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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von mineralischen Fasern Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung
von Fasern aus Glas oder ähnlichen mineralisehen, in der Hitze plastischen Rohstoffen,
die eine dauerhafte Kräuselung auSweisen.
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Ähnliche Fasern sind als sogenanntes Feen- oder Engelshaar bekannt
und werden mit Hilfe von Spinnrädern aus zwei Glasstäben unterschiedlicher Beschaffenheit
- man spricht von einem harten und einem weichen Stab - ausgezogen, wobei die Stäbe
gemeinsam durch einen Bunsenbrenner erhitzt und beide unterschiedlichen Glasarten
zu einem Faden vereint und durch eene Zange von Hand vertikal einem Spannrad zugeführt
und von diesem aufgewickelt werden Diese Methode ist für eine
kommerzielle
Massenproduktion ungeeignet, weshalb sich die.
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Herstellung derartiger Fasern auf kleine Mengen für Dekorationszwecke
beschränkt.
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Um maschinell und in größeren Mengen gekräuselte Glasfasern herzustellen,
wurde bereits vorgeschlagen, in bekannter Weise in einer Edelmetallmuffel in Form-von
Kugeln oder Brocken zugefUhrtes Glas zu erschmelzen und durch im Boden der Muffel
vorgesehene Ausziehdüsen abzuziehen und während des Abziehvorganges mit Hilfe mechanischer
Einrichtungen, z0B0 mit Hilfe beheizter, geriffelter Walzen oder mit Hilfe von Zahnrädern
oder aber auf chemischem Wege eine Kräuselung zu erzielen, Wegen des hohen technischen
Aufwands und der schlechten Qualität der so erzeugten Fasern konnte sich auch diese
Methode nicht in die Praxis einführen, Schließlich ist es auch schon bekannt, in
einer beheizten Muffel zwei durch eine Zwischenwand getrennte Schmelzräume vorzusehen
und in diesen Glassorten unterschiedlicher Zusammensetzung zu erschmelzen, was bei
gleicher Temperatur in beiden Schmelzräumen zu einer unterschiedlichen Viskosität
der geschmolzenen Glasmassen führte0 Die Zwischenwand zwischen den Schmelzräumen
endete dabei oberhalb des Muffelbodens, so daß aus den in der axialen Verlängerung
der Zwischenwand angeordneten Düsenöffnungen ein beide Glassorten enthaltender Faden
abgezogen werden konnte, der sich aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der
beiden Glassorten kräuseln,
Zwar ist es auf diese Weise möglich,
kontinuierlich größere Mengen gekräuselter Fäden herzustellen, doch läßt sich das
anteilmäßige Vorhandensein der unterschiedlichen Glassorten im Faden nicht steuern
und somit keine gleichmäßige Kräuselung erzielen.
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Der Erfindung lag nun zunächst die Aufgabe zugrunde, bei der rationellen
und billigen Massenherstellung gekräuselter Fasern die Stärke und Gleichmäßigkeit
der Kräuselung nicht dem Zufall zu überlassen Dabei war im Hinblick auf die störungsfreie
Massenfertigung bei bestimmten Anwendungsgebieten der .Erfindung auch die zusätzliche
Aufgabe zu lösen, die an sich bekannte Möglichkeit der nach einem Fadenriß erfolgten
Bildung eines Tropfens, der beim Herabfallen einen neuen Faden nach sich zieht und
automatisch in die laufende Fadenerzeugung eingeordnet werden kann, dabei aber benachbarte
Fäden nicht zerreißen darf, auch auf die Erzeugung gekräuselter Fäden zu übertragen.
