DE2145369C3

DE2145369C3 - Vorrichtung zum Verspinnen von mineralischem Material, insbesondere Glas

Info

Publication number: DE2145369C3
Application number: DE2145369A
Authority: DE
Inventors: Carl Spalding Newark Buchanan; Dale St. Louisville Kleist
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1970-09-14
Filing date: 1971-09-10
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DK143127B; FR2106505A1; DK143127C; DE2145369B2; FR2106505B1; CA957501A; JPS49132319A; DE2145369A1; BE772516A; JPS5020612B2; GB1328021A; ZA715561B; US3759680A; JPS4914405B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verspinnen von mineralischem Material, insbesondere Glas, zu Fasern, mit einem drehbaren Spinnkopf, welcher einen Boden und eine mit radialen Kanälen versehene, umlaufende Seitenwand aufweist, und mit einer Speiseeinrichtung, die das Material im schmelzflüssigen Zustand dem Boden des Spinnkopfs zuführt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der BE-PS 87 562 (entspr. DE-AS 15 96 480) bekannt. Bei der bekannten Spinnvorrichtung besitzt der drehbare Spinnkopf eine Außenwand mit gleichmäßiger Wand^ stärke, in der Kanäle mit untereinander gleichem Strömungswiderstand vorgesehen sind. Dies führt bei der bekannten Spinnvorrichtung zu dem Nachteil, daß der Durchmesser der gesponnenen bzw. gezogenen dünnen Fasern bzw. Fäden nicht innerhalb der gewünschten engen Grenzen gehalten werden kann. Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spinnvorrichtung der betrachteten Art anzugeben, mit welcher es

ίο möglich ist, aus einem aufschmelzbaren, faserbildenden Material, insbesondere aus Glas gezogene Fasern sehr einheitlichen Durchmessers zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kanäle in der Seitenwand von unten nach oben einen zunehmend größeren Strömungswiderstand aufweisen.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht dabei darin, daß durch jeden der Kanäle trotz der im Inneren des Spinnkopfes von unten nach oben abnehmenden Viskosität des schmelzflüssigen Materials pro Zeiteinheit im wesentlichen die gleiche Materialmenge austritt, so daß ein vorgegebener Durchmesser der gesponnenen bzw. gezogenen Glasfasern oder dergleichen sehr genau eingehalten werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der

JO Erfindung;

F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden vergrößerten Schnitt durch einen Teil einer abgewandelten Ausfüh-

J5 rungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigt Fig. I eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem hohlen Spinnkopf 78, einem Brenner 54 zur Erwärmung der Umgebung für die aus dem Spinnkopf

ίο austretenden primären Fasern sowie mit Einrichtungen zur Erzeugung einer schnellen Gasströmung. Die einzelnen Elemente der Vorrichtung werden dabei von einem Stützrahmen 48 getragen, der seinerseits von einem Hauptrahmen (nicht dargestellt) üblicher Konstruktion getragen wird.

Der Stützrahmen 48 weist eine horizontal angeordnete Platte 50 auf, von der eine Anzahl von Holmen 52 ausgeht. Mit den Holmen 52 ist ein ringförmiger Brenneraufbau 54 verbunden. Der Brenneraufbau umfaßt eine ringförmige Sammelleitung 56, die an eine Zuleitung 58 für ein Gemisch aus Brennstoff und Luft angeschlossen ist. In der Zuleitung 58 ist in üblicher Weise ein Ventil 59 zur Steuerung der Zufuhr der brennbaren Mischung zu der Sammelleitung 56 vorgesehen.

Der Brenneraufbau umfaßt ferner eine äußere ringförmige Wand 60 und eine innere ringförmige Wand 62 sowie eine untere Platte bzw. Grundplatte 64, wobei alle diese Teile aus Metall bestehen. Die Wände

ho 60 und 62 sind auf der Innenseite mit hochfeuerfestem Material 66 ausgekleidet, so daß sich ein ringförmiger Verbrennungsraum 68 ergibt, der eine ringförmige Auslaßöffnung 70 aufweist, durch welche die Flammen bzw. die heißen Verbrennungsgase aus dem Verbren-

h5 nungsraum 68 ausströmen und den Bereich erwärmen, in dem die primären Fasern bzw. die kleinen Ströne aus den öffnungen bzw. den Strömungskanälen in der Spinnkopfwandung austreten.

