine Mantellinien bilden mit der Achse des Einsatzkerns 16 einen Winkel von vorzugsweise etwa 2,5°, was in F i g. 2 übertrieben dargestellt ist. Infolge dieser Form des Kerns 16 bildet sich zwischen dem nicht anliegenden Teil des Kerns 16 und der gegenüberliegenden Wand des Strömungskanals 10 ein sichelförmiger Spalt 32 für den Durchtritt des Gases, dessen Querschnitt sich zum Austrittsende hin erweitert. Es sei darauf hingewiesen, daß Neigungswinkel, die größer oder kleiner als 2,5° sind, ebenfalls angewendet werden können.

Der durch den Kern 16 verlaufende Kanal 34 hat über den größten Teil seiner Länge einen kreisförmigen Querschnitt 36 und über den verbleibenden Teil seiner Länge einen mit 38 bezeichneten elliptischen Querschnitt. Der elliptische Teil 38 des Kanals 34 endet in der Endfläche 28 des Kerns 16 und bildet eine weitere Ausströmöffnung der Düse. Der vordere Teil 38 des Kanals 34 kann auch andere QuerschniUsforme:! aufweisen, wie beispielsweise kreisförmig, rechteckförmig, V-förmig oder umgekehrt V-förmig usw. sein.

Die Düse ist bei der Anwendung im wesentlichen waagerecht ausgerichtet, so daß der Gasstrom mit hoher Geschwindigkeit aus dem sich im Querschnitt erweiternden Spalt 32 austreten kann. Wie in Fig. 5 dargestellt, fällt ein Strahl 40 des geschmolzenen anorganischen Materials vor dem Austrittsende der Düse senkrecht nach unten, und zwar genau in die Mulde des aus dem Spalt 32 austretenden Gasstromes 44. Bei einer bereits bekannten Ausführungsform der Düse wird das geschmolzene Material von dem Gasstrom unter einem Winkel von 90° aus seiner Bahn abgelenkt und in eine Vielzahl von Kügelchen und Tröpfchen zerteilt, die ihrerseits zu Fasern ausgezogen werden.

Bei der erfindungsgemäßen Düse wird, wie aus F i g. 5 ersichtlich, ein aus dem Kanal 34 austretender Gasstrahl 42 auf den Strahl 40 des geschmolzenen Materials gerichtet, der den Strahl 40 der Schmelze aus seiner vertikalen Bahn um einen Winkel ablenkt und den dicken Strahl in eine Anzahl dünnerer Strahlen aufteilt, die dann in die Mulde des Hauptgasstromes 44 gelangen. Dadurch wird Zerblasen und Zerfasern erleichtert.

Der sichelförmige Querschnitt des Gasstromes 44, der sich zum Austritt hin erweitert, ist unten am stärksten und wird zu den Sichelspitzen hin gleichmäßig geringer. Der Gasstrom muß unten genug Energie und Stärke haben, um ein Hindurchfallen der Schmelze durch den Gasstrom zu verhindern, da die Aufteilung der Schmelze durch den ersten Energieaustausch zwischen den beiden Strömen bewirkt wird. Die Ausdehnung und das Mitreißen der Umgebungsluft im oberen Bereich des Gasstromes sorgen für eine Einhüllung der aufgespaltenen Schmeizeteilehen in der Zerfaserungszone, während bei nicht gebogenen Strömen, die sich lediglich durch das Mitreißen der Umgebungsluft ausweiten, solche Teilchen ganz aus der Zerfaserungszone hinausgestoßen weiden können.

Bei der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Düse treten Schwierigkeiten auf, wenn mit großen Schmelzedurchsätzen, Mengen von 454 kg/h, gearbeitet wird, weil dann diese großen Schmelzmenge!) von der Mulde nicht ganz aufgenommen werden können und ein Teil über den Mulderirand fließt. Die in

ίο Fig.4 dargestellte Ausführungsform hat dagegen den Vorteil, daß ein ovaler Kern 16' in der Düse eine tiefere Mulde bildet, die den Schmelzestrahl besser aufnimmt.