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Die erstgenannte Aufgabe löst die Erfindung grundsätzlich dadurch,
daß die in getrennten Schmelzräumen vorgesehenen Glasschmelzen unterschiedlicher
Viskosität nicht, wie bekannt, vor der Ausziehdüse zusammengeführt, sondern in Form
getrennter Ströme abgezogen und erst nach dem Austritt aus der Muffel zwangsweise
zu einem einzigen Faden vereint werden0 Hierdurch hat man es in der Hand, bei Verwendung
von an sich bekannten Düsenröhrchen durch geeignete Wahl unterschiedlicher Durchmesser
und bzwe oder Längen der Düsenröhrchen die Austrittsgeschwind
X¢eit
und bzw. oder - infolge unterschiedlicher Kühlung - die während der Vereinigung
zu einem gemeinsamen Faden vorhandene viskosität der verschiedenartigen Glasschmelzen
willkürlich zu beeinflussen und so Fäden gleichmäßiger und vorbestimmbarer Stärke
und Kräuselung kontinuierlich und in großer Menge zu erzeugen, Die zweite vorgenannte
Aufgabe kann in an sich bekannter Weise durch Wahl eines geeigneten seitlichen Abstandes
der Ausziehdüsen gelöst werden, wobei dieser Abstand größer sein muß als der Tropfendurchmesser,
der in der Regel bei etwa 5 mm liegt Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Erzeugung von gekräuselten Fäden aus Glas oder ähnlichen in der Hitze plastischen
mineralischen Rohstoffen aus zwei Glasschmelzen unterschiedlicher Viskosität, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß von beiden Glasschmelzen getrennte Ströme geschmolzenen
Glases abgezogen und zwangsweise zu einem einzigen Faden vereint werden.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung
des vorgenannten Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Glasschmelzen
unterschiedlicher Viskosität in durch eine bis auf den Boden einer gemeinsamen Schmelzmuffel
reichende Zwjschenwand getrennten Schmelzräumen enthalten sind und der Boden mit
an sich bekannten röhrcheniörmigen Warzen- oder Spinndüsen versehen ist, wobei paarweise
dicht nebeneinander angeordnete Düsenröhrchen mit je einem
der Schmelzräume
in Verbindung stehen.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben0 Es stellen dar: Fig. 1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Muffel mit Düsenröhrchen unterschiedlichen
Durchmessers; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit Düsenröhrchen
gleichen Durchmessers, aber untèrschiedlicher Länge; Fig. 3 eine Seitenansicht einer
erfindungsgemäßen Muffel in gegenüber den Fig. 1 und 2 verkleinertem Maßstab; Figo
4 eine Aufsicht' auf den Gegenstand der Fig. 3; Fig. 5 eine Seitenansicht einer
schematischen ProduXtionsanlage als Beispiel für die industrielle Erzeugung erfindungsgemäßer
Fäden und Fig. 6 eine Aufsicht auf den Gegenstand der Fig. So In der Zeichnung ist
mit 1 allgemein eine Schmelz muffel bezeichnet, in der kontinuierlich oder intermittierend
in Form von Kugeln, Würfeln oder unregelmäßigen Brocken (Glasbruch) zugeführtes
Rohglas geschmolzen wird, Hierzu ist die Muffel, die vorzugsweise aus Edelmetall,
zoBs Platin9 be
eteht, in bekannter Weise mit Elektrodenanschlüssen
2 (Fig. 3 und 4) versehen. Das Schmelzen des Glases erfolgt dabei durch Stromdurchgang
durch die Wände der Muffel, wobei jedoch diese Art der Beheizung einerseits bekannt
und nicht Gegenstand der Erfindung und andererseits nur beispielhaft ist, da auch
andere Heizungarten in bekannter Weise eingesetzt werden könneun.
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Während nun normalerweise die Schmelzmuffel einen einzigen durchgehenden
Schmelzraum bildet, ist sie erfindungsgemäß durch eine bis auf-den Boden 3 reichende,
sich über die volle Länge der Muffel erstreckende Zwischenwand 4 in zwei Schmelzräume
5 und 6 unterteilt, die mit verschiedenartigen Glassorten beschickt werden, so daß
der Schmelzraum 5 mit einer Glasschmelze niederer und der Schmelzraum 6 mit einer
Schmelze höherer Viskosität gefüllt ist. Am Boden 3 der Muffel 1 sind an sich bekannte
Düsen in Form von Düsenröhrchen 7, 8 und 9 vorgesehen, durch deren besondere erfindungsgemäße
Dimensionierung sowohl die Stärke des abzuziehenden Fadens als auch die Art und
Stärke der Kräuselung willkürlich beeinflußt und insbesondere konstant gehalten
wird.
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Dies geschieht gemäß den Fig. 1, 3 und 4 dadurch, daß das mit dem
Schmelzraum 5, der die Glasschmelze niederer Viskosität enthält in Verbindung stehende
Düsenröhrchen 7 einen kleineren Durchmesser aufweist als das mit dem Schmelzraum
6 für das Glas höherer Viskosität in Verbindung stehende Düsenröhrchen 8.. Durch
diese Maßnahme läßt sich die AusfluB-geschwindigkeit
der unterschiedlichen
Glas schmelzen beeinflussen und somit die Kräuselung des durch zwangsweise Zusammenführung
der aus den Düsenröhrchen abgezogenen Glasstrdme gebildeten gemeinsamen Fadens.
