DE2414779C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material, insbesondere thermoplastischem Material, wie Glas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fasern durch Ausziehen von ausziehbarem Material, insbesondere thermoplastischem Materia!, wie Glas, mit Hilfe von winkelig zueinander gerichteten Gasströmungen, wobei das Material im ausziehbaren, insbesondere schmelzflüssigen Zustand zugeführt wird.

Ferner richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Auf dem vorliegenden Fachgebiet der Herstellung von Fasern, insbesondere Glasfasern, gibt es vier bekannte Verfahren, die im folgenden kurz näher erläutert werden sollen:

1. Ausziehen durch Blasen mittels Dampf, Luft oder unter Verwendung von Niederdruckluft;

2. Mechanisches oder kontinuierliches Ausziehen;

3. Ausziehen in zwei Stufen, ausgehend von kalten Stäben, das sogenannte Aerocor-Verfahren; und

4. Ausziehen durch Zentrifugieren.

Es existieren zahlreiche Varianten zu jedem der vier obengenannten Verfahren, und es wurden auch schon Anstrengungen unternommen, um diese Verfahren wenigstens zum Teil zu kombinieren.

Im folgenden sollen die vier bekannten Verfahren kurz im einzelnen erörtert werden.

1. Ausziehen durch Blasen

Beim Ausziehen durch Blasen wird das schmelzflüssige Glas vom Vorherd eines Ofens ein oder zwei Reihen auf einer Spinndüsenplatte vorgesehenen Öffnungen zugeführt, so daß eine große Anzahl von Glasströmeri entsteht, die in eine Ausziehzone fließen, wo sie zwischen konvergierenden Gasstrahlen passieren.

Die Strahlaustrittsöffnungen befinden sich sehr nahe den Glasströmen und die Strahlen folgen nach unten einer Richtung praktisch parallel zur Bewegungsrichtung der Glasströrne. Im allgemeinen folgen die Glasströme der Winkelhalbierenden des Winkels zwischen den konvergierenden Gasstrahlen. Meistens handelt es sich bei dem Gas um Hochdruckdampf.

2. Mechanisches oder kontinuierliches Ausziehen

Bei diesem Verfahren »Vird eine gewisse Anzahl von Glasströmen aus Öffnungen ohne Einsatz eines Gasstrahles ausgezogen, rind zwar wird ein mechanischer Zug mittels einer Drehtrommel, die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht, ausgeübt. Auf diese Trommel wickeln sich die kontinuierlichen Fäden auf. Es können auch sich drnhende Rollen, zwischen denen die Fäden durchlaufen, vorgesehen sein.

3. Aerocor-Verfahren

Bei diesem Verfahren wird das Glas in einen Fluidstrahl mit erhöhter Temperatur und Geschwindigkeit in festem Zustand und nicht in Form eines flüssigen Fadens wie beim Blasziehverfahren oder beim oben beschriebenen mechanischen Ausziehverfahren eingeführt Ein Glasstab oder manchmal auch ein dicker Glasfaden wird in einen heißen Gasstrahl, möglichst in einer Richtung, die praktisch senkrecht zu diesem Strahl verläuft, eingeführt Das Ende des Stabes erwärmt sich und erweicht, so daß der Gasstrahl in der Lage ist, eine Faser, die er mitnimmt auszuziehen.

4. Ausziehen durch Zentrifugieren

Nach diesem Verfahren wird das schmelzflüssige Glas in einen sich mit großer Geschwindigkeit drehenden Hohlkörper eingeführt, der an seinem Umfang eine gewisse Anzahl von öffnungen aufweist Das Glas tritt durch diese öffnungen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft aus und die entstehenden Glasströme werden ri.inn der Wirkung eines konzentrischen Ringstrahles aus heißen Gasen oder Flammen ausgesetzt, der im allgemeinen nach unten gerichtet ist wobei diese Fäden auch in einem Bereich, der konzentrisch

jo zum ersten Strahl und weiter vom Drehkörper entfernt ist, der Wirkung eines zweiten nach unten gerichteten Hochgeschwindigkeitsstrahles ausgesetzt werden können, der im allgemeinen aus Luft oder Dampf unter hohem Druck besieht Die Glasströme werden so in feine Fasern ausgezogen, die gekühlt und nach unten in. Form von Glaswolle abgezogen werden.

Mit allen diesen Verfahren war es jedoch nicht möglich, Fasern von extrem kleinem Durchmesser, beispielsweise in der Größenordnung von wenigen Mikron, aber möglichst großer Faserlänge herzustellen und außerdem mit großer Leistung zu arbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren votzuschlagen, mit dem es möglich ist, sehr feine und sehr lange Fasern, und zwar bei erhöhtem Durchsatz,

(5 herzustellen.

Da diese Aufgabenstellung hinsichtlich ihrer einzelnen Forderungen jedoch widersprüchlich ist, war sie mit dem bekannten Verfahren nicht lösbar. Man war immer genötigt, eine Auswahl zu treffen, weil jedes der

so bekannten Verfahren die Herstellung nur eines einzigen Produktes oder eines beschränkten Bereiches von Produkten erlaubte.

So ermöglichte beispielsweise das mechanische Ausrieh;η zwar die Herstellung von endlosen sehr feinen Fäden; der spezifische Durchsatz ist jedoch gering und das resultierende Produkt kann in wirtschaftlicher Weise in Form von Glaswolle keine Anwendung finden.

Das Zentrifugier/eriahren ermöglicht zwar die Erzeugung von Fasern bei relativ hohem spezifischem Durchsatz; die erzeugten Fasern sind jedoch kurzer und lassen sich nicht ohne Schwierigkeiten zu Vorgarnen oder anderen verstärkten Produkten oder textlien Produkten zusammenfassen, sind aber für zahlreiche Anwendungsfälle äußerst zufriedenstellend, wie beispielsweise für die Isolation von Gebäuden, wo ein großer Bereich von Durchmessern und Faserlängen im Fertitigprodukt keinerlei Nachteile bedeuten.

Das Asrocor-Verfahren ermöglicht es, lange und feine Fasern herzustellen, arbeitet jedoch nicht mit ausreichend hohem spezifischem Durchsatz, um in Konkurrenz mit dem Zentrifugierverfahren treten zu können. Es stellt sich nämlich hier in dem Ausmaß, wie der spezifische Durchsatz zunimmt, unvermeidlicherweise eine entsprechende Durchmessererhöhung der Fasern ein.

Schließlich ermöglicht das Ausziehen mittels Luft unter niedrigem Druck zwar, lange Fasern von gleich- im förmigem Durchmesser herzustellen, die spezifischen Durchsätze sind jedoch vergleichsweise gering. Versucht man die spezifischen Durchsätze zu erhöhen, so resultieren Glaströpfchen, die nur unzureichend ausgezogen sind. : ■

Alle diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, wenn zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß in einen Gasstrom wenigstens ein Gasstrahl, dessen Querschnitt kleiner als derjenige des Gasstromes ist. winkelig dazu und mit solcner gegenüber der .·" kinetischen Energie pro Volumeneinheit des Gasstromes größerer kinetischer Energie pro Volumencinheit eingeführt wird, daß der Gasstrahl durch den Gasstrom völlig umhüllt bleibt und daß das im ausziehbaren Zustand befindliche Material jeweils dem Einführungsbe- :> reich des Gasstrahles in den Gasstrom zugeführt wird.

Es ist /war zum Beispiel aus der US-PS 21 26 411 oder aus der AT-PS 2 44 011 bereits bekannt, zwei sich kreuzende Gasströmungen zu verwenden. Hier sind jedoch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beziehun- m gen zwischen diesen Gasströmungen nicht eingehalten, so daß die Voraussetzungen für ein befriedigendes Ergebnis fehlen.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, des- r> gleichen eine vorteilhafte Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfinciungsgemäßen Verfahzweckmäßige weitere Ausgestaltungen.

Die Zeichnungen zeigen in

F i g. I eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

F i g. 2A. 2B und 2C vergrößerte Teilausschnitte aus einer Vorrichtung nach F i g. 1. dabei zeigt

F i g. 2A den durch den Gasstrom allein bewirkten 4", Effekt.

F i g. 2B den durch den Gasstrahl allein bewirkten

Effekt und

F i g. 2C den aus der Wechselwirkung von Gasstrom und Gasstrahl resultierenden Effekt, wie er nach dem ,0 erfindungsgemäiien Vorschlag auftritt,

F i g. 3 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung mit mehreren Zuführungsstellen für das ausziehbare schmelzflüssige Material,

F i g. 3A eine Teilschnittdarstellung einer anderen Ausführungsform,

Fig.4 eine Teilschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform.

F i g. 5 eine der F i g. 4 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform. co

F i g. 6 eine Schnittdarstellung einer Anordnung zur Einspeisung des ausziehbaren schmelzflüssigen Materials.

F i g. 7 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach F i g. 6, *,5

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zur Zuführung des ausziehbaren schmelzflüssigen Materials,

F i g. 9A eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in allgemeiner Darstellung,

Fig. 9B einen Schnitt längs der Linie 9B-9B der F i g. 9C,

Fig. IC eine vergrößerte Draufsicht auf die in F i g. 9B erkennbaren Teile,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform mit einer Wasserkühlung,

Fig. Il eine der Fig. 10 entsprechende Schnittdarstcllung, bei der ein Deflcktor mit Wasserkühlung verwendet ist,

Fig. 12 die Ein/.elheit einer abgeänderten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 12A eine perspektivische Darstellung zur Wiedergabe der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 12,

F ig. I 3A eine Schnittdarstellung durch eine abgeänderte Äusiührungstorm im westMiiücnen längs üci Lime I JA-13A der F ig. I3B,

Fig. 13B einen Schnitt längs der Linie 13B-I3B der Fig. 13 A.

Fig. I4A eine perspektivische Darstellung einer weiteren abgeänderten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 14B einen Schnitt längs der Linie 14B-I4B der Fig. UA.

Fig. I4C einen Schnitt längs der Linie 14C-14C der Fig. HA.

Fig. 14D einen Schnitt längs der Linie I4D-14D der F i g. 14A.

Fig. 15A eine weitere abgeänderte Ausführungsform in Seitenansicht.

Fig. 15B die Ausführungsform nach Fig. 15A in Draufsicht,

Fig. 15C eine vergrößerte Seitenansicht eines Teilausschnittes aus der Ausführungsform nach Fig. 15A bzw. 15Cund

Fig. 15D eine Schnittdarstellung der Ausführungsform nach Fig. 15C.