Eine obere horizontale Wand 72 des Brenneraufbaus ist längs ihres Umfangs mit im Abstand voneinander angeordneten Öffnungen versehen, in weiche Fittings 74 passen, die jeweils eine Anzahl vergleichsweise enger Kanäle 75 aufweisen, durch welche die brennbare Mischung aus der Sammelleitung 56 umer verhältnismäßig geringem Druck in den Verbrennungsraum 68 eingeleitet wird. Die engen Kanäle 75 dienen dabei als Brandschutzschirm und verhindern eine Zündung der Mischung in der Sammelleitung 56. Die Lage der Auslaßöffnung 70 für den Verbrennungsraum 68, insbesondere bezüglich des hohlen Spinnkopfes 78 wird nachstehend noch näher erläutert

Ein durch die Platte 50 gehaltenes, stationäres Gehäuse 80 mit einer zentralen Öffnung dient zur drehbaren Lagerung einer Welle 84, die um eine senkrechte Achse drehbar ist. Für die Welle 84 und den Spinnkopf 78 ist ein Antrieb vorgesehen, der eine Riemenscheibe 91 aufweist, die an der Well*: 84 befestigt ist und über die ein Treibriemen 94 läuft, der außerdem über eine Riemenscheibe 95 läuft, welcher auf einer Welle 96 eines Elektromotors 97 befestigt ist.

An dem der Riemenscheibe 91 abgewandten Ende der Weile 84 ist der Spinnkopf 78 befestigt, der an seinem unteren Ende von einem undurchlässigen Boden verschlossen ist, der im wesentlichen die Form einer Untertasse aufweist und aus Teilbereichen 100 und 110 besteht. Bei der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform weist der Spinnkopf 78 eine Seitenwand 108 auf. die einstückig mit dem ringförmigen, kegelstumpfförmigen bzw. noch oben und au,3en geneigten Teilbereich 110 ausgebildet ist, der seinerseits einstückig mit dem zentralen Teilbereich 100 des Bodens des Spinnkopfes ausgebildet ist. Die schräg nach oben laufende ringförmige Rampe, die durch den η Teilbereich 110 gebildet wird, erhöht die Widerstandsfähigkeit des Spinnkopfes 78 gegenüber einer Verformung unter dem Einfluß der Wärme und der Zentrifugalkräfte. Das Glas fließt also längs des kürzeren Wegs, der durch den nach oben geneigten, 4» ringförmigen Teilbereich 110 des Spinnkopfbodens gebildet wird, zur Innenseite der Seitenwand 108 des Spinnkopfes, wobei die schräge Rampenfläche ein glatteres Übertreten des Glasflusses von dem Boden des Spinnkopfes auf dessen Seitenwand fördert. 4^r>

Einstückig mit dem oberen Rand der Seitenwand 108 ist ein nach innen ragender ringförmiger Flansch 112 vorgesehen, wehher die öffnung am oberen Ende des Spinnkopfes begrenzt und außerdem der Verstärkung der Seitenwand zur Verhinderung oder Verringerung einer Verformung dient.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist die Innenseite 114 der Seitenwand 108 des Spinnkopfes vorzugsweise von im wesentlichen zylindrischer Gestalt und konzentrisch zur Rotationsachse der Welle 84. Wenn die Innenseite 114 5^r> im wesentlichen zylinderförmige Gestalt aufweist, dann wird das durch die Wärme erweichte bzw. geschmolzene Glas oder andere mineralische Materialien längs dieser Oberfläche unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte im gesamten senkrecht ^>r> Teil der Seitenwand t>o 108 des Spinnkopfes im wv.ov.iiiln.nen die gleiche Dicke annehmen.

Das erweichte bzw. geschmolzene Glas wird von einem Vorrat 14 in Form eines Glasstroms 18 dem kegelstumpfförmigen Teilbereich 110 des Spinnkopfbo- bs dens zugeführt, und das Glas fließt in Form eines Films 18', welcher mit dem Glass'rom in Verbindung steht, den Teilbereich 110 aufwärts und breitet sich über die Innenseite 114 der Seitenwand 108 des Spinnkopfes aus. Durch Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen dem Glasfilm auf der Rampenteilfläche 110 und der Innenseite 114 der Seitenwand des Spinnkopfes mit dem Glasstrom 18 ergibt sich eine minimale freie Oberfläche des Glases, und damit werden auch die Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert.

