DE2214351C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material, insbesondere von Glasfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von lasern aus thermoplastischem Material, insbesondere von Glasfasern, mil einem mil großer Geschwindigkeit rotierenden hohlen Zenfifugalkörper, dessen Inneres der kontinuierlichen Aufnahme des geschmolzenen Materials dient und der einen I Imfangsmaniel hat mit einer Anzahl von Reihen von Öffnungen, die dem Ausschleudern des Materials durch Zentrifugalkraft in zahlreichen dünnen Strömen, welche danach durch abwärts gerichtete heiße Gusströmc zu Fasern ausgezogen werden, dienen, und der eine Bodenfläche angrenzend an den unteren Rand des Mantels hat, die der fließenden Verteilung und Führung des Materials zum unteren Rande des Mantels hin dient sowie dcr_i Bildung eines Vorrats geschmolzenen Materials auf der ganzen Höhe der Innenfläche des Mantels.

Durch die DE-OS 15 96 480 ist eine solche Vorrichtung bekannt geworden. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß durch die Temperatur des geschmolzenen Glases sich der Zentrifugalkörper verzieht. Gemäß dieser OS soll dieser Erscheinung durch Abstandsregulierung entgegengewirkt werden. Es hat sich gezeigt, daß die Deformation um so stärker ist, je größer der Durchmesser des Zentrifugalkörpers

ίο ist. Diese Deformation hat zur Folge, daß die Standzeit des Zentrifugalkörpers vermindert wird. Dies kann auch durch die genannte Abstandsregulierung nicht verhindert werden. Andererseits geht das Bestreben dahin, den Zentrifugalkörper möglichst groß zu machen, damit die Zahl der Schleuderöffnungen in seinem Umfangsmantel möglichst groß gemacht werden kann, so daß ein möglichst großes Ausbringen gegeben ist. Durch Versuche wurde festgestellt, daß es für die Faserherstellung außerdem von Bedeutung ist, daß Temperaturunterschiede an verschiedenen Stellen der Umfangswandung und des Bodens des Zentrifugalkörpers möglichst vermieden werden sollen. Diese Forderung ist aber, bedingt durch die Betriebsverhälinisse. bisher nicht in ausreichendem Maße erfüllt.

Gemäß den DE-OS 1421 104 und 19 30093 und gemäß der DE-PS 12 37 724 ist es bekannt geworden, durch Induktionsspulen eine gewisse Zusatzheizung auszuüben. Diese Zusatzheizungen umgeben den Umfangsmantel des Zentrifugalkörpers konzentrisch und sollen auf diesen Umfangsmantel oder auch nur auf den unteren Teil dieses Umfangsmantcls erwärmend wirken. Durch die DE-PS 10 91 698, Abb. 5. ist bereits bekannt geworden, den Boden des Zcnirifugalkörpcrs durch Flammen zu erwärmen. Die Erwärmung durch Flammen kann aber nicht genügend gezielt eingesetzt werden, um das Deformieren des /.enirifugalkörpcrs zu verhindern.

Durch die DE-PS 12 37 724 ist bekannt geworden, den Boden des Zenirifugalkörpcrs offen auszubilden und stall dessen an der Unterseite lediglich einen ringförmigen Rand vorzusehen. Auf diese Weise kann das Verziehen gemindert werden, ist aber insbesondere bei großen Zcninl'ugalkörpcrn nicht ausreichend vermieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Maßnahmen vorzusehen, durch die die Deformation des Zenirifugalkörpcrs beim Beirieb entscheidend vermin den und entsprechend seine Standzeit verlängert wird. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Maßnahmen im Kennzeichen des Anspruches 1.

Die gesonderte ringförmige Scheibe hindert die Gefahr des Verziehens in der Hitze. Wenn auch der Außenrand der Scheibe unten an den Umfangsmantel dicht anschließt, so isi dies doch nicht zu vergleichen mil dem Boden gemäß der DIi-PS 15 96 480. der mit dem Umfangsmantel einstückig ist. Durch die Einstückigkeil ist die Gefuhr des Verziehens in der Hitze gegeben, und zwar insbesondere bei einem Zentrifugalkörper mit großen Abmessungen. Dadurch, daß die gesonderte ringförmige Scheibe und der Umfangsmanlel zwei Teile sind, isi trotz des dichten Anschließens der Scheibe an den Umfangsmantel ein Spannungsausgleich beim Erhitzen gegeben. Die verhältnismäßig geringe radiale Erstrcckung der Scheibe wirkt in demselben Sinne.