In Fig. 1 ist mit 1 die Quelle des Gasstromes bezeichnet, der sich längs der Unterseite einer Platte oder Wandung 10 bewegt. Außerdem ist eine Quelle 2 zur Erzeugung eines Gasstrahles wiedergegeben, der die Platte 10 durchsetzt und in den Gasstrom eintritt. Das ausziehbare schmelzflüssige Material, beispielsweise schmelzflüssiges Glas, wird durch die Platte 10 hindurch aus einer Quelle 3 zugeführt, wobei der Einführungspunkt 4 dieses schmelzflüssigen Materials in den Gasstrom unmittelbar hinter dem Einfunrungspunkt 5 für den Gasstrahl in den Gasstrom liegt Bei 6 ist ein geeignetes Mittel zur Aufnahme der Fasern angedeutet

In den Fig.2A bis 2C ist wiederum die Platte 10 angedeutet die mit einer glatten Oberfläche mit dem Gasstrom 12 in Kontakt steht Der durch Pfeile angedeutete Gasstrom ist in seiner Fließrichtung durch das Bezugszeichen 12A noch einmal besonders hervorgehoben. Die Platte 10 wird vom Gasstrom 12 an den Öffnungen 14 und 16 überstrichen. Aus öffnung 14 tritt der Gasstrahl aus, der in F i g. 2A jedoch noch nicht vorhanden ist Durch die Öffnung 16 tritt das ausziehbare Material, beispielsweise schmelzflüssiges Glas, in die Bahn des Gasstromes. Man erkennt, daß hier der Einführungspunkt des schmelzflüssigen Materials unmittelbar hinter dem Einführungspunkt des Gasstrahles liegt.

Die l^:ig. 2Λ und 2B /eigen die Wirkung von Gasstrom 12 bzw. dem aus der öffnung 14 austretenden Gasstrahl 14 jeweils auf das sehmclzflüssige Material, das aus der Öffnung 16 kommt. In der F i g. 2C ist veranschaulicht, wie Gasstrom 12 und der aus der Öffnung 14 kommende Ciasstrahl gemeinsam auf das aus der Öffnung 16 kommende schmelzflüssige Material einwirker·.

Die theoretischen Grundlagen sind im einzelnen in der DE-OS 21 14 779 erörtert, so daß sich hier eine weitere Erörterung erübrigt.

Bei der Ausführungsform nach I·" i g. J tritt der Gasstrom 12.4 durch eine Öffnung ein, die durch die Wände 24 begrenzt ist und strömt längs der Platten 26 und 28. in denen sich jeweils Öffnungen für die Einführung von Gasstrahlen 304. 30ß. 3OC bzw. 324, 32ß und 32C befinden Das schmelzflüssige Material wird cintii.il von oben durch die Öffnungen 314.3lßund

CillgCliltl! t IIMU /.tlllt OMUMLI

Hei der Ausführungsform nach F i g. 5 erfolgt die Ablenkung des Hauptgasstromes 12D durch die Wechselwirkung mit den Gasstrahlen, die aus den Öffnungen 364. 37 ß und 37Cfürdas schmclzfliissige Material austreten. Wesentlich ist aber auch hier, daß die Gasstrahlen tief in den Gasstrom 124 eintreten. Die Begrenzungswand ist hier ebenso wie in F i g. 4 mit 10 bezeichnet. Das Bezugszeichen 12Cdeutet auf eine strickpunktierte Linie, in deren Bereich die Endphase des Ausziehvorganges vor sich geht.

Jede der in den F i g. 3. 3Λ. 4 und 5 dargestellten Öffnungen kann eine Öffnung aus einer Reihe von seitlich nebeneinander angeordneten Öffnungen darstellen, Es darf in diesem Zusammenhang auf F i g. I4A verwiesen werden. Dabei können selbstverständlich die einzelnen Offnungen in den einzelnen Reihen gegeneinander versetzt sein, wie es beispielsweise bei gegenüberliegenden Reihen in den beiden Platten 26 und 28 in F i g. 3 eben-

öffnungen 334, 33/? und 33Γ. Bei dieser Ausführungsform kann der Gasstrom von niedrigerer Temperatur, dagegen der Gasstrahl von höherer Temperatur sein. was dazu führt, daß die gewünschte Temperatur in dem entsprechenden Bereich der Einführung aufrechterhalten wird, anschließend sich jedoch die gebildeten Glasfasern durch den kälteren Gasstron entsprechend schnell abkühlen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3Λ sind ebenfalls mehrere Einführungsöffnungen 324,32ßund32Cfürden Gasstrahl und 334.33ßund 33Cfür das schmelzflüssige Materia! .n der Platte 28 vorgesehen, über die der Gasstrom 124. der zwischen den Begrenzungen 24 eintritt, hinwegslrömt. Bei dieser Ausführungsform strömt zusätzliche Luft entsprechend den Pfeilen 12ßinden Zerfaserungsbereich ein, wobei nacheinander die Geschwindigkeiten der Gasstrahlen in Richtung der Strömung des Gasstromes 124 vermindert werden. Dabei kann allmählich der spezifische Durchsatz von einer Eintrittsstelle des schmelzflüssigen Materials zur nachfolgenden, in Strömungsrichtung des Gasstromes 124 gesehen, vermindert werden. Dies kann in verschiedener Weise erfolgen, beispielsweise, indem man die Abmessungen der Austrittsöffnungen für das schmelzflüssige Material vermindert oder aber die Temperatur der Wandung 28 in der Nähe dieser öffnungen herabsetzt. Ähnliche Erfolge erreicht man auch, wenn man allmählich die Öffnungsdurchmesser für die Gasstrahlen verringert. Gasstrahlen von fortschreitend vermindertem Durchmesser können auch mit Eintrittsöffnungen für das schmelzflüssige Glas in Form von Schlitzen verwendet werden, wie es später im Zusammenhang mit den Fig. 13A und 13B näher erörtert werden soll. So kann beispielsweise in einer Einrichtung nach den Fig. 13A und 13B mit drei Reihen von entsprechenden Zerfaserungsstellen der Durchmesser der Gasstrahlen in der Reihe 106.4, d. h. der stromaufwärts gelegenen Reihe. 2,4 mm betragen, während der Durchmesser in der Reihe 106ß 2,2 mm beträgt und der in der Reihe 106C 2,0 mm ist.

Nach F i g. 4 kann die Zerfaserung und Kühlung der Fasern dadurch erleichtert werden, indem man jeden folgenden Gasstrahl unter einem Winkel zum Gasstrom einführt, wobei die Größe dieses Winkels fortschreitend in Richtung des Gasstromes 124 abnimmt. Die Öffnungen 364, 36ß und 36C die den Eintrittsöffnungen 374. 37B und 37Cfür das schmelzflüssige Material zugeordnet sind, sind also so orientiert, daß der Winkel des eintretenden Gasstrahles immer kleiner wird.

Bei der Ausführu.igsform nach den F i g. 6 und 7 wird das ausziehbare Material 40 bis in Höhe der Oberfläche der Platte 42 in Form kleiner Glaskörnchen geführt. Diese Körnchen schmelzen durch die von der Platte 42 abgegebene Wärme, die durch übliche, nicht gezeichnete, beispielsweise elektrische Einrichtungen erzeugt wird. Das so geschmolzene Glas bewegt sich unter dem Einfluß des aus der Öffnung 44 des Brenners kommenden Gasstromes 124 gegen die Abströmseite des Gasstrahles 14C wo sich das Glas in Form eines Kegels 404 sammelt. Das geschmolzene Glas wird von dort gegen das Innere der Wechselwirkungszone von Gasstrom und Gasstrahl angesaugt. Die Platte 42 weist einen Ausschnitt 42ß hinter der Zerfaserungsstelle auf. was ermöglicht, ein Klebenbleiben des schmelzflüssigen ausziehbaren Materials an der Platte 42 wegen der heftigen, von der Faser durchgemachten Peitschungen, zu vermeiden. Der Gasstrahl wird über ein Rohr 48 durch die öffnungen 46 zugeführt.

Aus Fig.8 erkennt man ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier wird der Gasstrahl über eine Leitung 50 einer öffnung 52 zugeführt und tritt in einen aus dem Brenner 54 kommenden Gasstrom 12 ein, der in Richtung des Pfeiles 124 strömt. Der über die öffnung 52 austretende Gasstrahl 14 unterbricht teilweise den Gasstrom und ist von diesem völlig umgeben, was zur Bildung einer Wechselwirkung zwischen Gasstrom und Gasstrahl ^führt. Das ausziehbare Material 56 kommt aus dem Behälter 58 über eine Öffnung in Form eines Kegels 16 und gelangt in diese Wechselwirkungszone, die durch den Gasstrom und den Gasstrahl gebildet wird.

Die F i g. 9A bis 9C zeigen eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Vorrichtung ist ein Schmelztiegel 60 vorgesehen, der über Widerstände erwärmt wird und eine Spinndüse aufweisen kann, welche vom Vorherd eines üblichen Schmelzofens gespeist wird. Der Glasstrom 62 tritt aus dem Schmelztiegel 60 aus, passiert eine Schutzhaube 63 und gelangt zu der Zerfaserungsstelle, die in Fig.9A bei 64 angedeutet ist. Wie der Schnitt nach F i g. 9B erkennen läßt, wird das ausziehbare Material 62 in eine Schmelztiegeldüse 66 über einen Trichter 67 eingeführt. Die einen Glasvorrat enthaltende Düse 66 ist am Gehäuse 65 durch ein Spannstück 68 befestigt, welches seinerseits am Gehäuse 65 über Spannschrauben 70 gehalten ist. Die Düse 66 ist gegen das Gehäuse 65 durch eine Dich-

tung 72 beispielsweise aus Asbest isoliert.

Zwischen der Basis der Düse 66 und derjenigen des Gehäuses 65 verläuft eine Vielzahl enger Leitungen, die in Öffnungen 74 enden, von denen jede einen Innendurchmesser in der Größenordnung von 2 mm aufweist. Die Leitungen führen das ausziehbare Material unmittelbar hinter eine gleiche Anzahl von aus den Öffnungen 76 austretenden Gasstrahlen, wo das schmelzflüssige Material in die Wechselwirkungszone zwischen Gasstrom und Gasstrahl eintritt und verfasert wird. Die Öffnungen 76 für den Gasstrahl werden mit unter Druck stehender I leißluft oder mit Verbrennungsgasen über die Kammer 78 gespeist, die ihrerseits über ein Rohr 80 durch den in Fig. 9A dargestellten Strahlgenerator 82 versorgt wird.

Aus Fig.9C erkennt man, daß die Düse 66 neun Öffnungen 74 aufweist, über die das schmelzflüssige Material austritt. Diese Öffnungen sind in unmittelbal h! iff

76 für die Gasstrahlen angeordnet. Ein geringer Fehler in der Ausrichtung einer Glaszuführungsöffnung zu der zugeordneten Austrittsöffnung für den Gasstrahl beeinflußt die Zerfaserung nicht wesentlich, führt jedoch zu Schwierigkeiten bei einer Ausführungsform mit mehreren Löchern pro Reihe, wo ein genauer seitlicher Abstand zwischen den einzelnen Zerfaserungsstellen erreicht werden soll, da geringe Unterschiede im Zwisrhenachsabstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen für die Gasstrahlen oder das Glas in diesem Falle sich in Höhe der nachfolgenden Zerfaserungsstellen überlagern können.