Um den Spinnkopf 78 herum ist eine Gebläsekonstruktion 118 angeordnet, welche ein ringförmiges Element 120 aufweist, das zur Bildung einer ringförmigen Sammelleitung bzw. einer Kammer 122 dient. An dem ringförmigen Element 120 ist ein Deckel 124 befestigt Das ringförmige Element 120 weist eine Wand 126 auf, deren Außenseite 128 einen sich nach oben und außen öffnenden Kegelstumpf bildet, an dessen oberem Rand im Abstand voneinander angeordnete Schlitze oder Öffnungen 130 vorgesehen sind.

Der Deckel 124 ist mit einer nach unten gerichteten ringförmigen Lippe 132 versehen, weiche die Seitenwand 126 des Elements 120 übergreift und die Oberseite der Schlitze 130 bildet. Der ringförmigen Sammelleitung b/w. der Kammer 122 v/ird unter Druck stehendes Gas zugeführt, beispielsweise komprimierte Luft oder Dampf, und zwar aus einer Versorgungseinrichtung über eine Röhre 134. Die komprimierte Luft bzw. der Dampf tritt aus der Kammer 122 durch die Schlitze 130 aus und bildet eine gasförmige Faserziehströmung hoher Geschwindigkeit. In der Röhre 134 ist ein Ventil 135 vorgesehen, welches dazu dient, den Zufluß des Dampfes bzw. der Druckluft zu der Kammer 122 und damit die Geschwindigkeit der Faserziehströmung zu steuern.

An der Seitenwand 126 des Elementes 120 ist ferner eine zweite nach unten und innen geneigte, kegelstumpffönnige Fläche 138 vorgesehen. Die nach unten und innen geneigte Fläche 138 richtet die Gase der Faserziehströmung gegen den unteren Teil der Außenseite 140 der Seitenwand 108 des Spinnkopfes 78. In diesem Bereich erfassen die Gase der Faserziehströmung, die aus den Schlitzen 130 austritt, die primären Fasern bzw. die kleinen Glasströme, die aus den Öffnungen bzw. Kanälen in der Seitenwand 108 des Spinnkopfes 78 austreten, und ziehen die Ströme bzw. die primären Fasern zu \ asern.

Eine Schürze 65 an der Grundplatte 64 des Brenneraufbaus ist im Abstand von dem Deckel 124 angeordnet, und zwar derart, daß ein verengter, ringförmiger Kanal 142 entsteht, aus welchem Luft infolge der Schnelligkeit der Faserziehströmung in diese Faserziehströmung hineingerissen wird. Die Kegelöffnung bzw. der Winkel der Außenseite 128 der Wand 126 der Gebläsekonstruktion kann bezüglich der Rotationsachse des Spinnkopfes in einem Bereich von etwa 10 bis 15° liegen.

Die ringförmige Auslaßöffnung 70, durch weiche die sehr heißen Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum 68 austreten, wird durch eine äußere ringförmige Fläche 144 und eine innere ringförmige Fläche 146 begrenzt, die in vertikaler Richtung beim Ausführungsbeispiel im wesentlichen mit der äußeren Oberkante 148 des Spinnkopfes 78 fluchtet. Daher streichen die Flammen bzw. die sehr heißen Verbiennungsgase aus dem Verbrennungsraum 68 an der Außenseite der Seitenwand 108 des Spinnkopfes 78 entlang, so daß der nach innen ragende Flansch 112 an der Oberseite des Spinnkopfes 78 nicht übermäßig stark erwärmt wird. Auf diese Weise fließt im wesentlichen die gesamte Wärme, die von den heißen Gasen bzw. Flammen aus

dem Verbrennungsraum 68 geliefert wird, längs der Außenseite 140 der Seitenwand 108 des Spinnkopfes nach unten oder wird durch die Seitenwand des Spinnkopfes und dessen Bodenbereiche zu der Welle 84 geführt, welche hohl ist und an der geschlossenen Unterseite des Spinnkopfes 78 endet.

Sämtliche Kanäle 152 in der Seitenwand 108 des Spinnkopfes besitzen vorzugsweise den gleichen Durchmesser, haben jedoch unterschiedliche Längen, so daß sie dem schmelzflüssigen Glas unterschiedliche Durchflußwiderstände entgegensetzen, und zwar derart, daß der Durchflußwiderstand in den Kanälen 152 von unten nach oben ständig zunimmt. Durch diese Maßnahme wird zusammen mit den anderen konstruktiven Merkmalen erreicht, daß der Glasstrom durch die Kanäle in solchen Mengen erfolgt, daß beim Ziehen der einzelnen Glasfasern durch die Faserziehströmung ein großer Teil der Fasern einen Durchmesser aufweist, der innerhalb sehr enger Grenzen liegt, während die restlichen Fasern demgegenüber einen größeren oder kleineren Durchmesse aufweisen. Es hat sich herausgestellt, daß der Durchmesser der Kanäle 152 im Bereich von etwa 0,77 mm bis etwa 1 mm liegen kann, und zwar in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise der Temperatur, der Zusammensetzung des Glases und der Stärke der zu erzeugenden Fasern.

