DE2435019A1 - Durch elektrische widerstandsheizung geheizter speiser fuer geschmolzenes mineralisches material sowie verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung - Google Patents

Description

OR.-INS. DIPL.-INS. M. SC. DlrL.-ΓΗΫ». OR. DI»L..»HY1.

HÖGER - STELLRECHT - SRIEiSSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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8. JuII 1974

Owens-Corning Fiberglas Corp. Toledo, Ohio, USA

Durch elektrische Widerstandsheizung geheizter Speiser für geschmolzenes mineralisches Material sowie Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf einen durch elektrische Widerstandsheizung geheizten Speiser zur Zufuhr von geschmolzenem mineralischen Material in Form von zu Fasern auszuziehenden Strömen mit Seitenwänden und einer Düsen aufweisenden Boden-

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wand. Die Erfindung erstreckt sich weiterhin noch auf ein Verfahren zur Herstellung eines kanalförmig ausgebildeten Elementes" aus einem einzigen ebenen Teil eines verformungsfähigen, elektrisch leitenden Materials zur Verwendung bei der Herstellung eines Speisers, der geschmolzenes mineralisches Material in Form von zu Fäden auszuziehenden Strömen liefert sowie auf eine Vorrichtung zur Herstellung eines widerstandsgeheizten Speisers zur Zufuhr geschmolzener Ströme eines faserbildenden mineralischen Materials, wobei die Seitenwände und die Bodenwand aus- einer einzigen Platte eines verformungsfähigen, elektrisch leitenden und gegenüber hohen Temperaturen widerstandsfähigen Materials gebildet • sind.

Eine solche Düsenwanne oder Speiser zum Schmelzen und zur Abgabe von in Wärme erreichbaren, insbesondere mineralischen Material wird in üblicher Weise hergestellt aus Platin, Rhodium oder· sonstigen Edelmetallen sowie deren Legierungen und sind geeignet, kontinuierlich Glasfäden herzustellen.

Es gibt eine Anzahl von Verfahren, Glas zur Bildung kontinuierlicher Glasfäden oder —fasern zu verarbeiten. Ein solches Verfahren umfaßt die Möglichkeit, Glas in verhältnismäßig großen Öfen zu erhitzen, das Glas in einer Läuterungskammer zu läutern und zu sphärischen Körpern oder Kugeln zu formen. Die Glaskugeln werden anschließend einem Speiser zugeführt, der elektrisch geheizt ist und das Glas auf.eine Viskosität aufschmilzt, bei welcher Ströme des Glases durch öffnungen im Speiser fließen können und zu Fäden ausgezogen werden.

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Das heute üblicherere Verfahren ist jedoch das Direktschmelzverfahren , bei welchem das Glasgemenge in einem Ofen in den geschmolzenen Zustand reduziert und geläutert wird. Das geschmolzene Glas fließt von diesem Ofen dann längs eines Vorherdkanalszu den einzelnen Speisern., die entlang des Vorherdes angeordnet sind. Die Speiser werden durch elektrische Widerstandsheizung erhitzt, um die Glasviskosität zu kontrollieren und einzustellen. Durch Öffnungen in den Speisern oder Düsenwanneh treten dann Ströme des Glases aus und werden zu einzelnen Glasfaden oder Elementarfäden ausgezogen.

Beide genannten Glasverarbeitungsverfahren verwenden Speiser oder Düsenwannen, die aus hochtenperaturwiderstandsfähigen Metall-Legierungen hergestellt werden, beispielsweise aus Platin oder Rhodium. Ein solcher Speiser ist im Grunde eine längliche metallische Schachtel oder ein Gehäuse, an dessen Bodenwand mit Öffnungen versehene Spitzen oder Vorsprünge befestigt sind, durch welche die Glasströme austreten, die schließlich zu Einzelfäden ausgezogen werden. Anschlüsse, an welchen elektrische Anschlußschienen befestigt werden, sind vorgesehen, um dem Speiser elektrischen Strom zuzuführen; die Anschlüsse sind üblicherweise an beiden Enden des schachteiförmigen Speisers angeschweißt. Der Speiser wird dann durch seinen eigenen elektrischen Widerstand erhitzt. Um die gewünschten Wärme- und Hitzeeigenschaften des Speisers zu erzielen ist es übliche Praxis, die Dicke der Speiserwände zu verändern, um so den Stromanteil der durch diese fließt, einzustellen und zu kontrollieren.