Ist der Ausrichtfehler zu groß, so kann das ausziehbare Material sich nicht hinter den Gasstrahl in Höhe eines gegebenen Zerfaserungszentrums setzen. Es kann somit das ausziehbare Material aus der Öffnung entsprechend der Darstellung nach F i g. 2A austreten.

Die Fehler in der Ausrichtung können das Ergebnis von unvollkommenen Montage- oder Bearbeitungstechniken bei der Düse 66 oder der Kammer 78 sein, können aber auch durch Temperaturunterschiede hervorgerufen werden.

Die Temperaturunterschiede können auf unterschiedliche Weise zu Fehlern in der Ausrichtung beitragen. Betrachtet man die Vorrichtung nach den Fig. 9A bis 9C. so kann es häufig wünschenswert sein, im wesentlichen die gleiche nominale Arbeitstemperatur für den Betrieb von Düse 66 und Kammer 78 anzuwenden. Dies würde zwingend zu gewissen Abständen zwischen den Löchern des Schmelztiegels und den Löchern der Kammer entsprechend den Materialien, aus denen Schmelztiegel und Kammer hergestellt sind, führen, so daß unter den vorgesehenen Arbeitsbedingungen die Löcher des Schmelztiegels und die Löcher der Kammer genau zueinander ausgerichtet wären. Wenn jedoch die gleiche Vorrichtung unter anderen Bedingungen verwendet wird, so kann die thermische Ausdehnung unterschiedlich sein und sich sogar durch eine Abweichung in der Ausrichtung bemerkbar machen. Darüber hinaus kann eine Vorrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie bei stark angenäherten Temperaturen von Schmelztiegel und Kammer arbeiten, jedoch mit im wesentlichen unterschiedlichen Schmelztiegel- und Kammertemperaturen verwendet wird, aufgrund der Unterschiede in der thermischen Ausdehnung Ausrichtfehler aufweisen.

Eine ungleiche Verteilung der Temperatur längs der Reihe von Löchern des Schmelztiegels und/oder der Kammer kann ebenfalls zu Ausrichtfehlern führen. Ein Mittel, um die Folgen von Ausrichtfehlern /wischen den Öffnungen des Gasstrahles und den Zuführungsöffnungen für das schmelzflüssige Material zu vermeiden, ist in den Fig. 12 und I2A dargestellt, wo die Reihe von Glasaustrillsöffnungen durch einen kontinuierlichen Schlitz ersetzt ist, der unmittelbar hinter den Öffnungen der Sekundärstrahlen angeordnet ist. Die Längsachse dieses Schlitzes fällt zusammen mit einer Linie, die als transversale Mittellinie einer Reihe von Glaszuführungsöffnungen bezeichnet werden könnte, vorausgesetzt, daß eine solche Reihe zur Anwendung kommen würde.

Bei dieser Ausführimgsform strömt das Glas nicht in Form einer Bahn oder einer Folie aus dem Schiit/ aus, wie an sich zu erwarten wäre. Statt dessen wird das Glas in eine Reihe von Kegeln unterteilt, wobei jeder K' gel genau in Strömungsrichtung hinter jedem der Gasstrahlen sitzt. Die Basen dieser Kegel sind miteinander über «mn In C,„ I 1 Λ /I ι r <ro c I el 11 β L· r>n I i πι ι i» i-l iihi> Γ". I ■> c fl n<-h «

verbunden, die geringfügig in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Kegels gekrümmt ist.

Dieses überraschende Phänomen ist hauptsächlich auf die Verteilung der Drücke längs einer Geraden senkrecht zum Gasstrom zurückzuführen, die sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Reihe von Gasstrahlen befindet. Längs dieser Linie entwickeln sich starke Unterdruckzonen hinter jedem Gasstrahl; und zwischen diesen Unterdruckzonen wirkt der dynamische Druck des zwischen den Gasstrahlen strömenden Gasstromes. Die Verteilung der gerade beschriebenen Drücke veranlaßt das Glas, gegen die Unterdruckzone hin zu fließen. Die Oberflächenspannung des Glases verstärkt und stabilisiert den oben beschriebenen Effekt und trägt so zu diesem überraschenden Phänomen bei.

Somit führt der Schiit/ selbsttätig zur Zentrierung der Glaszuführungsstellen bezüglich der Gasstrahlen.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 9A bis 9C kann die Düse 66 aus Stahl bestehen. )edoch sind selbst Schmelztiegel aus rostfreien SpezialStählen mit den besten Hochtemperatureigenschaften nur in der Lage eine Temperatur in der Größenordnung von UOO⁰C auszuhaken. Bei Temperaturen von über ca. UOO⁰C laufen die Oberflächen des Schmelztiegels Gefahr, sich zu verformen und zerstören so die kritische Ausrichtung der Öffnungen für die Glaszuführung und die Gasstrahlen. Dies würde zu einer oberen wirksamen Begrenzung der Temperatur führen, bei der das ausziehbare Material in die Zerfaserungszone eingeführt werden kann.

Zerfasert man das Glas nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, so kann man bessere Arbeitsbedingungen, insbesondere erhöhte spezifische Durchsätze und Fasern besserer Qualität erzielen, wenn die Temperatur des im Schmelztiegel enthaltenen Glases und damit die Temperatur des Schmelztiegels selbst größer als der vorher angegebene Grenzwert von 1100⁰C sind.

Es gibt zwei Parameter, und zwar die Temperatur des schmelzflüssigen Materials und seine Zusammensetzung, die auf das Ausfließen des ausziehbaren Materials durch die Öffnungen hindurch sowie auf ihr Ausziehen und gewisse Eigenschaften der Fasern einwirken.

Der Durchsatz des Glases durch eine Öffnung nimmt nämlich zu, wenn die Glasviskosität abnimmt Die Viskosität nimmt aber ab, wenn die Temperatur zunimmt, und für eine gegebene Temperatur hängt sie von der Zusammensetzung des Glases ab.

Hieraus folgt, daß gewisse Gläser als »weich« zu bezeichnen sind, wie ihre Viskosität eerine ist. während

andere Gläser als »hart« zu bezeichnen sind, weil bei gleicher Temperatur ihre Viskosität wesentlich höher als die der anderen »weichen« Gläser ist. Im allgemeinen sind die harten Gläser billiger als die weichen Gläser.

Auch der Einfluß der Temperatur des ausziehbaren Materials auf die Entglasung, el. h. auf das spontane Auftreten von Kristallen in einer im Schmelzzustand befindlichen Glasmasse, soll nicht unerwähnt bleiben, wobei die Wachstumsgeschwindigkeit dieser Kristalle eine Funktion der Temperatur des Glases und seiner Zusammensetzung ist. Es existiert eine Grenztemperatur, oberhalb der sämtliche Kristalle geschmolzen sind. Diese Temperatur wird als »liquidus«-Temperatur bezeichnet.

Wenn die Entgiasungskristallc genügend zahlreich sind, setzen sie leicht die Öffnungen zu, über die das schmelzf'iüssige Glas ausfließen soll. Es ist somit wichtig, bei einer höheren Temperatur als dieser oberen Entglasungs- ode; »liqij^;,dus«-Temperatur zu arbeiten.

Eine dritte -*u beachtende Tatsache ist in der Beständigkeit der Fasern bei hohen Temperaturen zu sehen. Diese Beständigkeit ist im wesentlichen eine Funktion der Glaszusammensetzung. Man kann allgemein sagen, daß sich die Beständigkeit der Fasern gegen erhöhte Temperatur, die Viskosität und die obere Entglasungstemperatur im gleichen Sinne ändert, wenn man die Glaszusammensetzung modifiziert, und daß sie zunimmt, wenn man von weichen Gläsern auf harte Gläser übergeht.

Im übrigen ist die Temperatur des ausziehbaren Materials einer der Faktoren, von denen der spezifische Verbrauch der Gasstrahlen an Wärme abhängt, ein Verbrauch, der in Kilokalorien pro Kilogramm in Fasern umgeformten Glases gemessen werden kann und der auch eine Funktion der Glaszusammensetzung und der Temperatur ist, mit der es in die Ausziehzone eingeführt wird.

Für eine gegebene Ziehenergie wird die Viskosität des Glases in der Ziehzone geringer, d. h. je mehr seine Temperatur zunimmt, desto wirksamer ist das Ziehen des Glases.

Zur Verminderung des für die Aufheizung des Gasstrahles erforderlichen Energieaufwandes ist es im allgemeinen wünschenswert, daß sich das Glas beim Austritt aus den Öffnungen auf einer stark erhöhten Temperatur befindet.

Wenn man also harte Gläser verwenden, erhöhte spezifische Drucksätze erreichen, das Zusetzen der Glaszuführungsöffnung vermeiden und den Wärmeenergieverbrauch der Gasstrahlen auf ein Minimum herabsetzen will, ist es vorteilhaft, das ausziehbare Material im Schmelztiegel auf Temperaturen über der Grenzverarbeitungster.iperatur eines Schmelztiegels aus Stahl zu halten. Dies ist der Grund, warum man bevorzugt Materialien verwendet, die in der Lage sind, stark erhöhte Temperaturen auszuhalten, wie Legierungen des Platin oder feuerfeste Oxide, um die Strahlenkammer und den das Glas enthaltenden Schmelztiegel herzustellen.

Im folgenden wird ein Beispiel für die Hartglaszusammensetzung gegeben, die zur Herstellung von Fasern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.

FcO	0,40%
CaO	32,00%
MgO	3.50%
Κ,Ο	2,90%
Na2O	5.00%

SiO2	46,00%
Al2O3	9,00%
Fe2O3	1.20%

Allgemein gilt: je höher die Temperatur des Glases ist und je geringer seine Viskosität, desto kleiner kann die Durchtrittsöffnung für dieses Glas sein. In der Praxis setzt jedoch die Grenze der Beständigkeit gegen hohe Temperaturen des Schmelzliegelniateiials eine obere Grenze für die Temperatur des Glases. Hieraus folgt, daß diese Temperatur des Glases, die mit der Grcnztemperatur des Schmelztiegels verträglich ist, die minimale Abmessung der Austrittsöffnungen für das Glas bestimmt.

Es wurde gefunden, daß günstige Zichbedingungen mit Öffnungen erhalten werden können, deren Abmessungen sich etwa zwischen 1 und 3 mm befinden.

Bei einer gewissen Anzahl von seitlich unter Abstand angeordneten Zerfaserungsstellen treten gewisse Schwierigkeiten hinsichtlich des Funktionierens der an den Enden de.· Reihen vorgesehenen Zerfaserungsstellen auf. Es zeigt sich nämlich, daß die aus der. Endöffnungen der Reihe erzeugten Fasern die Tendenz haben, an bestimmten Stellen der Herstellungsvorrichtung festzukleben. Obwohl es möglich ist, die Qualität der erzeugten Fasern an den Endöffnungen zu verbessern, indem man die relativen Geschwindigkeiten der Gasstrahlen und des Gasstromes regelt, führen solche Regelungen im allgemeinen zu einer gewissen Verschlechterung der Qualität der von den anderen Zerfaserungsstellen erzeugten Fasern, d. h. im Mittelbereich der Anlage. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, eine oder mehrere öffnungen an jedem Ende der Reihe vorzusehen, weiche zusätzliche Gasstrahlen abgeben. Diese Löungist in Fig. 12 im einzelnen dargestellt.

