DE19638056A1 - Glasfaserspinnvorrichtung - Google Patents
GlasfaserspinnvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Glasfaserspinnvorrichtung zum Schmelzspinnen von
Glasfasern, insbesondere eine verbesserte Spinndüse mit erhöhter Spinnleistung die
eine verlängerte Betriebsstandzeit aufweist.
Bei der Herstellung von Glasfasern, insbesondere von Glasfasern, die für den Ein
satz in glasfaserverstärkten Kunststoffen vorgesehen sind, werden die Ausgangs
stoffe für das Glas in einem Ofen aufgeschmolzen, die entstandene Glasschmelze
wird verschiedenen Spinnstellen zugeführt, in denen die Glasmasse durch Glas
faserdüsen, sogenannte Bushings, austritt. Die aus den Düsen austretenden
Glasfäden werden abgezogen, abgekühlt, z. B. durch Luftkühlung oder Besprühen
mit Wasser, und zu einem oder mehreren Faserbündeln zusammengeführt. Die
Faserbündel werden gegebenenfalls mit einer Präparation versehen und
anschließend auf Spulen gewickelt oder einer Schneidvorrichtung zugeführt.
Dieses Material dient zur weiteren Verarbeitung z. B. in der Produktion von
glasfaserverstärkten Thermoplasten.
In der Offenlegungsschrift EP 229 648 A1 ist eine typische Spinndüse zum
Spinnen von Glasfasern wiedergegeben. Die Spinndüse weist Reihen von Spitzen
in einer Bodenplatten auf, die entlang einer Geraden von Endplatte zu Endplatte
der Düse angeordnet sind. An den Endplatten befinden sich je zwei separate
Stromzuführungen. Über die Stromzuführung wird durch die Spinndüse ein
elektrischer Strom geleitet, der die Heizung der Glasschmelze bewirken soll.
Obwohl diese Geometrie gegenüber älterem Stand der Technik Vorteile hin
sichtlich der Gleichmäßigkeit der Beheizung der Glasschmelze bringen soll zeigt
die Praxis der Verwendung solcher Bushings Abweichungen in der Temperatur
verteilung und daraus folgend in der Gleichmäßigkeit des Glasfaserdurchmessers.
In der Patentschrift JP 1 333 011 wird ein Herstellungsverfahren für Glasfaser
spinndüsen beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die Spitzen für die
Spinndüse an der Spinndüse dadurch angebracht, daß vorgefertigte konische
Spitzenelemente mit Hilfe einer Platinunterlegscheibe in vorbereitete Bohrungen
der Spinndüse eingelötet werden. Die Spitzen sind dabei jeweils zu Zweierreihen
zusammengefaßt, die quer zur Richtung des Heizstroms durch die Bodenplatte der
Spinndüse laufen.
Die Spinnleistung an den Spinnstellen wird u. a. durch die Gesamtzahl bzw.
Anzahl pro Fläche der Düsenspitzen, im folgenden kurz als Spitzen bezeichnet, auf
der Spinndüse bestimmt. Die Anzahl der Spitzen auf einer Spinndüse ist aber be
grenzt. Die Begrenzung geht auf Unregelmäßigkeiten der Temperaturverteilung auf
der Düse bei zu hoher Spitzendichte zurück. Als Folge der ungleichmäßigen
Temperaturverteilung tritt verhäuft ein Abbruch der Fäden und Tropfen der
Glasmasse ein, wodurch die Ausbeute an Glasfasern empfindlich herabgesetzt
wird.
Ein weiterer Nachteil ist die Temperaturerniedrigung in Teilen der Spinndüse beim
Anspinnvorgang, wonach die Anspinnzeit unerwünscht verlängert wird.
Die Spinnleistung einer Spinndüse wird auch durch die Geschwindigkeit der
Weiterverarbeitung begrenzt, so z. B. durch die maximale Wickelgeschwindigkeit
der Faserwickelmaschinen oder durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit einer
angeschlossenen Schneidvorrichtung im Falle der Herstellung von Kurzglasfasern.
Aufgabe der Erfindung war es, eine Glasfaserspinnvorrichtung bereitzustellen, die
die genannten Nachteile nicht aufweist, eine Spinnleistung von < 40 kg/h und
Spinndüse bei einem Faserdurchmesser von insbesondere 8 bis 30 µm ermöglicht
und eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Bereich der Düse zeigt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spinndüse zur Herstellung
von Glasfasern mit einem Schmelzraum, der durch Seitenwände, Endplatten mit
Stromanschlüssen und eine Bodenplatte gebildet wird, mit einer Zuleitung für die
Glasschmelze und Reihen von Spitzen als Austrittsöffnung für die Glasschmelze,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei und mehr Reihen, insbesondere 3 bis 5
Reihen von Spitzen eng benachbart in Hauptreihen zusammengefaßt sind, in denen
der Abstand benachbarter Spitzen bis zu 2,0 mm beträgt. Die Hauptreihen der
Spitzen der Spinndüse sind insbesondere parallel zu den Seitenwänden der Spinn
düse ausgerichtet.