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Bis jetzt sind Speiser üblicherweise dadurch hergestellt, daß vorgeschnittene Teile durch übliche Schweiß- und Schmelztechniken miteinander verbunden werden. Die für die Bodenwand oder dem Düsenbereich vorgesehene Platte weist dabei üblicherweise eine gleichförmige Dicke auf, während die Platten für die Seitenwände und die Plansche von sich verändernder geringerer Dicke sind, um das gewünschte Wärmemuster zu erzielen und/oder die Menge des benötigten Edelmetalls zu reduzieren. Indem für die Seitenwände und die Plansche dünnere Teilstücke verwendet werden, ergeben sich

sowohl

mehrere Schwierigkeiten/bei der üblichen Speiserherstellung als auch bei deren Arbeitsweise. Beispielsweise sind zusätzliche Walzvorgänge für die dünneren Abschnitte erforderlich. Das Zusammenschweißen der Teile ist zeitraubend, wobei auch die Gleichförmigkeit der Schweißnähte und der Schweißung selbst sich verändern kann. Darüber hinaus verändert sich über oder im Bereich der Schweißzone der elektrische Widerstand aufgrund der Gußeigenschaft oder der Gießnatur der Schweißnaht, verglichen mit dem geschmiedeten oder gewalzten Blech, s© daß es schwierig ist, das gleiche Wärmemuster von Speiser zu Speiser zu stabilisieren oder zu reproduzieren. Auch kann beim Schmelzflußschweißen des dünneren Blechmaterials an das dickere Material eine schwere Verziehung und ein Verwerfen auftreten. Darüber hinaus können die Schweißnähte, wenn sie nicht mit außerordentlicher Sorgfalt hergestellt werden, lecken^ so daß es zu Glasverlusten kommt. Schließlich läßt sich feststellen, daß dann, wenn ein Versagen oder Brüche bei den Speisern auftreten, 'diese üblicherweise bei oder angrenzend an die Schweißnähte entstehen.

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Es ist daher sehr erwünscht, eine Technik zu erlangen., um die widrigen Einflüße des Schweißens beim Ausbau und bei der Herstellung von Speisern zu verringern und eine bessere Stromverteilung über den Speiser bei seinem Betrieb zu erzielen; in diesem Falle könnte es gelingen, auch die Hochtemperaturherstellung kontinuierlicher Fasern beträchtlich zu verbessern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, einen Speiser zu schaffen, der über möglichst wenig Schweißnähte verfügt und daher im Aufbau und in seinem Warmemuster so einheitlich wie möglich ist, diese Aufgabe umfaßt gleichzeitig ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Speisers und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Zur'Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Speiser und besteht erflndungsgemäß darin, daß Seitenwände und Bodenwand aus einem einzigen Stück eines verformungsfähigen, gegenüber dem Einfluß hoher Temperaturen widerstandsfähigen, elektrisch leitenden Material b.estehen, wobei die Seitenwände über ihre Länge oder Höhe gesehen entsprechend dem Wärmeerzeugungsmuster unterschiedliche Wanddicken aufweisen zur Erzielung einer gleichförmigen Temperatur des geschmolzenen Materials dem Ausströmbereich.

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Speisers besteht erfindungsgemäß darin, daß der ebene Teil (Metallplatte) zwischen einem sich verjüngenden vorspringenden Element (Patrize) und einem Halteblock angeordnet wird, der eine Öffnung aufweist mit relativ schmalen erhabenen und längs der

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Öffnungsinnenfläche eine lineare Druckfläche bildenden Stegen, wobei die Öffnung zum Durchlaß der Patrize groß genuS ist, daß die Patrize und der Halteblock relativ zueinander so bewegt werden, daß die Patrize eine äußere Oberfläche des ebenen Teils berührt, daß die sich verjüngende Patrize und der ebene Teil durch die Halteblocköffnung in der Weise gepreßt werden, daß sich der ebene Teil in einer Querrichtung zu den schmalen Stegen bewegt, wobei das" ebene Teil zwischen der sich verjüngenden Oberfläche der Patrize und den Stegen zur Bildung eines wannenförmigen Teils" mit sich in vorgegebener Dicke ändernden Seitenwänden gepreßt wird, wobei die sich verändernde Dicke dem Abstand zwischen der Oberfläche der Patrize und den von den Stegen gebildeten Druckflächen entspricht und daß zur weiteren Bearbeitung das wannenförmige Element aus dem Halteblock entnommen wird.