Das Vorhandensein zusätzlicher Gasstrahlen an den Enden der Reihen führt da^u, daß sich eine symmetrische Strömung einstellt, da aufgrund der öffnungen für die zusätzlichen Gasstrahlen jeder Gasstrahl, der an einer Austrittsöffnung für das Glas angreift, sich zwischen zwei in Aktion befindlichen Gassrahlen befindet.

Aus den obengenannten Gründen wird die Temperatur des Glases vorzugsweise oberhalb 1250⁰C für gewisse Glaszusammensetzungen gehalten; bei der Ausführungsform nach den Fig. 9A bis 9C beträgt jedoch bei Verwendung eines Schmelztiegels und einer Kammer aus rostfreiem Stahl die obere Temperaturgrenze des Glases wegen der Verwendung von rostfreiem Stahl 1100^cC. Der Glasstrom fließt aus dem Schmelztiegel 60 mit einer Temperatur von etwa 1260⁰C aus; auf seinem Weg verliert er jedoch an Wärme derart, daß seine Temperatur in dem Augenblick in der Größenordnung von 1070⁰C liegt, in dem er die Schmelztiegeldüse 66 erreicht. An dieser Schmelztiegeldüse 66 wird die Temperatur mit Hilfe eines Heizelements auf dem gewünschten Wert gehalten, das beispielsweise über den mit 84 bezeichneten Transformator gespeist wird. Die Versorgung der Düse 66 mit elsktrischer Energie wird durch Stromschienen 86 sichergestellt. Zusätzlich zur Erwärmung des in der Düse 66 enthaltenen ausziehbaren Material häit die durch den Transformator 84 erzeugte Wärme auch die Temperatur des Gasstrahles, der aus dem Generator 82 kommt, auf einer solchen Höhe, die

am gunstigsten für den Zerfaserungsvorpang ist. Die Temperatur des unter Druck stehenden, vom Generator 82 kommenden Gases kann mitunter vermindert werden. In diesem Fall kann das im Rohr 80 enthaltene warme Medium mit kalter komprimierter Luft verdünnt -, werden oder gegebenenfalls; kann eine nicht dargestellte, vergleichsweise einfache Vorrichtung zur Wärmeübertragung Anwendung linden, beispielsweise eine Umwälzung, die für einen Wärmeaustausch mit dem Rohr 80 sorgt, um die Temperatur des Gasstrahles auf den gewünschten Wert abzusenken.

Der Brenner 88 nach F i g. 9A dient dazu, den Gasstrom zu erzeugen. Er ist derart orientiert, daß der Gasstrom parallel zur Unterseite des Organs 64 verläuft und dieses überstreicht Der Brenner 88 kann derart montiert sein, daß er leicht angehoben oder abgesenkt oder auch geringfügig nach oben, beispielsweise um etwa 3° in der Winkelstellung verändert werden kann.

Bevorzugt orientiert man den Brenner 88 derart, daß die austretenden Gase parallel zur Oberfläche des Organs 64 strömen und dieses bespülen. Es kann aber auch vorteilhaft sein, den Brenner derart zu neigen, daß die Gase geringfügig gegen die Unterseite der Anordnung gerichtet sind, die aus Kammer 78, Düse 66 und Gehäuse 65 besteht und derart ₂> angeordnet ist, daß ihre Böden ausgerichtet sind und eine Ebene bilden, die von den Gasen umspült wird.

Die Orientierung des Brenners 88 gegen die Unterseite des Gehäuses 65 ermöglicht einen kontrollierten Obergang von Wärmeenergie, der dazu dient, die jo Temperatur der Düse 66 und diejenige der Kammer 78 zu erhöhen. Eine andere Ausführungsform der Wärmeübertragung auf die Unterseite des Gehäuses 65 und somit an der Düse 66 und die Kammer 78 besteht darin, die obere Lippe des Brenners 88 geringfügig über das Niveau des Bodens des Gehäuses 65 derart anzuheben, daß ein Teil des Gasstromes unmittelbar gegen das Gehäuse 65 gerichtet ist. Wenn jedoch die Wärmeübertragung an den Schmelztiegel und an die Kammer nach diesem jn Verfahren vorgenommen wird, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine unerwünschte Störung der Stromlinien der Strömung um die öffnungen 74 und 76 zu vermeiden. Man erhält günstige Ergebnisse, wenn der Brenner 88 überhaupt nicht angehoben wird oder, falls -r, er doch angehoben wird, nur unter der Bedingung, daß seine obere Lippe nicht mehr als 1,5 mm sich oberhalb der Stellung befindet, in der der Gasstrom nicht unmittelbar auf die seitliche Wandung des Gehäuses 65 trifft. in

Die die Austrittsöffnung des Brenners 88 definierenden physikalischen Größen sind für die Verwirklichung des Erfindungsprinzips von Bedeutung. Die Lippen der Brenneröffnung sollen soweit wie möglich an die Austrittsebene des Gasstrahles und die Zuführung für y, das ausziehbare Material angenähert werden. Gleichzeitig soll der Abstand zwischen den oberen und unteren Lippen so groß sein, daß ein Kegel ausziehbaren Materials völlig durch den Gasstrom ummantelt wird. M)

Ein weiterer zu beachtender Punkt betrifft die Verminderung des Wärmeenergie- und somit des Brennstoffverbrauchs bei der Durchführung des Verfahrens gemiiß der Erfindung; ein vorteilhaftes Mittel dafür besteht darin, die Breite des Schlitzes zwischen den hl Lippen des Brenners 88 derart zu regeln, daß sie auf ein Minimum reduziert wird, was mit der Herstellung der Ummantelung des Kegels aus ausziehbarem Material verträglich ist Was den Wärmeverbrauch betrifft, so muß der Abstand zwischen Zerfaserungszentrum und Brennerlippen ebenfalls berücksichtigt werden. Aus Wärmewirischaftlichkeitsgründen ist dieses Ergebnis um so besser, je mehr die Lippen an das Zerfaserungszentrum angenähert sind, da so der Wärmeverlust durch Konvektion, Strahlung und Leitung vermindert wird. Jedoch können die Lippen des Brenners nicht unmittelbar gegen das Zerfaserungszei.trum angeordnet werden, da sonst die Gefahr besteht, daß störende Wirbelströme entstehen, die den Ablauf des Verfahrens stören können. Es hat sich gezeigt, daß man günstige Ergebnisse erhält, wenn diese Entfernung relativ klein ist, beispielsweise unter etwa 25 mm und vorzugsweise unter etwa 10 bis 15 mm liegt.

Die Leitung 90 bei der Ausführungsform nach Fig.9A, die beispielsweise Rechteckquerschnitt aufweist, führt die erhaltenen Fasern zu einem nicht dargestellten Transportsystem, das die Fasern aufnimmt, ordnet und sie zu einer Verpackungsstation oder einer zusätzlichen Konditicnierungsststion führt

Die in F i g. 9C angedeutete Schnittebene 9B befindet sich in einer solchen Lage, daß die Wärmezuführungsleitung 80 in F i g. 9B nicht sichtbar ist Sie ist jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen in Fig.9B gestrichelt angedeutet.

Manchmal schlagen die Fasern peitschenartig gegen verschiedene Teile der Anlage und insbesondere gegen die Platte, durch welche das ausziehbare Material fließt, wobei sie insbesondere gegen den Teil der Platte schlagen, der sich in Strömungsrichtung hinter der Zerf aserungsstelle befindet

Wenn die Anlage, gegen die sich die Fasern so niederschlagen, warm ist kann dies leicht dazu führen, daß die Fasern kleben bleiben, wobei ein Teil der Fasern Gefahr läuft, zu schmelzen und in das Produkt in Form eines nicht zerfaserten Elements fallen. Mittel zur Vermeidung dieses Zustands sind in Fig. 10 und 11 wiedergegeben, und zwar in Form einer Kühlvorrichtung am Boden des Schmelztiegels.

Die Ausführungsform nach Fig. 10 enthält eine metallische hintere Platte 92, auf der ein Rohr 94 derart angeordnet ist, daß ein Wärmeaustausch mit der Platte möglich ist. Durch das Rohr 94 fließt eine Kühlflüssigkeit 96.

Die Platte 92 besteht vorzugsweise aus einem gut wärmeleitendem Metall, wie Kupfer. Die Fasern laufen dann, selbst wenn die Wirkung der Peitschbewegung der Fasern letztere in Kontakt mit der Oberfläche 92 bringt, nicht Gefahr, an der Platte zu kleben und sich dort zu sammeln, da diese Fläche gekühlt wird. Eine solche Anordnung trägt dazu bei, eine eventuelle Ansammlung von Fasern an der Oberfläche der Vorrichtung zu verhindern. In Fig. 10 sind die Lippen des den Gasstrom liefernden Brenners bei 44 angedeutet, die Kammer für die Gasstrahlen bei 78, der das Glas enthaltende Schmelztiegel bei 66. Nach Fig. 10 ist eine Asbestplatte 72/4 gegen die Düse 66 gedrückt, um die Wärmeverluste zu vermindern, um damit die Temperaturen des Tiegels und des Glases auf dem gewünschten Niveau zu halten, und zwar insbesondere im Bereich der Versorgung der Austrittsöffnungen mit Glas. Ein solcher Isolierschirm kann an einer Stelle vorgesehen sein, die mehr oder weniger unmittelbar dem Gasstrom ausgesetzt ist; bei Einrichtungen mit einem Wandelement jedoch oder einer gekühlten, den Gasstrom begrenzenden Fläche, beispielsweise der nbströmscitigen l'latlc 92. ist diese Platte zwischen den

Gasstrom und den durch den Schirm geschützten Ofen oder Tiegel geschaltet

Die Platte 92 ist jedoch nach vorne bis zu einer Stelle verlängert, die relativ nahe der Austrittsöffnung des Glases liegt Man verwendet einen Schutzschirm 98 aus Glimmer, um eine übermäßige Abkühlung des Glases in der Nähe seiner Austrittsöffnung zu vermeiden. Die Platte 92 kann bezüglich der Ebene der Bodenwandung 79 der Kammer 78, d. h. bezüglich der Austrittsebene unter einem kleinen Winkel, wie dargestellt orientiert sein. Ein Winkel zwischen etwa 3 und 20° hat sich als besonders geeignet erwiesen, wobei ein Winkel an der unteren Grenze dieses Intervalls vorzuziehen ist

Bei der in F i g. 11 dargestellten Vorrichtung, die im wesentlichen derjenigen nach F i g. 10 entspricht ist ein zusätzlicher unterer Deflektor 100 auf der den Austrittsöffnungen für den Gasstrahl und den Glasstrom gegenüberliegenden Seite des Gasstromes vorgesehen. Dieser Deflektor ist bei der wiedergegebenen Ausführungsform nach unten gebogen und enthält Röhren 94, in denen ein Kühlmedium 96 derart umgewälzt wird, daß ein Kleben der Fasern für den Fall vermieden wird, daß sie durch Peitschenwirkung mit dem Deflektor 100 in Berührung kommen.