Beim Ausführungsbeispiel werden die verschiedenen Durchflußwiderstände der Kanäle oder Öffnungen 152 in der Spinnkopfwandung 108 durch Ausbildung der Kanäle in verschiedenen Längen erreicht, da die Innenfläche 114 und die Außenfläche 140 gegen den Boden des Spinnkopfes 78 konvergieren, so daß die Dicke der Seitenwand 108 von unten nach oben ansteigt. Wie Fig.2 zeigt, ist die Innenseite der Seitenwand 108 zylindrisch und konzentrisch zur Achse der Rotation des Spinnkopfes 78.

Die Außenseite 140 der Seitenwand 108 ist kegelstumpfförmig, wobei der die Außenseite 140 bildende Kegel, ausgehend von der äußeren Oberkante 148 des Spinnkopfes 78 bis zu dessen äußerer Unterkante 154, sich nach unten und innen in Richtung auf die Spinnkopfachse verjüngt und wobei ferner die Innenseite 114 und die Außenseite 140 der Seitenwand 108 des Spinnkopfes konvergieren. Bei der in F i g. 2 gezeigten Konstruktion weisen die Kanäle 152 von unten nach oben in der Seitenwand 108 eine zunehmende Länge auf, wobei im vertikalen Abstand voneinander in der Seitenwand 108 etwa zwanzig oder mehr Ringe von Kanälen 152 vorgesehen sind.

Die heißen Gase aus dem Verbrennungsraum 68 besitzen im Bereich der äußeren Oberkante 148 der Spinnkopfwand 108 die höchste Temperatur, und die Temperatur der heißen Gase verringert sich, während sich diese längs der Spinnkopfwand 108 nach unten bewegen. Somit herrscht im oberen Bereich der Seitenwand 108 die höchste Temperatur, und die Umgebungstemperatur verringert sich längs der Seitenwand 108 bis zum Erreichen der äußeren Unterkante 154.

Der Glasstrom 18, der direkt auf den Teilbereich 110 des Bodens des Spinnkopfes 78 auftrifft, wird unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte bei Rotation des Spinnkopfes 78 längs der Innenseite 114 der Seitenwand 108 ausgebreitet und bildet einen Film bzw. eine Glasschicht 18' beträchtlicher Dicke im ganzen senkrechten Bereich der Innenseite 114 der Spinnkopfwand. Da der Glasstrom 18 so dicht wie möglich an der Seitenwand 108 in den Spinnkopf 78 eingeführt wird, steht der Glasstrom am Boden des Spinnkopfes bzw. im Teilbereich 110 des Bodens ständig in Verbindung mit der Glasschicht 18' an der Seitenwand 108, wodurch ein minimaler Wärmeverlust gewährleistet wird, da das Glas als einheitlicher Körper erhalten bleibt.

Es hat sich herausgestellt, daß der Boden des · Spinnkopfes, der einstückig mit der Seitenwand 108 ausgebildet ist, wie ein Kühlblech wirkt, da er die Wärme aus der Seitenwand zu dem Boden ableitet.

ίο Infolge der verringerten Temperatur des Spinnkopfbodens wird der Glasstrom 18 bei Auftreffen auf den Teilbereich 110 des Bodens des Spinnkopfes abgekühlt, wodurch das Glas in diesem Bereich eine höhere Zähigkeit bzw. eine verringerte Beweglichkeit erhält.

Der Anteil des Glasstroms, welcher nicht in direkten Kontakt mit dem Spinnkopfboden gelangt, besitzt anfänglich eine höhere Temperatur und damit eine geringere Viskosität und fließt leichter zum oberen Teil der Innenseite der Wand 108 des Spinnkopfes. Aus diesem Grunde würde das Glas auf der Innenseite der Spinnkopfwand infolge seiner hohen Temperatur und seiner niedrigen Viskosität normalerweise schnell durch die oberen Kanäle in der Spinnkopfwand fließen. Zur Kompensation der höheren Fließgeschwindigkeit bei der höheren Temperatur im oberen Bereich der Seitenwand wird diese in dem oberen Bereich mit größerer Dicke ausgebildet, so daß sich insgesamt eine konische Wand ergibt, die oben breiter und unten schmaler ist.