F i g. 4 zeigt die Austrittsseite einer Ausführungsform, die bis auf die Querschnittsform des Kerns 16' der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform entspricht. Der Kern 16' ist in dem Strömun|»skanal 10' derart angeordnet, daß sein großer Durchmesser sich vertikal durch den Querschnitt des Strömungskanals 10' erstreckt. Im übrigen sind für gleiche Teile gleiche, mit einem Apostroph versehene Bezugszeichen verwendet. Eine weitere Ausführungsform der Düse ist in den F i g. 6 bis 8 und 10 dargestellt. Sie entspricht im Aufbau ebenfalls der ersten Ausführungsform mit dem Unterschied, daß der Kern 56 einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der durch den Kern 56 verlaufende Kanal 72 zur Austrittsseite hin als Ringkanal 74 ausgebildet ist. Der Kern 56 ist durch zwei Schrauben 64 an der Innenwand 55 des Strömung:skanals 50 befestigt und weist diametral zum Teil 58 seines Umfangs, der an

ίο der Wand des Strömungskanals 50 anliegt, eine in den Mantel eingeschnittene Nut 70 auf, die im Querschnitt V-förmig ist und in Strömungsrichtung verläuft.

Wie bei den beiden Ausführungsformen der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Düse ist die Düse der F i g. 6

.15 bis 8 im Gebrauch im wesentlichen waagerecht ausgerichtet, um dem aus dem sichelförmigen Spalt 67 austretenden Gasstrom eine hohe Austrittsgeschwindigkeit zu verleihen. Aus F i g. 10 ist zu ersehen, daß der durch die Ringnut 74 austretende Gasstrahl den Strahl 80 des geschmolzenen anorganischen Materials wirkungsvoll in einzelne Strahlen aufspaltet, bevor die Berührung mit dem Hauptgasstrom erfolgt. Durch die an der 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 aufgespalten wird und eine seitliche Verbreiterung eintritt. Die kombinierte Wirkung der Ringnut 70 und der V-förmigen Nut 70 bewirkt ein Streuen des geschmolzenen Strahles innerhalb der mit 81 bezeichneten Grenze der sichelförmigen »Gasmulde« 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.

Im Gegensatz dazu ist aus F i g. 9, die das Austrittsende 82 einer bereits bekannten Düse zeigt und deren schraffierter Teil 84 den Bereich des austretenden Gasstromes darstellt, der den geschmolzenen Strahl 80 des anorganischen Materials berührt, zu erkennen, daß nur ein geringer Teil des Gases an der Unterseite der Düse zur Wirkung kommt und der übrige Teil des Spaltes 86 entlang dem oberen Umfangsteil des Kerns

(15 88 wirkungslos bleibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Düse, insbesondere zum Herstellen anorganischer Fasern durch Zerblasen eines Strahls aus geschmolzenem Material mit einem aus der Düse austretenden Gasstrom, in deren Strömungskanal exzentrisch ein Kern angeordnet ist, der mit einem Teil seines Umfangs an der Wand des Strönvingskanals anliegt und dessen anderer Teil des Umfangs mit der gegenüberliegenden Wand des Strömungskanals einen Spalt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich längsweise durch den Kern (16; 16'; 56) ein Kanal (34; 34'; 72) erstreckt.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (34; 34') über den größten Teil seiner Länge einen kreisförmigen Querschnitt (36; 36') und über den verbleibenden Teil seiner Länge bis zum Austrittsende (28; 28') einen elliptischen Querschnitt (38; 38') hat.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (10') einen zylindrischen Querschnitt und der Kern (16') einen ovalen Querschnitt hat, dessen Hauptachse sich vertikal über den Querschnitt des Strömungskanals (10; 10') erstreckt.

4. Düse nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (56) in dem Teil seines Umfangs, der mit der gegenüberliegenden Wand des Strömungskanals (50) einen Spalt (67) bildet, eine Längsnut (70) aufweist.

5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (70) einen V-förmigen Querschnitt hat.