Die Wandungsteile 92 und 100 tragen dazu bei, die Strömung der Gase insbesondere hinter der Zerfaserungsstelle abzulenken, was zu einer Stabilisierung des Ziehvorgangs sowie zur Verringerung der Gefahr eines Verklebens der Fasern mit den Oberflächen der Vorrichtung führt. jo

Es läßt sich ein ziemlich deutlicher Unterschied in der Lage des Kegels aus ausziehbarem Material bei Verwendung des unteren Deflektors 100 erkennen. Die Spitze des Kegels aus dem ausziehbaren Material wandert erkennbar weiter in das Innere des Gasstro- js mes. Die hintere Platte 92 und der untere Deflektor 100 bilden wirksame Einrichtungen, um die aus der Wechselwirkung von Gasstrom und Gasstrahl resultierende Strömung mehr oder weniger unabhängig von den Geschwindigkeiten von Gasstrom und Gasstrahl zu führen und zu stabilisieren, so daß Fasern mit sehr konstanter Qualität entstehen. Die abströmseitige oder hintere Platte 92 und der Deflektor 100 beeinflussen somit in besonders günstiger Weise die Qualität der erzeugten Fasern und bilden aus diesem Grunde Mittel zur Verbreiterung des Bereiches der Betriebsbedingungen, unter denen zufriedenstellende Ergebnisse erhalten werden können. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen der Vorrichtung möglich, mit denen Fasern guter Qualität erzeugt werden können, ohne daß solche Platten oder Deflektoren zum Einsatz kommen. Zur Vergrößerung der Produktion mit einer gegebenen Vorrichtung verwendet man vorteilhaft mehrfache Zerfaserungsstellen. Es sind also eine oder mehrere Reihen solcher Zerfaserungszentren im Abstand zueinander in einer Zone angeordnet, die sich quer zum Gasstrom erstreckt.

Ein anderes Mittel, um eine seitliche Vervielfachung der Zerfaserungsstellen zu erreichen, ist in den Fig. 12 und 12A dargestellt Aus Fig. 12A erkennt man,daß die drei rechten Strahlen über ein großes Stück nach unten gerichtet sind, während die anderen Strahlen nur relativ kurz dargestellt sind. Dies dient jedoch lediglich der deutlicheren Darstellung des Vorganges.

Nach Fig. 12 weist die Vorrichtung praktisch keine hi Platte oder wenigstens nur eine Platte auf. deren Abmessungen ziemlich begrenzt sind und deren Einfluß somit vergleichsweise gering ist. An dieser Vorrichtung erkennt man einen Schmelztiegel 103 mit einer Glasaustrittsöffnung in Form eines Schlitzes 104, der sich quer zum Gasstrom erstreckt Vor diesem Schlitz befindet sich eine Kammer 106 mit einer quer verlaufenden Reihe von öffnungen für Gasstrahlen 106 A die in der Nähe des Schlitzes 104 angeordnet sind, wobei diese Kammer 106 einen Anschluß 75 für die Zuführung von Gas aufweist

Die verschiedenen aus den öffnungen austretenden Gasstrahlen bilden mit dem Gasstrom Zerfaserungszentren für das Glas, welches zwischen den Lippen des Schlitzes 104 austritt Es entsteht somit ein kontinuierlicher Glasvorhang, der aus dem Schlitz austritt und hinter dem jeweils die Gasstrahlen angeordnet sind, so daß verschiedene Glaskegel entstehen, die mit den Gasstrahlen zusammenwirken und somit einzelne Zerfaserungszentren bilden. Dies ist deutlich aus F i g. 12A zu erkennen, jedoch auch ohne Schwierigkeiten aus der Darstellung nach Fig. 12 abzuleiten. Nach Fig. 12 ist es günstig, daß die Reihe von Gasstrahlöffnungen 106.O wenigstens eine öffnung aufweist die hinter jedem der Enden des Schlitzes 104 angeordnet ist um den oben erörterten schädlichen Rand- oder Endeffekt zu vermeiden.

Nach einer besonderen, eine Glasaustrittsöffnung in Form eines Schlitzes benutzenden Anordnung kann die Breite des Schlitzes vorteilhaft in etwa den Wert des Öffnungsdurchmessers für die Gasstrahlen, d. h. etwa 1 bis 3 mm betragen. Diese Abmessungen sind selbstverständlich wieder eine Funktion der V'skosität des ausziehbaren Materials unter normalen Zerfaserungsbedingungen.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verwendung eines Schlitzes zum Einführen des Glases ergibt, besteht darin, daß eventuelle Konsequenzen aus Ausrichtfehlern der Austrittsöffnungen des Glases und der Öffnungen für die Gasstrahlen vermieden sind.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Schlitzes ist eine selbstregelnde Wirkung für den spezifischen Durchsatz des Glases sowie für dessen Ausziehen, ausgehend von jedem Kegel.

Es hat sich gezeigt daß dieser spezifische Durchsatz proportional zur Breite des Schlitzes und zum Durchmesser der Gasstrahlen unter der Bedingung ist daß diese Breite, gemessen in Strömungsrichtung, ausgehend vom Gasstrahl, nicht die Länge der Umwälzzone überschreitet Wie bereits dargestellt ist diese Länge der Umwälzzone proportional zum Durchmesser der Öffnung des Gasstrahles und zum Verhältnis zwischen den kinetischen iinergien pro Volumeneinheit des Gasstrahles und des Gasstromes. Darüber hinaus müssen die Geschwindigkeiten von Gasstrom und Gasstrahl ausreichend hoch sein, um die Menge des zugeführten Glases ausziehen zu können.

Wenn die Charakteristiken einer Querreihe von Gasstrahlen gleichförmig sind, d. h. wenn die Durchmesser der öffnungen, die Geschwindigkeiten und die Temperaturen der Gasstrahlen die gleichen sind, so werden auch die spezifischen Durchsätze des Glases gleichförmig, wobei die gleiche Menge an Glas, ausgehend von jedem Zerfaserungszentrum, ausgezogen wird.

Wenn dagegen die Eigenschaften einer seitlichen Reihe von Gasstrahlen unterschiedlich sind, insbesondere was den Durchmesser der Austrittsöffnungen betrifft, aus denen die Gasstrahlen kommen, so stellen sich die spezifischen Mengen selbsttätig auf die tatsächlich vorhandenen Bedingungen ein.

Um Glasfasern in großem Maßstabe zu erzeugen., ist es wichtig, den gleichzeitigen Betrieb einer großen Anzähl von Zerfaserungsstellen sicherzustellen. Darüber hinaus muß die Dichte dieser Stellen selbst auch erhöht sein, um das Verhältnis der erzeugten Fasennenge zur verbrauchten Energiemenge maximal zu machen und die Investitionskosten zu senken, indem man die Anzahl der Arbeitseinheiten vermindert Eine Ausführungsform einer Anlage, die dies ermöglicht ist in den Fig. 13A und 13B wiedergegeben. Nach Fig. 13A ist der Weg des Gasstromes durch eine Platte 92 und einen gekrümmten Deflektor 100 begrenzt dessen Aufbau ähnlich demjenigen nach Fi g. 10 und 11 sein kann. Die Ausführungsform nach den Fig. 13A und 13B umfaßt einen Schmelztiegel, der größer als die bisher beschriebenen Ausführungsformen ist und der Glaszuführungsschlitze 104A 104S und 104C aufweist Versorgungskammern 106/4, 1065 und 106C sind im Schmelztiegel 103 angeordnet wobei jede Kammer eine Reihe von öffnungen aufweist welche Gasstrahlen nahe den Gla^austrittsschlitzen, jedoch vor diesen Schlitzen liefern. Nach Fig. !3B sind die Austrittsöffnungen für die Gasstrahlen jeder der Speisekammern 106A 106S₁ 106C vor und hinter dem Gasstrom versetzt um die Störungen zwischen den einzelnen Zerfaserungszentren auf ein Minimum zu verringern.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 13A und 13B ist auch vorgesehen, daß jede Querreihe von Austrittsöffnungen für die Gasstrahlen an jedem Ende wenigstens eine Öffnung zur Abgabe eines Gasstrahles aufweist die hinter dem Austrittsschlitz für das Glas angeordnet ist, -im ein gleichförmiges Funktionieren sämtlicher aktiver Gasstrahlen sicherzustellen.

Die Ausführungsform iiach dt« Fig. 13A und 13B zeichnet sich im übrigen durch eine Anordnung aus, die für gewisse Vorgänge vorteilhaft ist Jei denen man eine Temperatur des Gasstrahles herzustellen wünscht, die der Temperatur des schmelzflüssigen Glases angenähert ist Die Tatsache, daß die Versorgungskammern für die Gasstrahlen in das Innere des Schmelztiegels ragen, trägt zur Temperaturvergleichmäßigung der Gasstrahlen und des Glases bei.

Zusätzlich zu allgemeinen Arbeitsbedingungen für einen zufriedenstellenden Ablauf des Abziehvorganges, ausgehend von einem einzigen Zerfaserungszentrum, müssen verschiedene allgemeine Regeln eingehalten werden, wenn das Verfahren nach der Erfindung mittels mehrfacher Reihen von Öffnungen für den Austritt von Glas verwirklicht werden sail, die jeweils ein Zerfaserungszentrum bilden. Es ist wünschenswert, daß der Zwischenachsabstand der benachbarten Zerfaserung". Zentren, die in einer sich quer zum Gasstrom erstreckenden Reihe angeordnet sind, von einer Größenordnung von wenigstens zwei bis drei Öffnungsdurchmesser des Gasstrahles ist, während der Zwischenabstand der benachbarten Zerfaserungszentren, die «-ich in Längsrichtung des Gasstromes befinden, in der Größenordnung von wenigstens sieben bis zehn Öffnungsdurchmessern des Gasstrahles betragen sollte. Die Anzahl der Zerfaserungszentrenreihen, die wirksam von ein und dem gleichen Gasstrom bedient werden können, ist eine Funktion der Restenergie dieses Gasstromes in Höhe des am weitesten entfernten Zerfaserungszentrums, d. h. desjenigen, welches am weitesten stromabwärts bezüglich der Quelle des Gasstromes liegt.