Infolge der konischen Ausbildung der Wand sind die Kanäle in der Spinnkopfwand im oberen Bereich zunehmend länger, so daß sich für das dünnflüssigere Glas im oberen Bereich Kanäle zunehmend größeren Durchflußwiderstandes ergeben. Die Gase aus der Verbrennungskammer 68 haben im oberen Bereich der Spinnkopfwand die höchste Temperatur, so daß die Temperatur der Spinnkopfwand in diesem Bereich am höchsten ist und die Temperatur des Glases, welches durch die Kanäle 152 in diesem Bereich fließt, übersteigt. Infolge der großen Durchlaufgeschwindigkeit des Glases aus dem Spinnkopf durch die oberen Kanäle stellt sich keine merkenswerte oder bedeutende Temperaturerhöhung des Glases, welches durch die Kanäle in dem verdickten Teil der Spinnkopfwand läuft, ein.

Die obersten Kanäle 152, die im heißesten Bereich der Spinnkopfwand eine beträchtliche Länge aufweisen, bieten dem flüssigeren Glas in diesem Bereich einen beträchtlichen Durchflußwiderstand. Infolge der zunehmend verringerten Länge der Kanäle in Richtung auf den unteren Bereich der Spinnkopfwand nimmt der Durchfiußwiderstand der zunehmend kürzeren Kanäle 152 für das Glas ab.

Eine andere Einflußgröße, die sich beim Ziehen der Glasfasern aus Glasströmen bzw. primären Glasfasern bemerkbar macht, sind die Eigenschaften der gasförmigen Faserziehströmung. Die Faserziehströmung hat in dem Bereich, in dem sie aus den Schlitzen 130 des Gebläseaufbaus austritt, die höchste Geschwindigkeit und damit die höchste Ziehenergie, und die Energie der Faserziehströmung nimmt ab, während sie sich nach tmten bewegt und dort die Ströme bzw. primären Fasern, die aus dem Spinnkopf austreten, zieht Da die Glasströme bzw. die primären Fasern aus dem flüssigeren Glas, welches aus den oberen Kanälen in der Spinnkopfwandung austritt, von dem Bereich der Faserziehströmung erfaßt werden, welcher die höchste Energie aufweist, liefert diese Energie hohe Ziehkräfte,

welche in der Lage sind, mehr Glas zu Fasern zu ziehen als die Energie in den unteren Bereichen der Faserziehströmung, die dort eine verringerte Geschwindigkeit aufweist. Zur Kompensation dieser größeren Energie bzw. dieser größeren Ziehkräfte der Faserziehströmung beim Ziehen der Fasern aus dem flüssigeren Glas wird ungeachtet des erhöhten Durchflußwiderstandes für das Glas in den längeren Kanälen die Temperatur des Glases auf einer solchen Höhe gehalten, daß durch die Kanäle im oberen Bereich der Spinnkopfwandung eine geringfügig größere Glasmenge fließt, so daß die entstehenden Fasern, die von der energiereicheren Fadenziehströmung gezogen werden, im wesentlichen die gleiche Größe bzw. den gleichen Durchmesser annehmen wie diejenigen Fasern, die aus primären Fasern gebildet werden, welche aus Öffnungen im unteren Bereich der Spinnkopfwandung hervortreten und welche von der in diesem Bereich schwächeren Faserziehströmung gezogen werden. Die Kompensation wird also dadurch erreicht, daß man im oberen Bereich des Spinnkopfes einen größeren Glasfluß ermöglicht, so daß eine größere Glasmenge von der in diesem Bereich mit der höchsten Geschwindigkeit strömenden Faserziehströmung gezogen wird, was zur Folge hat, daß die gezogenen Fasern aus sämtlichen Glasströmen bzw. primären Fasern des Spinnkopfes mit ihrem Durchmesser in einem vergleichsweise engen Bereich liegen.

Der Konvergenzwinkel zwischen der Innenseite 114 und der Außenseite 140 der Seitenwand 108 des Spinnkopfes ist in F i g. 2 zwischen den Pfeilen bei A angedeutet. Dieser Winkel bzw. die relative Länge der Kanäle 152 können verändert werden und damit die Durchflußwiderstände der Kanäle vom unteren Bereich der Spinnkopfwandung bis zu deren oberem Bereich.