Schließlich besteht die eingangs genannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens darin, daß eine der inneren Form des durch Seiten- und Bodenwände gebildeten Speiserteils angepaßte Rammen (Patrize) und zwei zueinander im Abstand gehaltene steife Halteteile vorgesehen sind, die eine Öffnung und einander gegenüberliegende lineare Druckflächen bilden, die sich in Längsrichtung zu beiden Seiten der Öffnung erstrecken und von relativ schmalen Stegen gebildet sind, die den kürzesten Abstand zwischen den Halteteilen definieren, und daß der Abstand zwischen der Patrize und den Druckflächen so bemessen ist, daß bei Druckbewegung der Patrize gegen die Platte zur Erzielung einer Bewegung derselben in einer Querrichtung zu den Druckflächen auf die

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Seitenwandteile der Platte zwischen der Patrizenflache und den Druckflächen fortschreitend ein Druck ausübbar ist.

Auf diese Weise gelingt es zu einem Speiser zu gelangen, der in der Lage ist,.in Wärme erweichbares faserformendes Material

der

zu erwärmen und über vorgegebene und einstellbare und geregelte Stromführungs- und Widerstandsheizeigenschaften verfügt, Ein solcher Speiser läßt sich mit einem Minimum an Schweißen" aufwand herstellen.

Obwohl bei der Erfindung also kaum geschweißt werden muß, um einen Speiser aufzubauen, ist es dennoch möglich, die übliche sich verändernde Seitenwanddicke bei Speisern beizubehalten, um dadurch Edelmetall einzusparen, insbesondere aber die Widerstandsheizung jedes Speisers einwandfrei einstellen und regeln zu können.

Die erfindungsgemäßen Vorteile werden dadurch, erzielt, daß ein Speiser hergestellt wird, dessen Düsenteil, also dessen Unterseite, dessen Seitenwände und Plansche aus einem einzigen Stück einer Edelmetallplatte.hergestellt sind. Zur Herstellung eines solchen Speisers wird eine Platte mit der gleichen Dicke, wie sie für den Düsen- oder Unterseitenbereich des Speisers erwünscht ist, jedoch etwas größer, zentral über einer rechteckförmigen Öffnung oder einer Matrize aufgebracht, die von zwei zueinander im Abstand gehaltenen verformenden Einsätzen gebildet ist, die in einem festen, einstückigen Halteblock angeordnet und eingefaßt sind. Ein Stempel oder eine Patrize, die verjüngend ausgebildet ist, preßt die Platte

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nach unten zwischen die Oberfläche "der Einsätze und der Patrizenoberflache; dieser Vorgang verläuft unter kontrollierten Bedingungen in der Weise, daß die dicke Platte zusammengepreßt und zur Bildung dünnerer Seitenwände ausgezogen wird. Es ist dann noch möglich, aufeinander folgende Durchläufe vorzunehmen, entweder mit den gleichen Patrizen- und Matrizenabmessungen oder mit Patrizen und Einsätzen unterschiedlicher Größenabinessungen, die verwendet werden können, um die Seitenwände auf die gewünschte Verjüngung und die gewünschte Dickenveränderung unter Druck zu verformen. Nachdem dieses Teil auf die gewünschte Querschnittsform gebracht und verformt ist, lassen sich dann die Plansche und gegebenenfalls auch die Seitenendplatten formen oder von Hand ausbilden, wobei übliche Matrizeneinstellverfahren verwendet werden können.