Außerdem ist von Bedeutung die Induktionsspule unterhalb der Scheibe. Hierdurch kann die Scheibe gezielt erwärmt werden, so daß sie etwa gleichmäßig aufgeheizt wird. Die Aufheizung auf eine gleichmäßige

Temperatur, die nahe der Temperatur des Mantels ist, ist auch vorteilhaft für die Erzeugung einer gleichmäßigen Temperatur des Glasschmelzflusses. Durch die DE-PS 12 37 724 ist eine Heizung mit Indi-ktionsstrom bekannt geworden, bei der der untere Teil des s Unifangsmantels beheizt werden soll. Diese Beheizung ist nicht gezielt auf den Boden gerichtet und bewirkt somit nicht die Vergleichmäßigung der Temperatur, wie sie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreirht wird. ίο

Vorteilhafte Ausführungsarten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind beschrieben in den Ansprüchen 2 bis 5. Die Frequenz zwischen etwa 6000 und 20 000 Hz hat den Vorteil, daß bei ihr noch kein nennenswerter Skineffekt auftritt, durch den die Beheizung ungleichmäßig werden würde. Der zunehmende Durchmesser der Öffnungen des Umfangsmanteb vom unteren zum oberen Teil dieses Mantels bewirkt eine Vergleichmäßigung der ausgeschleuderten Materialströme und somit eine Vergleichmäßigung der erzeugten Fasern.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen die Erzielung einer sehr gleichmäßigen Temperatur auf dem Wege, den der Glasschmelzfluß bis zum Ausschleudern aus dem Umfangsmantel nimmt. Durch Versuche wurde festgestellt, daß der Temperaturgradient unter 15° C pro Zentimeter gehalten werden konnte und sogar nur etwa 5°C pro Zentimeter betrug.

Zwei Beispiele der Erfindung sind in den F i g. 1 und 2 dargestellt.

Gemäß der Zeichnung umfaßt die Vorrichtung zur Erzeugung der Fasern einen rotierenden Körper 1, der an einer hohlen Achse 2 befestigt ist, die seinen Antrieb mit großer Geschwindigkeit bewirkt. Der Körper 1 hat einen Umfangsmantel 3, in welchem Öffnungen 4 zum Ausschleudern des Materials vorgesehen sind. Unter dem rotierenden Körper ist als Bodenfläche eine gesonderte ringförmige Scheibe 5 befestigt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist in Achsrichtung und fest am hohlen Körper ein Korb 8 vorgesehen, der an seinem Umfang Öffnungen 9 hat.

Das thermoplastische Material 10 wird in geschmolzenem Zustand in Richtung der Achse der hohlen Achse 2 (Fig. 1) zugeführt und fällt in den Korb 8, von wo es durch die Wirkung der Fliehkraft durch die Öffnungen 9 ausgeschleudert wird, um sich über die Oberfläche der Scheibe 5 auszubreiten. Das Material erreicht dann den unteren Teil des Lmfangsmantels 3 und breitet sich über dessen ganze Höhe aus, um aus den Öffnungen 4 des Mantels in Form von dünnen Strömen ausgeschleudert zu werden.

Die ringförmige Scheibe 5 besteht aus demselben Metall wie der Umfangsmantel 3, und ihr Innendurchmesser unterschreitet nicht den halben Durchmesser des Mantels 3.

Die Temperatur der Scheibe 5 wird auf den gewünschten Wert gebracht, der in der Nähe der Temperatur des Umfangsmantels liegt, durch die Zufuhr von Wärme durch Berührung mit dem geschmolzenen Material und mittels Induktionsströme, die in der Scheibe erzeugt werden. Man verwendet hierzu eine Induktionsspule 18, deren Windungen in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des rotierenden Körpers angeordnet sind. Diese Induktionsspule liegt unterhalb der Höhe der Scheibe 5. Sie wird gespeist mit Strömen -mittlerer Frequenz von der Größenordnung 6 bis 20 kHz oder mehr.