Der Umfang der Durchflußwiderstandsänderung der Kanäle 152 ist von verschiedenen Betriebsparametern, wie beispielsweise der Höhe der Spinnkopfwandung, der Temperatur des Glases, der Wärmemenge, welche von den heißen Gasen aus der Verbrennungskammer 68 längs der Spinnkopfwand erzeugt wird, und den Eigenschaften der Faserziehströmung abhängig.

Es hat sich herausgestellt, daß der Konvergenzwinkel zwischen der Innenseite und der Außenseite der Seitenwand 108 des Spinnkopfes zwischen etwa 0,5 und 3,5° liegen kann und daß bei einer Wandhöhe von etwa 5,8 cm zwischen den untersten und den obersten Kanälen der Winkel A vorzugsweise etwa 2,5° beträgt, so daß die Kanäle 152 des obersten Ringes etwa die doppelte Länge besitzen wie die Kanäle des untersten Ringes. Die Dicke der Seitenwand des Spinnkopfes kann am unteren Ende im Bereich von etwa 3,18 bis 635 mm liegen.

Der Durchmesser des Spinnkopfes kann zwischen etwa 2032 und etwa 35,56 cm liegen, wobei es sich herausgestellt hat, daß ein Spinnkopf mit einem Außendurchmesser von etwa 30,48 cm mit etwa 10 000 oder mehr Kanälen 152 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu den günstigsten Ergebnissen führt

Der nach innen ragende einstückig mit der Seitenwand 108 ausgebildete Flansch 112 ist von einer Größe, die ausreicht, um den Zentrifugalkräften und einer Verformung des Spinnkopfes zu widerstehen. Ein anderer Vorteil eines Flansches 112 von minimaler Größe besteht darin, daß die Wärmeableitung von der Oberkante der Wand 108 begrenzt ist, so daß mehr Hitze nach unten durch das Metall der Seitenwand 108 geleitet wird.

Ein anderer Faktor, der die Schaffung einer verbesserten Wärmeverteilung längs der Spinnkopfwand begünstigt, besteht darin, daß die Flammen bzw. die heißen Gase aus der Brennkammer 68 so geführt werden, daß keine übermäßige Erwärmung des ringförmigen Flansches 112 eintritt. Zu diesem Zweck ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der ringförmigen Wand 62 des Brennergehäuses ein Bodenelement 156 vorgesehen, das oberhalb des Flansches 112 des Spinnkopfes und in dessen Nähe angeordnet ist und als Schild dient, welches die Übertragung der Wärme der heißen Abgase aus der Verbrennungskammer 68 auf den Flansch 112 verlangsamt, so daß insgesamt die Wärme besser auf die Seitenwand 108 des Spinnkopfes übertragen wird und auf die Glasströme bzw. die primären Fasern, die aus den Kanälen 152 austreten, einwirkt. Der untere Teil der inneren ringförmigen Wand 62 ist ferner vorteilhafterweise mit einem Kühlkanal 157 versehen, durch welchen ein Kühlmittel zirkuliert

Die Zuordnung zwischen dem Brenner bzw. der Heizvorrichtung und dem Spinnkopf ist für die Erzielung einer einheitlichen Temperaturverteilung im Bereich der Seitenwand 108 des Spinnkopfes wesentlich. Die heißen Gase, die von dem Brenner gegen die Spinnkopfwandung gerichtet werden, haben im Bereich des dicken Endes der Spinnkopfwand, d. h. am offenen Ende des Spinnkopfes, die höchste Temperatur. Die Wärme wird von diesem Bereich hoher Temperatur durch die Spinnkopfwand zu dem Boden des Spinnkopfes an dessen geschlossenem Ende geleitet und über die Welle 84 abgeführt Die Wärmeverluste sind gering und die Wärmeleitung durch die Spinnkopfwand besitzt längs der Spinnkopfwand einen niedrigen Gradienten, so daß die Spinnkopfwandtemperalur die Tendenz hat, über die Länge der Wand einheitlicher zu sein.

Ein weiterer Faktor, der einer gleichmäßigen Wärmeverteilung im Bereich der Mündung der Kanäle 152 förderlich ist, besteht darin, den Spinnkopf mit einem geschlossenen, d. h. nicht perforierten Boden zu versehen, da die durch die Spinnkopfwand zu dem angrenzenden Teilbereich 110 des Bodens geleitete Wärme zu einer erwärmten Fläche führt, auf welche das Glas auftrifft so daß die Wärmeverluste des Glases bei dessen Bewegung von dem ursprünglichen Glasstrom zu der Innenseite der Spinnkopfwand weiter vermindert werden.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung bringt viele Vorteile für die Steuerung des Ziehens mit sich, und zwar unter Bedingungen, welche die Bildung von Fasern in einem engen Größenbereich begünstigen. Durch den Verzicht auf eine Glasverteilungsvorrichtung bzw. einen Verteilerkorb, wie er üblicherweise im Inneren eines Spinnkopfes Verwendung findet, gelangt der Glasstrom direkt auf den Boden des Spinnkopfes, und zwar in unmittelbarer Nähe der Spinnkopfwandung, so daß das Glas unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte rasch über den Boden des Spinnkopfes fließt und eine Schicht heißen Glases auf der Innenseite der Wandung des Spinnkopfes bildet.