fis ist wünschenswert, zwischen der kinetischen Energie pro Volumencinheit des Gasstrahles und

derjenigen des Gasstromes ein Verhältnis aufrechtzuerhalten, welches für jedes Zerfaserungszentrum konstant ist Es ist möglich, einen weiteren Bereich von Geschwindigkeiten gleichzeitig für den Gasstrom und den Gasstrahl zu verwenden; es ist jedoch notwendig, daß die kinetische Energie pro Volumeneinheit des Gasstrahls größer als die des Gasstroms ist Das Verhältnis zwischen der kinetischen Energie pro VolumeneJnheit des Gasstrahls und derjenigen des Gasstromes liegt zwischen einem Wert der geringfügig größer als die Einheit ist und bis etwa 40:1 beträgt wobei ein bevorzugter Wert dieses Verhältnisses zwischen etwa 4 :1 und 25 :1 liegt

Es war möglich, unter Aufrechterhaltung der gewünschten Wechselwirkung zwischen Gasstrom und Gasstrahlen entweder die Geschwindigkeit des Gasstrahles oder seinen Orientierungswinkel bezüglich des Gasstromes zu variieren. Tatsächlich kann man zwischen weiten Grenzen gegenüber der senkrechten Lage den Austrittswinkel des Gasstrahles bzw. der Gasstrahlen bezüglich des Gasstromes variieren. So kann der Gasstrahl gegen den Gasstrom entsprechend einem nach vorne geneigten Winkel gerichtet sein, beispielsweise kann dieser Winkel bis zu etwa 45° bezogen auf die Senkrechte gehen. Der Winkel des Gasstrahles kann auch in Strömungsrichtung des Gasstromes geneigt sein, beispielsweise bis zu etwa 45° bezogen auf die Senkrechte. Vorzugsweise ist der Gasstrahl derart angeordnet daß er in den Gasstrom entsprechend einer Bahn eindringt die im wesentlichen senkrecht zu dessen Richtung verläuft oder entsprechend einer Richtung, die geringfügig in Strömungsrichtung des Gasstromes geneigt ist wobei die letztgenannte Orientierung besonders vorteilhaft für die in Strömungsrichtung hinten liegenden Zerfaserungszentren ist, wenn zahlreiche Zerfaserungszentren in Strömungsrichtung vor- oder hintereinander, wie F i g. 4 erkennen läßt angeordnet sind.

Das aus einer Öffnung austretende Glas kann aus einem Durchlaß oder Kanal stammen, der entsprechend einem weiteren Bereich von Winkeln orientiert ist, wobei dieser Faktor ohne Bedeutung ist da die Wechselwirkungskräfte zwischen Gasstrahl und Gasstrom die bestimmenden Faktoren sind, die auf das aus der Öffnung ohne wesentliche kinetische Energie austretende Glas einwirken.

Eine zusätzliche Kontrolle kann auf die erhaltenen Ergebnisse ausgeübt werden, indem man den Durchsatz des Gasstromes variiert Darüber hinaus ist es möglich, die Dichte der Zerfaserungszentren zu erhöhen, indem man die öffnungen der aufeinanderfolgenden Reihen gegeneinander versetzt und auf ein Minimum den Zwischenachsabstand zwischen den aufeinanderfolgenden Reihen zurückführt d. h. indem man ihn auf eine Größenordnung etwa dem fünffachen Öffnungsdurchmesser des Gasstrahles reduziert.

Da merkliche Energiemengen dem Gasstrom pro Reihe von Zerfaserungszentren entzogen werden, vermindert sich die für die folgenden Reihen verfügbare Restenergie entsprechend. Es ist somit eine maximale Anzahl von Reihen von Zerfaserungszentren vorzusehen, die effektiv jeweils hintereinander angeordnet werden können. Mit den jetzt verfügbaren Anlagen für die Zerfaserung von Glas liegt die Grenze in der Größenordnung von 4 bis 5 Zerfaserungszentrenreihen. die in Strömungsrichtung aufeinander folgen.

Eine andere Ausführungsform einer Einrichtung mit einer großen Dichte von Zerfaserungszentren ist in den

- Fig, )4Abis HD dargestellt.Nach diesen Figuren weist der Schmelztiegel einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und ist mit einer Bodenplatte 104 , versehen, die glatt und dem Gasstrom ausgesetzt ist, der wieder durch den Pfeil 12/4 angedeutet ist Drei Reihen von Zwillingsöffnungen für die Gasstrahlen und die Zuführungen für das ausziehbare Material sind auf der Oberseite der Platte 10/4, vorzugsweise entsprechend den vorher angegebenen Regeln verteilt und bestimmen die Entfernung zwischen den Achsen und den Zwischenachsabständen in Querrichtung und in Längsrichtung

Die in den F i g. HA bi<- HD dargestellte Anlage umfaßt einen oberen Teil und einen unteren Teil, von denen der letztere als Beaufschlagungsstufe 110 mit dem unter der Linie 111 befindlichen Teil des Schmelztiegels dient Die Beaufschlagungsstufe 110 umfaQt Kanäle 112Λ 1120 und 112C sowie 114Λ, 1145 und 114C Die Kanäle 112/4, 1125 und 112C dienen dazu, das ausziehbare Material zum Bereich 10-4 der Platte mittels der bei 116A 1160 und 116C in Fig. 14B angedeuteten Öffnungen zu bringen. Die Kanäle 114/4, 1140 und 114C dienen dazu, das unter Druck stehende Medium gegen den Bereich iOA der Platte mittels öffnungen 118Λ, 1180 und 118C (Fig. HB) zu transportieren. Der obere Teil des Schmelztiegels, insbesondere der oberhalb der Linie 111 befindliche Teil, bildet den Beaufschlagungs- oder Versorgungsabschnitt Dieser Abschnitt nimmt die eintretenden Medien auf, das ist die Gesamtheit der Medien für die Gasstrahlen und für die ausziehbaren Materialien. Wie man aus Fig. HC und HD erkennt tritt das unter Druck stehende Medium, das die Gasstrahlen bilden soll, in den oberen Teil über das mit 120,4 und/oder 1200 bezeichnete Rohr ein. Es fließt nachdem es die Kammern 122/4 und 1220 durchströmt hat, entsprechend den Teilen in die Kanäle 114/4, 1140 und 114C über die Schlitze 124/4,1240und 124Csowie 126/4,1260 und 126C aus. Das Medium für die Gasstrahlen wird dann über die verschiedenen öffnungen 118/4,118.0 und -»ο lieCabgegeben

Das ausziehbare Material wird in den Mantel 110 in Form eines kleinen Stromes eingeführt welcher durch ein Rohr 128 geschützt ist. Nachdem es sich in der Kammer 130 gesammelt hat, verteilt es sich zwischen den Kanälen U2A 1120und 112C

Massive metallische Organe 132/4 un I 1320 sind an den Enden des Mantels 110 gelagert Diese Organe dienen als Spannelemente, um den Schmelztiegel in der gewünschten Position bezüglich des Gasstromes zu halten und dienen andererse;»'; als elektrische Kontakte, die mit einer geeigneten nicht dargestellten Energiequelle verbunden sind, die dazu dient, den Schmelztiegel durch Joule-Effekt zu erwärmen, um die Temperatur der Gasstrahlen und des ausziehbaren Materials auf einen gewünschten Wert zu erhöhen bzw. dort zu halten.

Bei der in den Fig. HA bis HD dargestellten Ausführungsform wird das Glas in einem beliebigen Ofen geschmolzen und anschließend in Form eines Glasstromes durch das Rohr 128 mit einem Durchsatz ί>ο geführt der ausreicht, um ein Glasniveau geringfügig oberhalb des Niveaus 151 aufrechtzuerhalten, so daß die Kanäle 112A 1120 Und 112C gefüllt bleiben, damit die GlasaustrittsöffnungVn 116/4, 1160 und 116£> in ausreichender Weis? gespeist werden. <j>

Bei der in den Fig. 15A bis 15D dargestellten Ausführungsform hrtndtit es sich um eine Vorrichtung, bei der über einen Vorherd die vorgesehenen Verbraucherstellen mit schmelzflüssigem Glas gespeist werden sollen.

In der Draufsicht nach Fig. 15B ist ein Teil des Vorherds bei 134 zu erkennen. Er weist Verzweigungen 136,138 und 140 auf, die man auch aus F i g. 15A deutlich erkennen kann.

Längs jeder Abzweigung des Vorherdes sind Entnahmestationen vorgesehen, von denen in F i g. 15B in jeder Abzweigung 10 Stationen erkennbar sind, die jeweils mit A —] bezeichnet sind. An jeder Abziehstation ist eine solche Vorrichtung angeordnet, um eine Vielzahl von Zerfaserungszentren zu erzeugen, die mit Glas von jeder Station aus gespeist werden sollen.

Bei der Anordnung ist ein Schmelztiegel für das Glas vorgesehen, wobei der Schmelztiegel der Zweigleitung 136 des Vorherdes mit 142 in den Fig. 15A und 15B bezeichnet ist Die Zweigleitung ist jeweils in der Ansicht und im Schnitt in größerer Darstellung in den F i g. 15C und 15D zu erkennen. Eine ähnliche Reihe von Schmelztiegeln 144 ist für die der Abzweigung 138 zugeordnetem Entnahmestationen und eine ähnliche andere Reihe von Schmelztiegel 146 ucf Abzweigung 140 zugeordnet Jeder Schmelztiegel 142, 144 und 146 weist einen Austrittskanal 164 (Fig. 15D) auf, der seinerseits entweder eine Reihe von Einzelöffnungen für den Glasaustritt oder gemäß einer abgeänderten Ausfuhr-uniform einen Schlitz aufweist, wie er im Zusammenhang mit den Fig. 12 und 12A beschrieben wurde.

Die Anzahl der Zerfaserungszentren, die Seite an Seite längs eines gegebenen Schmelztiegeis angeordnet sein können, kann in weiten Grenzen variieren. Günstige Ergebnisse mit hoher Produktion erhält man, wenn man bis etwa 100 Zerfaserungszentren verwendet.

Eine bei 154, 156 oder 158 wiedergegebene Vorrichtung dient zur Erzeugung des Gasstromes an jedem Zerfaserungszentrum, und zwar in Zuordnung zu jeder Entnahmestation längs jeder der drei Zweige des Vorherdes. Nach den Fig. 15C und 15D umfaßt diese Vorrichtung Lippen 44, um den Gasstrom in einer im wesentlichen horizontalen Richtung längs der Austrittsöffnuneen 164 für das Glas zu richten.

An jeder Entnahmestation ist ferner eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gasstrahlen vorgesehen, die jeweils mit 148,150 und 152 in Fig. 15A bezeichnet sind.

In F i g. 15B sind aus zeichentechnischen Gründen die Einzelheiten der die Gasstrahlen erzeugenden Vorrichtungen 148, 150 und 152 weggelassen, um die Austrittsvorrichtungen 154,156, 158 für die Gasströme zeigen zu können, die unter diesen Vorrichtungen für die Erzeugung der Gasstrahlen angeordnet sind. In Fig. 15B sind jedoch die Austrittsstellen für die Gasstrahlen bei 148, 150, 152 angedeutet. Aus den Fig. 15C und 15D erkennt man, daß jede Einrichtung 148 ein üpeiserohr 56 aufweist, das zu einem Kollektor 56/4 mit einer Gruppe von Düsen 162 führt, die zwischen der Einrichtung 164 und den Lippen 44 des Gaästromgenerators angeordnet sind. Selbstverständlich sind die Düsen 162 nebeneinander quer zur Richtung 12/4 des Gasstromes angeordnet. Es handelt sich um Öffnungen, die unmittelbar vor der Vorrichtung 164 vorgesehen sind.