Dabei haben sich bei praktischen Versuchen Durchmesser von ca. 2 bis 2,5 mm, vorzugsweise
2,2 mm, für das Düsenröhrchen 7 und von ca. 3 bis 3,5 mm, vorzugsweise p,2 mm, für
das Düsenröhrchen 8 bewährt.
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Eine andere Art der Beeinflussung der Ausströmverhältnisse der unterschiedlichen
Glasschmelzen ist in Figo 2 gezeigt, wo das Düsenröhrchen 8 dieselben Abmessungen
hat wie in Fig. 1, 3edoch kürzer ist als das durchmessergleiche Ddsenröhrchen 9,
das mit dem Schmelzraum 5 und der Glasschmelze niederer Viskosität in Verbindung
steht. Auf diese Weise wird mit Hilfe der an sich bekannten Temperaturvorminderung
durch die Düsenröhrchen eine unterschiedliche Abkühlung der beiden getrennten Ströme
beim Austritt aus ihren jeweiligen Schmelzräumen und damit eine unterschiedliche
änderung ihres Viskositätszustandes erzielt, was wiederum zu einer Steuerung des
Kräuselungsgrades führt. Dabei beträgt die freie Länge des mit der Schmelze höherer
Viskosität im Schmelzraum 6 in Verbindung stehenden Düsenröhrchens 8 vorzugsweise
ca. 5 biß 7 sm und die freie Länge des mit der Glasschmelze niederer Viskosität
verbundenen DUsenröhrchens 9 ca. 7 bis 9 ml. Unter freier Länge wird dabei die über
den Boden 3 hinausragende Länge der Düsenröhrchen verstanden.
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Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, nur eine der beiden
vorgenannten Maßnahmen der Beeinflussung der getrennt abgezogenen Glasströme vorzusehen,
sondern beide Maßnahmen können auch kombiniert werden, d.ho die den unterschiedlichen
Glas schmelzen zugeordneten Düsenröhrchen können gleichzeitig unterschiedliche Länge
und unterschiedliche Durchmesser aufweisen, Um eine einwandfreie und zwangsweise
Vereinigung der beiden getrennt abgezogenen Gasströme zu einem einzigen Faden zu
gewährleisten, ist es erforderlich, den Abstand a zwischen den Düsenröhrchen möglichst
gering zu halten, wobei zu dieser Abstand a, gemessen zwischen den Außenwänden 10/einem
Paar gehörender Düsenröhrchen, nicht mehr als 1 bis 2 mm betragen soll, jedoch bei
Bedarf beliebig klein werden kann, d.h. unter Umständen können beide Düsenröhrchen
einander berUhren oder sogar einen Teil der sie trennenden Wand gemeinsam haben.
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Um eine fortlaufende und störungsfreie Produktion zu gewährleisten,
ist erfindungsgemäß analog zur bekannten Herstellung gatter Glasfäden die Möglichkeit
vorgesehen, daß bei einem Fadenriß sich an den Enden der DUsenröhrchen Tropfen bilden,
die senkrecht nach unten fallend einen neuen, beide Glassorten vereinenden Faden
nach sich ziehen, ohne bei ihrem Fall benachbarte Fäden zu zerreißen, wobei der
neue Faden mit Hilfe bekannter Einrichtungen wieder in die Reihe der abgezogenen
Fladen eingeordnet wird. Hierzu ist es erforderlich, daß
der Abstand
b (Fig. 3 und 4) zwischen in Längsrichtung A<B der Muffel benachbarten Düsenpaaren
nicht kleiner ist als der Tropfendurchmesser, dessen Größe im allgemeinen bei ca.
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5 mm liegt, weshalb sich als Mindestgröße für den von Mitte zu Mitte
der Bohrung benachbarter Düsenröhrchen gemessenen Abstand b 5 mm ergeben.