Der Glasstrom, das über den Boden des Spinnkopfes laufende Glas und die Glasschicht auf der !nnenseite der Spinnkopfwandung stehen miteinander in Verbindung und bilden einen einzigen Körper, welcher eine minimale Oberfläche aufweist so daß die Wärmeverluste des Glases stark reduziert werden, was zur Folge hat, daß in der Seitenwand des Spinnkopfes einheitliche-

re Temperaturen herrschea Ferner besitzt das Glas an der Innenseite der Spinnkopfwandung eine höhere Temperatur als früher, wo das Glas von einem Verteilerkorb bzw. einer Tasse auf die Spinnkopfwandung gelangte. Da das Glas an der Spinnkopfwandung eine vergleichsweise hohe Temperatur besitzt, kann die Temperatur in der Verbrennungskammer 68 unter Aufrechterhaltung einer für das Ziehen von Fasern geeigneten Umgebungstemperatur reduziert werden.

Es hat sich herausgestellt, daß das Volumen und die Geschwindigkeit des Gases, welches die Faserziehströmung bildet, reduziert werden können, wenn die primären Fasern bzw. Glasströme eine höhere Temperatur aufweisen und folglich von der Faserziehströmung leichter und wirksamer gezogen werden können. Eine Verminderung des Volumens und der Strömungsgeschwindigkeit der Faserziehströmung bringt geringere Turbulenzen in der Ziehzone mit sich, und die erzeugten Fasern weisen eine größere Länge auf und besitzen eine hohe Festigkeit, da zwischen den einzelnen Fasern ein geringerer Abrieb auftritt Fasern einheitlicher Stärke und Art liefern ein Paket bzw. eine Fasermatte, die eine verbesserte Trennfestigkeit und einen besseren Isolationsfaktor aufweist.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Seitenwand des Spinnkopfes andersartig gestaltet ist. Bei dieser Ausführungsform des hohlen Spinnkopfes 160 ist ein nicht perforierter Bodenteil 162 vorgesehen, an den sich ein kegelstumpfförmiger Teilbereich 164 anschließt, der wiederum einstückig mit einer Seitenwand 166 des Spinnkopfes ausgebildet ist, die an ihrem oberen Ende in einen nach innen ragenden ringförmigen Flansch 168 übergeht Die Seitenwand 166 des Spinnkopfes ist mit Kanälen «70 versehen, die in gleicher Weise wie die Kanäle 152 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 in vertikalen, übereinanderliegenden Reihen angeordnet sind.

Der Glasstrom 18 verteilt sich auch bei dieser Ausführungsform längs der Innenseite 174 der Spinnkopfwand und gelangt durch die Kanäle 170 unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte in Form von Glasströmen bzw. primären Fasern auf die Außenseite des Spinnkopfes. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist die Außenseite 172 der Spinnkopfwandung von zylindrischer Gestalt und konzentrisch zur Rotationsachse des Spinnkopfes. Die Innenseite 174 der Spinnkopfwandung ist dagegen kegelstumpfförmig ausgebildet und verbreitert sich von dem unteren Bereich 176 bis zum oberen Bereich 178 der Spinnkopfwand.

Der Konvergenzwinkel zwischen der Innenseite 172 und der Außenseite 174 der Spinnkopfwand, der bei B angedeutet is?, kann im Bereich zwischen etwa 0,5 und 3,5° liegen. Bei eii.em Spinnkopf, dessen Seitenwand zwischen den untersten Kanälen und den obersten Kanälen etwa 2,58 cm hoch ist und bei dem der Konvergenzwinkel B der Innenseite 172 und der Außenseite 174 der Seitenwand etwa 2,5° beträgt, besitzen die Kanäle der obersten Reihe ungefähr die doppelte Länge der Kanäle der untersten Reihe in der Spinnkopfwand.