Die Stromanschlüsse an den Endplatten der Spinndüse sind insbesondere über je
zwei Kontaktflächen mit den Endplatten verbunden und weisen auf ihrer Oberseite
und/oder ihrer Unterseite zusätzliche Stromverteilerfahnen vor, die die Strom
führung zu den Kontaktflächen vergleichmäßigen.
In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Spinndüse ist die Boden
platte der Spinndüse auf ihrer Oberseite mit zusätzlichen Versteifungselementen
versehen. Die Versteifungselemente werden bevorzugt aus dem gleichen Material
gefertigt wie die Bodenplatte oder die Seitenwände der Spinndüse, üblicherweise
eine Platin/Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumanteil von 10 bis 35 Gew.-%.
Als Versteifungselemente können z. B. V-, T- oder U-förmige Metallprofile
verwendet werden, die auf die Bodenplatte aufgeschweißt werden und
Durchbrüche für die Zuleitung der Glasschmelze an die Spitzen aufweisen.
Bevorzugt ist eine Anordnung der Versteifungselemente entlang der Hauptreihen
von Düsenspitzen. Eine besonders hohe Standzeit wird bei der Verwendung von
Profilen, insbesondere V-Profilen erreicht, wenn diese mit der Bodenplatte und
beiden Endplatten verschweißt sind. Die Versteifungselemente können so
angeordnet sein, daß sie in ihrer Breite eine oder mehrere Hauptreihen umfassen.
Der Einbau der Versteifungselemente bewirkt eine schnelle und homogenere Tem
peraturverteilung auf der Bodenplatte, wodurch ein homogener gleichmäßiger Fa
denabzug möglich ist. Durch die verbesserte Temperaturverteilung verbessert sich
die Standardabweichung des Faserdurchmessers um bis zu 20%. Die Versteifung
der Bodenplatte bewirkt außerdem eine Verbesserung der Langzeitstabilität der
Bodenplatte, so daß die Lebensdauer der Spinndüse signifikant erhöht wird.
In einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind
unterhalb der Bodenplatte zwischen den Hauptreihen der Spitzen besondere
Kühlelemente, wie z. B. Kühlrohre oder Kühlfahnen, angebracht, die zur Verbesse
rung des Wärmeaustauschs gegebenenfalls zusätzliche Kühlfahnen an ihrer Ober
seite und/oder Unterseite aufweisen.
Die Spitzen der Düsenplatte sind je nach Herstellungsverfahren zylindrisch oder
kegelförmig und weisen insbesondere einen Bohrungsdurchmesser von 1 bis
2,5 mm auf. Der kleinste Abstand zwischen den Spitzen innerhalb der Spitzen
hauptreihen beträgt insbesondere 2,5 mm, bevorzugt von 2,5 bis 6 mm.
Die Dicke der Stromanschlüsse beträgt bevorzugt von 2,5 bis 7 mm und wird in
Abhängigkeit von der Düsenbreite gewählt.
Die Abzugsgeschwindigkeit der Glasfasern beträgt insbesondere etwa 600 bis
3000 m/min, bevorzugt von 600 bis 1500 m/min.