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Um eine Stagnation des Glases in den Schmelzräumen 5 und 6 zu vermeiden,
ist der Boden 3 der Schmelzmuffel 1 beiderseits in Richtung auf die Zwischenwand
4 geneigt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung und Dimensionierung der Düsenpaare
läßt sich, wie gesagte bei den verschiedensten Arten von Schmelzmuffeln anwenden,
wobei bemerkenswert ist, daß sie sich auch auf die an sich bekannten Muffe mit mehr
als 400 mm Länge (beispielsweise 1 000 mm Länge) anwenden läßt.
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Die Erfindung ist auch grundsätzlich nicht an eine bestimmte Art
des Fadenabzugs gebunden, sondern auf alle bekannten Düsenziehverfahren anwenbar,
wobei das Ausziehen der Fäden, beispielsweise mittels schnell schnell rotierenden
Trommeln, durch direktes Aufspulen oder auch mittels energiereicher Gasströme erfolgen
kann.
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Somit können aus den erfindungsgemäß gekräuselten Fäden sowohl Spinnfäden
als auch ein Faserband oder verfilzte Flächengebilde in Form von Matten oder Vliesen
hergestellt werden.
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Bei Anwendung des vorerwähnten Abziehverfahrens mit einer schnell
rotierenden Trommel ist es mit Hilfe der Erfindung beispielsweise möglich, ohne
Fadenbruch gleichmäßig gekräuselte Fäden mit Abzugsgeschwindigkeiten zwischen 7
000 bis 12 000 m/Minute und mit gleichbleibenden Fadenstärken von 5 bis 15 Mikron
zu erzeugen und dadurch erstmalig gekräuselte Fasern hervorragender Qualität und
gleichbleibender Eigenschaften in wirtschaftlicher Weise in größeren Mengen herzustellen,
Selbstverständlich ist dabei die Anlage nicht auf zweireihige Schmelzmuffeln beschränkt.
Es können vielmehr auch mehrere Reihen von Düsenpaaren nebeneinander, d.h. senkrecht
zur Erstreckungsrichtung A-B der Muffel, vorgesehen werden, vorauagesetzt daß die
beiden Düsen Jeder Reihe von Düsenpaaren mit Jeweils verschiedenen Schmelzbehältern
für Glas unterschiedlicher Viskosität verbunden sind.
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Eine Art der industriellen Verwirklichung des Erfindungsgedankens
ist schematisch in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei vier erfindungsgemäße Schmelzmuffeln
11, 12, 13 und 14 versetzt zueinander oberhalb einer schnell rotierenden Trommel
15 angeordnet sind.
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Die solchermaßen abgezogenen, gekräuselten Fäden 16 werden mit Hilfe
einer Leiteinrichtung 17, wie von der Stapelfasererzeugung her bekannt, vom Trommelumfang
abgehoben, zu Stapelfasern zerteilt und mit Hilfe des durch die Trommel erzeugten
und durch ein Leitblech 18 zusammengehaltenen Luftstromes einer perforierten Saugrommel
19 zugeführt, von dieser
als verfilztes Flächengebilde, z.B. in
Form einer Matte 20, abgenommen und mittels eines Förderbandes 21 einem Tauchbad
22 zugeführt, wo sie mit einem Tränkungsmittel durchsetzt werden. Gegebenenfalls
kann auch schon vor dem Tauchbad 22 ein Netz- oder Bindemittel mit Hilfe einer Sprüheinrichtung
23 auf die Matte aufgebracht werden. Die solchermaßen getränkte Matte 20 wird dann
in einem Trockenofen 24 getrocknet und danach in üblicher Weise zu Rollen aufgewickelt.
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Aus Figo 5 ist auch die bereits erwähnte Möglichkeit ersichtlich,
einen gebrochenen Faden ohne Störung der Gesamtproduktion zu ersetzen, indem ein
senkrecht nach unten fallender Tropfen einen sich aus beiden Glas sorten bildenden
Faden 25 nach sich zieht, der am Ende der Fallstrecke auf ein schräg verlaufendes
Blech 26 auftrifft, an dem er entlanggleitet.
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Diese Bewegung wird durch einen starken, aus einem Strahlrohr 27 kommenden
Wasserstrahl 28 unterstützt und auf diese Weise der vom Tropfen nachgezogene Faden
vorgezogen und an die Oberfläche der Trommel 15 herangeführt. Dort ordnet er sich
in die Reihe der auflaufenden Fäden 16 automatisch ein, während sein Anfang mit
dem Tropfen vom Wasserstrahl 28 weggespült wird.