Die aus dem rotierenden Körper 1 ausgeschleuderten Materialströme werden der Wirkung von Verbrennungsgas ausgesetzt, das mit großer Geschwindigkeit und hoher Temperatur aus dem Schlitz 11 bzw. der Entspannungsöffnung einer ringförmigen Verbrennungskammer 12, die koaxial zum rotierenden Körper ist, austritt. Die Wirkung dieser Gase bewirkt das Ausziehen der dünnen Materialströme zu feinen Fasern. Eine ergänzende Wirkung auf die dünnen Ströme kann erzielt werden mittels eines ringförmigen Strahles, insbesondere von warmer Luft oder von Dampf, der durch einen Blaskranz 14 erzeugt wird, welcher außerhalb des Schlitzes 11 der Verbrennungskammer angeordnet ist.

Ein innerer Brenner 19 ist konzentrisch zu den Glasströmen angeordnet und gestattet, den Zentrifugalkörper auf eine passende Temperatur zu bringen, ehe Glas zugeführt wird. Diese Temperatur wird danach durch Glas selbst aufrechterhalten.

Der Durchmesser der Öffnungen 4 des Umfangsmantels 3 kann einen Wert haben, der von der Scheibe 5 bis zum oberen Teil des Mantels 3 zunimmt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 wird eine Reserve an geschmolzenem Material über die ganze Höhe des Umfangsmantels 3 gebildet. Diese Reserve wird in einer ringförmigen Kammer 7 gebildet, deren innere Wand aus einer Trennwand 6 besteht. Das geschmolzene Material breitet sich über die Oberfläche der Scheibe 5 aus und tritt zwischen den unteren Teilen des Mantels 3 und der Trennwand 6 durch, um die Kammer 7 vollständig auszufüllen. Vorzugsweise ist die Höhe des ringförmigen freien Raumes, der am unteren Teil zwischen der Trennwand 6 und dem Umfangsmantel 3 gebildet wird, in der Größenordnung von 5 bis 10 mm.

Man bewirkt so einen konstanten und gleich großen Druck auf alle Schleuderöffnungen 4 des Umfangsmantels 3 und dadurch eine gute Gleichmäßigkeit der dünnen Materialströme, welches auch die Höhe der Öffnungen, aus denen sie ausgeschleudert werden, sei. Gegen die ringförmige innere Wand 6 ist eine wärmedämmende Verkleidung 13 angeordnet.

Die F i g. 2 zeigt ebenfalls die Induktionsspule 18, die dazu dient, die Temperatur der Scheibe 5 aufrechtzuhalten oder zu erhöhen. Diese Anordnung ist analog derjenigen gemäß Fig. 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material, insbesondere von Glasfasern, mit einem mit großer Geschwindigkeit rotierenden hohlen Zentrifugalkörper, dessen Inneres der kontinuierlichen Aufnahme des geschmolzenen Materials dient und der einen Umfangsmantel hat mit einer Anzahl von Reihen von Öffnungen, die dem Ausschleudern des Materials durch Zentrifugalkraft in zahlreichen dünnen Strömen, welche danach durch abwärts gerichtete heiße Gasströme zu Fasern ausgezogen werden, dienen, und der eine Bodenfläche angrenzend an den unteren Rand des Mantels hat, die der fließenden Verteilung und Führung des Materiah zum unteren Rande des Mantels hin dient sowie der Bild'ing eines Vorrats geschmolzenen Materials auf der ganzen Höhe der Innenfläche des Mantels, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Bodenfläche als gesonderte ringförmige Scheibe (5), deren Außenrand unten an den Umfangsmantel (3) dicht anschließt, durch einen Innendurchmesser der Scheibe (5). der den halben Durchmesser des Mantels (3) nicht unterschreitet, und durch eine unterhalb der Scheibe (5) koaxial zu dieser angebrachte Induktionsspule (18), die eine lokale Heizwirkung ausübt zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperatur der Scheibe (5), die nahe der Temperatur des Mantels (3) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I. gekennzeichnet durch eine Speisung der Induktionsspule (18) mit Strömen von einer Frequenz /wischen etwa 6000 und 20 000 Hz.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Scheibe (5) aus dem gleichen Material besteht wie der Umfangsmantcl(3).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugalkörper (1) einen Durchmesser von wenigstens 300 mm und insbesondere über 400 mm hai, und daß der Umfangsmantel (3) wenigstens 10 Reihen von Öffnungen (4) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnungen (4) des Umfungsmanlels(3) von der I lohe der ringförmigen .Scheibe (5) bis zum oberen Teil des Mantels (3) zunimmt.