Aus den Fig. 15A und 15B erkennt man ferner, daß die an den verschiedenen Enlnahmestationen erzeugten Gasströme quer zu den Abzweigungen des Vorherdes eingerichtet sind, d.h. ->ach rechts nach den Fig. 15A und 15B. Aufgrund der Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Gasstrahlen und den Gasströmeti in den

verschiedenen Zerfaserungszentren haben die erzeugten Fasern die Neigung, ihren Erzeugungsbereich in einer Richtung zu verlassen, die geringfügig nach unlen bezüglich der mittleren Ebene der Zerfaserungszentren geneigt ist derart, daß die Fasern, die an den Entnahmestationen, die der Abzweigung 136 des Vorherdes zugeordnet sind, erzeugt wrden, leicht geführt werden können, beispielsweise durch die geneigte Hohlführung 168 unterhalb des Stromes aus Fasern, die an den Entnahmestationen längs der Abzweigung 138 des Vorherdes erzeugt wurden. Diese Fasern werden durch die Hohlführung 170 geführt, die ihrerseits unter der analogen Führung 172 angeordnet ist, welche für die an den Entnahmestationen erzeugten rasern gestapelt längs der Abzweigung 140 des Vorherdes vorgesehen ist. Die Hohlführungen haben vorzugsweise die Form einer an den Seiten geschlossenen Leitung, deren Querschnitt vom Eintritt zum Austritt variiert, um sich den verschiedenen Zerfaserungszenfen an einem Ende und dem Aufnahmeförderer am anderen Ende anpassen zu können.

Der Ausgang der verschiedenen Führungen 168, 170 und 172 befindet sich benachbart einem der Enden eines Förderers 180, der zur Aufnahme der Fasern oder der Faserbahn bestimmt ist und bei dem es sich um einen bekannten perforierten Transportbandförderer mit Saugeinrichtung handeln kann, die zwischen dem oberen und dem unteren Turm angeordnet ist, um die Aufnahme der Fasern auf dem Transportband zu erleichtern.

Nach Fig. 15A und 15B kann die aus jeder der Verzweigungen des Vorherdes kommende Faserbahn mit einem Bindemittel, beispielsweise einem in der Wärme härtenden Bindemittel imprägniert sein, das auf den beiden Seiten der Bahn durch Zerstäubereinrichtungen verteilt wird, die bei 174, 176 und 178 angedeutet sind. Die Tatsache, daß die auf dem Förderer 180 abgelegte Bahn aus mehreren Schichten gebildet ist, von denen jede gesondert hergestellt wurde und getrennt mit dem Bindemittel imprägniert sein kann, sorgt für eine sehr wirksame Verteilung des Bindemittels über die gesamte Dicke der resultierenden Bahn und sorgt gleichzeitig auch für die Bindung zwischen den Schichten, nachdem sie auf dem Förderer übereinander gelagert wurden. Es ist selbstverständlich, daß dann, wenn man ein in der Wärme härtbares Bindemittel verwendet, die Bahn vom Förderer 180 vor oder in eine geeignete Heizvorrichtung, beispielsweise in einen Wärmeofen, transportiert werden kann, um die Härtung oder Polymerisation des Bindemittels herbeizuführen. Das in den Fig. 15A bis I5D dargestellte System bietet die Möglichkeit, in großem Maßstabe Fasern nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, insbesondere wegen der großen Dichte der eingesetzten Zerfaserungszentren, herzustellen.

Bei einer Einrichtung nach den Fig. 15A bis 15D können die Vorrichtungen 148, 150 und 152 zur Erzeugung der Gasstrahlen und die Vorrichtungen 154, 156 und 158 zur Erzeugung des Gasstromes ähnliche Verbrennungskammern mit innerer Verbrennung umfassen, von denen jede so berechnet ist, daß sie im Prinzip mit einer Verbrennungstemperatur von 1800° C arbeitet, obwohl in den meisten Fällen die verwendeten Temperaturen wesentlich geringer als die maximal mögliche Austrittstemperatur der Gase aus dem Brenner sein können. Dies ist insbesondere der Faii bei der Vorrichtung, welche Gasstrahlen erzeugt, deren Temperaturbereich gewöhnlich zwischen 600 und

1100°C im Falle einer Anordnung mit einem Schmelztiegel und einer Kammer aus rostfreiem Stahl liegt. Dagegen kann der Temperaturbereich von der Umgebungstemperatur bis zu etwa 1500⁰C bei einer Vorrichtung variieren, die mit einem Schmelztiegel und einer Kammer aus Platin arbeitet. Man kann sogar etwa I900"C mit feuerfesten Apparaten, beispielsweise aus gesintertem Magnesiumoxid, erreiche)·. Hinsichtlich des Gasstromes ist es, wenn es sich beim ausziehbaren Material um Glas handelt, zu bevorzugen, bei Temperaturen zwischen etwa 1250 und 1650° C zu arbeiten.

Mit den Brennern sollte sich vorzugsweise eine konstante Menge heißer Gase mit einer Geschwindigkeit bis zu 800 m/Sek. erreichen lassen, obwohl in den meisten Fällen eine Geschwindigkeit zwischen etwa 500 und 600 m/Sek. für den Gasstrahl und zwischen etwa 150 und 400 m/Sek. für den Gasstrom ausreichen. Obwohl die praktische obere Grenze bei 4 bar liegt, beträgt der Bereich der Drücke der Gasstrahlen zwischen 1 und 2,4 bar. Obwohl auch die obere Grenze des dynamischen Druckes der Gase des Brenners bei etwa 200 cm WS liegt, liegt der optimale Bereich zwischen 10 und 100 cm WS bei einer Entfernung zwischen den Austrittslippen des Brenners zwischen 6 und 10 mm.

Bei der Mehrzahl der Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt man, daß die Entfernung zwischen der Lippe des Brenners und der am weitesten benachbarten Achse der Gasstrahlen in der Größenordnung von 6 bis 25 mm liegt. Die Entfernung zwischen dem abströmseitigen Rand der Austrittsöffnung des Gasstrahles und dem anströmseitigen Rand der das ausziehbare Material liefernden öffnung liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 0 bis 0,5 mm.

Bezüglich der Produktionskapazität einer Anlage gemäß den Fig. 15A bis 15D kann man spezifische Durchsätze von 20 bis 25 kg pro Zerfaserungszentrum und Tag erhalten, wobei die Fasern beispielsweise einen mittleren Durchmesser von 6 μηι aufweisen.

Im folgenden sollen die Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fasern beschrieben werden.

Die erhaltenen Fasern haben eine beachtliche Feinheit und sind zu vergleichen mit den besten Fasern, die nach dem Aerocor-Verfahren bzw. nach dem mechanischen Ziehverfahren herstellbar sind, wobei der Durchmesser im allgemeinen zwischen 0.5 und 10 μΐη liegt.

Im Prinzip sind beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Begrenzungen für die Länge der gezogenen Fasern gegeben. Wenn die Mittel zur Aufnahme der Fasern derart gewählt sind, daß die Stellen auf ein Minimum vermindert sind, wo die Fasern zu Bruch gehen können, so kann das Fertigprodukt extrem lange Fasern aufweisen. Dies wird am besten verständlich, wenn man die vom Glas während seines Ausziehvorganges zu einer Faser aus einem Glaskegel verfolgte Bahn betrachtet Während sich die Faser verfestigt, nimmt ihr kritischer Krümmungsradius, d. h. der Krümmungsradius, der zum Bruch der Faser führt, zu. Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, daß die Faser wenigstens über einen großen Teil ihrer Bahn, wenn nicht über die gesamte Bahn, einem Verlauf folgt, der in etwa spiralförmig ist und deren Teilung und Amplitude in Translationsrichtung der Faser derart zunehmen, daß der der Faser

erteilte Krümmungsradius während ihrer allmählichen Abkühlung immer mehr zunimmt. Daraus folgt eine minimale Bruchgefahr beim Biegen dieser Fasern.

Unter Berücksichtigung gewisser praktischer Überlegung betreffend die Anwendung des Bindemittels, die Aufnahme der Fasern, ihr Zusammenfügen zu Filzen, Fließen oder Bahnen, die Kontaktierung der Fasern, sowie ihre Handhabung zum Zwecke ihrer Verpackung wurüe festgestellt, daß es nicht notwendig ist, Fasern mit maximal möglicher Länge zur Herstellung von extrem vorteilhaften Produkten zu erzeugen.

Man kann Fasern nach der F.rfindiing aus einer großen Vielzahl von Glaszusammensetzungen herstellen, wie bereits angedeutet wurde. Es wäre bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein geeignetes Glas durchaus möglich. Fasern mit ausgezeichneten Eigenschaften auch hinsichtlich Hochtemperatur bestandigkeit herzustellen.

I ■ /engt man aus den nach der Erfindung hergestellten Fasern ein zusammen^t-faüies Produkt, das beispielsweise zur Isolierung von Gebäuden bestimmt ist, so können diese Produkte eine beachtlich niedrige scheinbare Dichte aufweisen, die beispielsweise zwischen etwa 7 und 25 kg/m' liegt. Diese Produkte weisen ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeisolation auf. Darüber hinaus zeichnen sich die so erhaltenen Produkte auch durch ein praktisch vollständiges Fehlen von Schmclzperlen, Haken oder anderen infibrierten Artikeln aus.

Die nach der Erfindung erhaltenen Produkte zeigen eine ausgezeichnete Rückstellung in der Dicke nach Zusammendrücken und weisen eine günstige Zugfestigkeit auf. Diese ausgezeichneten Eigenschaften der Produkte lassen sich vermutlich auf die große Länge der Fasern und die große Zugfestigkeit der einzelnen Fasern zurückführen.

Im übrigen haben die aus diesen Fasern hergestellten Produkte einen beachtlich weichen und seidenartigen »Griff«. Die Gründe hierfür sind nicht genau identifizierbar, sie umfassen jedoch die vorher dargelegten physikalischen Eigenschaften der Fasern.

Andere Gründe, warum die erfindungsgemäß hergestellten Produkte diese sehr beachtlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen, können aus der schnellen Abkühlung der Fasern herleitbar sein. Die kurze Erstreckung der Zone, in der da:; Ausziehen der Fasern gemeinsam mit deren schneller Überführung in die nachfolgende Zone erfolgt, wo sie schnell abgekühlt werden, sorgt für eine schnelle Härtung, was die Eigenschaften der Fasern aus Gründen, die sich vorerst nicht völlig erhellen lassen, modifiziert.