Die Versteifungselemente haben bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,6 mm. Die
Bohrungen in den Versteifungselementen weisen Durchmesser von bevorzugt 5 bis
15 mm auf. Die Kontaktfläche der Stromanschlüsse weisen eine Breite von 20 bis
100 mm auf und schließen eine Aussparung von bevorzugt 15 bis 30 mm zwi
schen sich ein. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfin
dungsgemäßen Spinndüse zur Herstellung von Glasfasern mit einem Durchmesser
von insbesondere 8 bis 30 µ, bevorzugt von 9 bis 24 µ.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patent
ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das Innenteil einer Spinndüse in perspektivischer
Darstellung
Fig. 2 den Querschnitt durch eine erfindungsgemaße Düse mit V-förmigen
aufgeschweißten Versteifungsflächen
Fig. 3a und b die Vorderansicht und Draufsicht eines Stromanschlusses der
Spinndüse
Fig. 4 die Draufsicht auf eine Spinndüse mit der Lage eines Stromanschlusses
Fig. 5 die perspektivische Darstellung des Innenteils einer bekannten Spinndüse
Fig. 6 Querschnitt durch eine Düse gemäß Fig. 5
In der Bodenplatte 1 einer Spinndüse 10 sind je 3 Reihen 3 von Spitzen 2 zu
Hauptreihen 9 auf der Düse zusammengefaßt. Die Bohrung der Spitzen 2 der
mittleren Reihe in jeder Hauptreihe 9 sind jeweils versetzt zu den symmetrischen
Bohrungen der außenliegenden Reihen angebracht. V-förmige Versteifungsbleche
4 aus Pt Rh Legierung (90/10) sind über die Gesamtlänge der Bodenplatte auf der
Bodenplatte 1 aufgeschweißt und weisen über die Länge der Bodenplatte etwa 35
Bohrungen 15 auf. Unterhalb der Bodenplatte sind zusätzlich zwischen den
Hauptreihen Kühlröhrchen angebracht, um die Abkühlung der sich bildenden
Glasfäden unterhalb der Spinndüse zu vergleichmäßigen (siehe Fig. 1). In Fig. 4
ist die Anordnung der Versteifungsbleche sowie die Anordnung der Bohrungen auf
der Bodenplatte 1 in der Draufsicht vereinfacht wiedergegeben, wobei aus
Gründen der Übersichtlichkeit die Bohrungsreihen nicht durchgehend gezeichnet
wurden. Die Stromanschlüsse 6 und 6′ für die Heizung der Spinndüse ist knapp
unterhalb der Mitte der Endplatten 5 bzw. 5′ über zwei Kontaktflächen mit einer
zwischenliegenden Aussparung mit den Endplatten verbunden (siehe Fig. 4 bzw.
Fig. 3a und 3b). Mit der veränderten Anordnung der Spinnspitzen an der
Spinndüse 10 wird gegenüber der einfachen aus dem Stand der Technik
ableitbaren Geometrie der Spinndüse (gemäß Fig. 5 bzw. Fig. 6) im Betrieb eine
Verbesserung der Standardabweichung bei der Messung des mittleren Faserdurch
messers von etwa 20% erreicht. Die Standzeit der eingesetzten Spinndüse
verlängert sich gegenüber konventionellen Spinndüsen um etwa 40%.
Claims (10)
1. Spinndüse (10) zur Herstellung von Glasfasern mit einem Schmelzraum
(11), der gebildet wird durch Seitenwände (12, 12′), Endplatten (5, 5′) mit
Stromanschlüssen (6, 6′), eine Bodenplatte (1) und eine Zuleitung (13) für
die Glasschmelze (17), dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei und
mehr, vorzugsweise 3 bis 5 Reihen (3) von Spitzen (2) eng benachbart in
Hauptreihen (9) zusammengefaßt sind, in denen der Abstand benachbarter
Spitzen bis zu 2,0 mm beträgt.
2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreihen
(9) parallel zu den Seitenwänden (12) der Spinndüse (10) ausgerichtet sind.
3. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
beide Stromanschlüsse (6, 6′) über je zwei Kontaktflächen (14, 14′) mit den
Endplatten (5) bzw. (5′) verbunden sind und auf ihrer Ober- und/oder
Unterseite mit zusätzlichen Stromverteilerfahnen (7) versehen sind.
4. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bodenplatte (1) auf ihrer Oberseite mit zusätzlichen Versteifungselementen
(4) versehen ist.
5. Spinndüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungs
elemente (4) entlang der Hauptreihen (9) der Bodenplatte (1) ausgerichtet
sind.
6. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Versteifungselemente (4) als V-, U-, T- oder Doppel-T-förmige Profile aus
gebildet sind, die Durchbrüche (15) für den Durchgang der Glasschmelze
(17) aufweisen.
7. Spinndüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungs
elemente (4) mit der Bodenplatte (1) und den Endplatten (5, 5′) verbunden
sind.
8. Spinndüse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spitzen in den Reihen (3) ganz oder abschnittsweise gleich beabstandet
verteilt sind und/oder daß die Spitzen benachbarter Reihen (3) in Haupt
reihen (9) in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
9. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
diese zwischen den Hauptreihen (9) der Spitzen (2) unterhalb der
Bodenplatte (1) zusätzliche Kühlelemente (8) aufweist, die gegebenenfalls
zusätzliche Kühlfahnen (16) an ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite
tragen.
10. Verwendung der Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung
von schmelzgesponnenen Fasern, insbesondere Glasfasern, mit einem
Durchmesser von bevorzugt 8 bis 30 µm, besonders bevorzugt von 9 bis
24 µm.
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