Die Wärme bzw. die erhitzten Gase, die von der Verbrennungskammer 68' durch die ringförmige

ίο Auslaßöffnung 70' abgegeben werden, bewegen sich längs der Außenwand 172 des Spinnkopfes und schaffen eine erwärmte Umgebung mit fortschreitend abnehmenden Temperaturen längs dieser Oberfläche, an welcher die primären Fasern bzw. Glasströme unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte aus den Kanälen 170 austreten. Ein Bodcnclcrncnt 156' an der inneren Wand 62' des Brenneraufbaus, die über dem Flansch 168 und in der Nähe desselben angeordnet ist, verlangsamt die Wärmeübertragung aus der Verbrennungskammer 68' auf den Flansch 168.

Diese Anordnung verhindert eine übermäßige Erwärmung des Flansches 168, was zur Folge hat, daß die Wärme wirksamer für den Teil des Spinnkopfes zur Verfügung steht, in welchem die Glasströme bzw. die primären Fasern aus den Kanälen 170 austreten. Die innere ringförmige Fläche 146' der inneren Wand der ringförmigen Auslaßöffnung 70' des Brenners fluchtet in senkrechter Richtung im wesentlichen mit der äußeren Oberkante 178 der Seitenwand des Spinnkopfes, so daß die Hitze aus der Verbrennungskammer 68' auf die Außenseite der Spinnkammerwandung und in Richtung derselben gerichtet ist.

Aufgrund der Tatsache, daß die Kanäle 170 in der Seitenwand des Spinnkopfes beginnend bei dem obersten Ring bis zu dem untersten Ring eine fortlaufend abnehmende Länge aufweisen und damit dem Glasfluß unterschiedliche Strömungswiderstände entgegensetzen sowie aufgrund der Tatsache, daß in der Seitenwand ein Temperaturgradient besteht und die

•to primären Fasern bzw. Glasströme von den einzelnen Kanälen in unterschiedliche Bereiche der Faserziehströmung eingeleitet werden, haben die Fasern, welche die Matte bilden bzw. ein hoher Prozentsatz dieser gezogenen Fasern, im wesentlichen die gleichen Durchmesser bzw. einen durchschnittlichen Durchmesser, der in einem sehr engen Bereich liegt. Unter einem engen Bereich kann dabei beispielsweise ein Bereich verstanden werden, welcher Fasern mit einem Durchmesser von etwa 4,572 μίτι bis etwa 6,35 μπι umfaßt Ein anderes Beispiel für Fasern, von denen man sagen kann, daß sie in einem engen Bereich liegen, umfaßt Fasern mit einem Durchmesser von etwa 6,858 μπι bis etwa 8,63b μΐη.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verspinnen von mineralischem Material, insbesondere Glas, zu Fasern, mit einem drehbaren Spinnkopf, welcher einen Boden und eine mit radialen Kanälen versehene, umlaufende Seitenwand aufweist, und mit einer Speiseeinrichtung, die das Material im schmelzflüssigen Zustand dem Boden des Spinnkopfs zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (152; 170) in der Seitenwand (108; 166) von unten nach oben einen zunehmend größeren Strömungswiderstand aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (152; 170) in der Seitenwand (108; 166) von unten nach oben eine zunehmend größere Länge uufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (152; 170) sämtliche im wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnkopf (78; 160) eine Seitenwand (108; 166) ungleichförmiger Dicke aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende der Seitenwand (108; 166) des Spinnkopfes (78; 160) ein nach innen ragender Flansch (112; 168) vorgesehen ist und daß die Seitenwand (108; 166) durch Oberflächen begrenzt wird, welche gegeneinander derart konvergieren, daß sich gegen das obere Ende der Seitenwand (108; 166) die größte Wandstärke ergibt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (100; 162) des Spinnkopfs (78; 160) einen nach oben ansteigenden, ringförmigen äußeren Bereich (110; 164) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer den Spinnkopf umgebenden Brenneranordnung zur Erzeugung einer heißen Gasströmung zum Ziehen der aus den Kanälen des Spinnkopfs austretenden primären Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenneranordnung derart ausgebildet ist, daß mit ihrer Hilfe die Außenseile des Spinnkopfes (78; 160) in dem Bereich, in dem die Kanäle (152; 170) mit den größten Strömungswiderständen münden, am stärksten erwärmbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswiderstände der Kanäle (152; 170) derart bemessen sind, daß sich für die einzelnen Kanäle (152; 170) mit zunehmendem Durchflußwiderstand geringfügig größere Durchflußmengen ergeben.