Beispiel I

Dieses Beispiel bezieht sich auf eine Reihe von Beispielen im industriellen Betrieb, die durchgeführt

Tafel I

werden, indem man mit einer Vorrichtung der Bauart arbeitet, wie sie mit Bezug auf die F i g. 9A und 9B und 9C beschrieben wurde; die erhaltenen Ergebnisse sind in Tafel I angegeben.

Das verwendete Glas hatte die folgende Zusammensetzung:

	in Gewichts
	teilen (%)
SiO2	57.00
AI;Oj	4,10
Fc2O)	0.35
CaO	11.31
MgO	3.69
Na2O	13,16
K2O	1.54
BaO	1.60
B2O1	4,55

Unter Anwendung der in jedem der Beispiele der Tafel I angegebenen Arbeitsbedingungen ermöglicht es

_>> das Verfahren nach der Erfindung, sehr günstige Fibrierungsleistungen zu erhalten. Eine große Skala spezifischer Glasdurchsätze zwischen 8,6 und 22 kg pro Kegel und 24 Stunden wird so erhalten. Ein entsprechender Bereich von Faserdurchmessern wurde ebcn-

)ii falls erreicht. Die Angaben betreffend die Faserdurchmesser sind in Tafel I einerseits in Form des arithmetischen Mittels der gemessenen Durchmesser in Mikron und andererseits auf der Basis einer Bestimmung des Feinheitsindex der Fasern oder »Micronaire«

j-, mit einer Probe von 5 Gramm angegeben, wobei diese Festlegung eine Standardmeßtechnik in der Industrie der Glaswolle ist. Nach dieser Meßtechnik wird eine Faserprobe bestimmter Masse in einer Vorrichtung derart angeordnet, daß eine Barriere gebildet wird, die

jo durchlässig für die diese Vorrichtung unter einem bestimmten Druck durchsetzende Luft ist. Man lies' dann den Meßwert dfs Luftdurchsatzes durch die Probe ab, wobei dieser Durchsatz eine Funktion des Druckabfalls ist, der sich in der Probe einstellt, wobei

4) dieser Durchsatz ausgedrückt ist durch Zahlen, die in empirischer Weise mit dem Faserdurchmesser verknüpft sind. Je feiner im allgemeinen die Fasern sind. desto größer ist die Anzahl der Fasern der Probe und desto größer ist der Widerstand gegen den Luftdurch-

-,o tritt durch die Probe.

Auf diese Weise erhält man eine Anzeige für den mittleren Durchmesser der Fasern in der Probe. Die Mikronaire-Angaben und die mittleren gemessenen Durchmesser stellen sich als eine enge Korrelation in den Versuchen 1 bis 6 dar.

Hauptstrom	Tem	Druck	Geschwin	Sekundärstrahl	Geschwin	Tempe	Glas	spezifisch.	Mikro-	Faserdurch-
Bei	peratur		digkeit	Druck	digkeit	ratur	Tempe	Durch	naire	messcr
spiel							ratur d.	satz		(arit. M.ttcl)
Nr.	0C	cm WS	m/Sek.		m/Sek.	0C	Kegels	kg/24 h	(5 g)	Mikron
	1580	45	224	Bar	580	800	°C	11.1	3.9
i	1580	62	262	2	580	800	1050	14,1	3.9	4.9
2	1580	72	283	2	580	800	1050	14.5	3.3	4.6
3	1580	72	283	2	580	800	1050	8.6	2.45	3.5
4			2		1050

-ortset/uni!

25 26

ll.i Bc \|-	nip'sii din ι K-Hi- I1 1I pcl'illtll	Druck	Ge«, ti ι L' k ι	in\ m- .'Il	Sekiiiul;! Druck	(icscln\in (linken	(einpe	f .l.is I L'I11|1C ι.lim ti. K i-y e Is	spc/itisv h. Sill/	\llkl..	I JM-I,:1 {.nil \l
	(	C-. ι WS	!'1 Sv	.■k.		in Sek.	_ <	<■	k-j -M Ii	(;. si	\I;'m.t
5 6	1580 1580	72 62	283 262		2 2	580 580	800 800	1050 1050	22.0 17.3	4.4 4.3	6.0 5.4
		Beis	η i e I	!I

Das Beispiel II bezieht sich auf eine Reihe von Versuchen im industriellen Betrieb, die mit einer Vorrichtung der Bauart durchgeführt wurde, wie sie in Γ i g. 15D dargestellt ist und welche einen Schlitz für das Glas aufweist. Die Ergebnisse dieser Beispiele aus dem industriellen Betrieb sind in Tafel II angegeben.

Die Zusammensetzung des Glases für die Beispiele auf industrieller Ebene des Beispiels Il ist die folgende: CaO

MgO

Na,O

K₂O

B,O<

BaO

7.35 3.10 14.!'> O.SO 5.90 2.50

SiOj

(in Gewichtsteilen) %

63,00 0,30 2,95 Ein großer Bereich von spezifischen (jlasdurchsät/en hat es ermöglicht, einen entsprechend großen Bereich von Faserdiiiehmesseni zu erhalten. Im allgemeinen kann man sagen, il-iß eine sehr gute libricrung erreicht werden konnte, w.i«- /u einem großen Durchsatz an feinen und hingen Fasern führte.

Tafel II

Beispiel Tempe-Nr. ratur

Druck

1620	60
1600	58
1620	68
1620	58

Geschwin- Druck digkeit

cm WS ni/Sek.

261 256 278 265 Geschwin- Tempeiligkeit ratur

m.'Sek.

Temperatur il.
Kegels

Χ

Ι.9 1.9

900
900
900
900

1030
1010
1030
1000

Hierzu I 3 MhHt Zeichnungen

Spezifisch. Mikro-Durchs.it/ !i.iire

ke JM h

13.8 0,6

15.0 9.6

(5 g)

4.8 2.4 4.1 4.0

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern durch Ausziehen von ausziehbarem Material, insbesondere thermoplastischem Material, wie Glas, mit Hilfe von winkelig zueinander gerichteten Gasströmungen, wobei das Material im ausziehbaren, insbesondere schmelzflüssigen Zustand zugeführt wird, d a durch gekennzeichnet, daß in einen Gasstrom wenigstens ein Gasstrahl dessen Querschnitt kleiner als derjenige des Gasstromes ist, winkelig dazu und mit solcher gegenüber der kinetischen Energie pro Volumeneinheit des Gasstromes größerer kinetischer Energie pro Volumeneinheit eingeführt wird, daß der Gasstrahl durch den Gasstrom auf wenigstens einem Teil seines Verlaufs vom Gasstrom völlig umhüllt bleibt und daß das im ausziehbaren Zustand befindliche Material jeweils dem Einführungsbercich des Gasstrahles in den Gasstrom zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ausziehbare Material stromabwärts von der Einführungsstelle des Gasstrahles in den Gasstrom eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der kinetischen Energie pro Volumeneinheit des Gasstrahles und der des entsprechenden Teiles des Gasstromes bis 40 :1, vorzugsweise zwischen 4 :1 und 25 :1 ge- so wählt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadu/ch gekennzeichnet, daß die kinetische Energie pro Voiumeneinheit der Gasstrahlen in Fortbewegungs. .chtung des Gas- J5 stromes in wenigstens einer Läiigsreihe fortschreitend verringert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrahl senkrecht zum Gasstrom eingeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens zwei unter einem Winkel aufeinanderstoßende Gasströmungen erzeugenden Düsen und einer der einen Düse zugeordneten Zuführungsöffnung für das auszuzirbende Material, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer einen Gasstrahl erzeugende Düse, der die Zuführungsöffnung für das ausziehbare Material zugeordnet ist, -,0 eine Düsenabmessung geringer als diejenige der Öffnung der den Gasstrom liefernden Düse aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gasstrahlen liefernden Düsen in wenigstens einer Reihe quer zur Strömungsrichtung des Gasstromes und in der gleichen Querreihe im Abstand voneinander angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung für die Zuführung des ausziehbaren Materials stromabwärts von der Düsenöffnung für die Erzeugung des Gasstrahles angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die (0 den einzelnen, die Gasstrahlen erzeugenden Düsen zugeordneten öffnungen für die Zuführung des ausziehbaren Materials zu einer einzigen schlitzförmi

gen Austrittsöffnung zusammengefaßt sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsabstand zwischen den Strahlaustrittsdüsen einer Querreihe wenigstens annähernd gleich zwei bis drei Durchmesser der Strahlaustrittsdüsenöffnungen beträgt.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichne,., daß in Bewegungsrichtung des Gasstromes mehrere Gasstrahlen liefernde Düsenöffnungen in Reihe hintereinander angeordnet sind, wobei der Achsabstand zwischen diesen öffnungen wenigstens annähernd sieben bis zehn Durchmesser dieser öffnungen beträgt

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Bewegungsrichtung des Gasstromes mehrere Reihen von Gasstrahlen erzeugenden Düsen vorgesehen sind, die in den Reihen gegeneinander versetzt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen Abstände von wenigstens annähernd vier bis fünf Durchmesser der öffnungen der die Gasstrahlen erzeugenden Düsen aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gasstrahlen erzeugenden Düsen einer Reihe um wenigstens das ein- bis zweifache des Durchmessers dieser Öffnungen bezüglich aer öffnungen einer benachbarten Querreihe versetzt sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Zuführöffnung für das ausziehbare Material und der zugeordneten, einen Gasstrahl erzeugenden Düsenöffnung höchstens annähernd ein bis zwei Durchmesser der den Gasstrahl erzeugenden Düsenöftnung beträgt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 6, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gasstrahlen erzeugenden Düsenöffnungen in Richtung des Gasstromes mit ihren Achsen unter aufeinanderfolgend abnehmenden Winkeln zur Bewegungsrichtung des Gasstromes angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 6, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gasstrahlen erzeugenden Düsenöffnungen aufeinanderfolgend in Bewegungsrichtung des Gasstromes geringer werdende Durchmesser aufweisen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende der quer verlaufenden Reihe von Materialzuführungsöffnungen oder des Schlitzes eine zusätzliche, einen Gasstrahl erzeugende Düsenöffnung vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen für die Erzeugung der Gasstrahlen und die Öffnungen für die Zuführung des ausziehbaren Materials in einer der den Gasstrom begrenzenden Wandungen vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts von den Öffnungen für die Zuführung des Gasstrahles und des ausziehenden Materials eine den Gasstrom ablenkende Ablenkplatte vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der

vorhergehenden Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den Düsenöffnungen für den Gasstrahl und den Öffnungen für das auszuziehende Material gegenüberliegenden Seite des Gasstromes ein Ablenkwandelement (100) vorgesehen ist

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dcß den Wandelementen Kühleinrichtungen (94, 96} zugeordnet sind.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Begrenzungswänden des Gasstromes Zuführungsöffnungen für das ausziehbare Material und ihnen zugeordnete Austrittsdüsenöffnungen für Gasstrah-Ien vorgesehen sind.