Die verfahrensmäßigen Vorteile, die sich dadurch bei der Herstellung und Formung von Speisern ergeben, umfaßen eine stabilere und genauere Kontrolle der Speiserwanddicken, geringere Schweißnähte, eine größere Flexibilität beim Entwurf von Speisern, vergrößerte Speiserfestigkeit und eine verlängerte durchschnittliche Speiserlebensdauer. Bei der Herstellung ergeben sich Vorteile, die u.a. darin zu sehen sind, daß geringere Herstellungszeiten erforderlich sind, weniger Edelmetall benötigt wird, die Dimensionseigenschaften erhalten bleiben und reproduzierbar sind, weniger Walzvorgänge erforderlich sind, außerdem sind zur Herstellung solcher Speiser geringere Anforderungen an die Geschicklichkeit gestellt und es brauchen weniger Bearbeitungsvorgänge vorgenommen werden.

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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der TJnteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen der Erfindung, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung solcher Speiser sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des" Verfahrens anhand der Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 in einer Vereinfachten perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung zur Erzeugung kontinuierlicher Glasfasern unter Verwendung eines widerstandsgeheizten. geschmolzenes Glas enthaltenden Speiser aus Metall,

Fig. 2 zeigt in einer seitlichen Schnittansicht den Stempel und die Ziehapparatur vorliegender Erfindung,

Fig. 3 zeigt eine Ansicht entsprechend der Fig. 2 bei einem anderen Ausführungsbeispiel einer Ziehapparatur,

Fig. 4 zeigt, ebenso wie die

Fig. 5 die Darstellung der Fig. 2 bei unterschiedlichen Stellungen der Patrize,

Fig. 6 stellt einen Querschnitt dar entlang der Linie 6-6 der Fig. 4,

Fig. 7 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Teilausschnitt der inneren Matrizenwandung der Fig. 2,

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Fig. 8 zeigt die gleiche innere Matrizenwandung der Fig. 7 in einem anderen Ausführungsbeispiel,

Fig. 9 ' zeigt in Querschnitt eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung mit Mitteln zur Erleichterung der Entnahme des· fertigen geformten Speiserteils,

Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch, einen nach erfindungsgemäßen Grundsätzen hergestellten Speiser, während

Fig. 11 einen der Fig. 10 ähnlichen Querschnitt einer anderen Ausfuhrungsform zeigt.

Bevor die vorliegende Erfindung im Detail erläutert wird, sei darauf hingewiesen, daß diese weder auf. ihre Konstruktionseinzelheiten noch auf die Anordnung der einzelnen Teile zueinander, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, beschränkt ist; die Erfindung ist in der Lage, auch andere Ausführungsbeispiele zu bilden, anders ausgeführt zu werden oder in verschiedener Weise Komponenten für andere Endzwecke zu bilden. Weiterhin versteht es sich, daß die in der nachfolgenden Be- " Schreibung verwendeten Ausdrücke der Erläuterung dienen und nicht einschränkend aufzufassen sind.

Wie in Fig. 1 gezeigt werden kontinuierliche Glasfäden dadurch hergestellt, daß eine sogenannte Düsenwanne oder ein Speiser 40 verwendet wird, der über elektrische Anschlüsse verfügt, die mit nicht dargestellten elektrischen Zuleitungen verbunden sind. Zur Erhitzung des Speisers wird von einer elektrischen

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Versorgungsquelle stammender Strom durch den Speiser geleitet, so daß sich dieser aufgrund seines eigenen elektrischen Widerstandes aufheizt. Üblicherweise ist die Düsenwanne oder der Speiser mit einer isolierenden feuerfesten Auskleidung oder Umkleidung versehen, die nicht dargestellt ist, so daß die Hitze des Speisers zurückgehalten wird und seine Wirksamkeit verbessert wird.

Das die Glasfasern bildende Material in Form geschmolzenen Glases wird dem Speiser 40 durch Schwerkraftwirkung von einem Vorherd zugeführt, der mit einem nicht dargestellten Glasschmelzofen verbunden ist. In dem Speiser wird das geschmolzene Material darüber hinaus konditioniert bzw. erhitzt und nach unten geführt, wo es in Form kleiner geschmolzener Glasströme 48 aus Öffnungen 46 austritt, die in Reihen und Linien entlang des Bodenteils des Speisers angeordnet sind. Diese mit Öffnungen oder Durchbrüchen versehene Bodenplatte wird allgemein als der Düsenteil oder Spitzenteil 44 bezeichnet, da die· Öffnungen üblicherweise in Form von vorspringender Düsen oder Spitzen 45 ausgebildet sind. Diese Glasströme werden dann zu Fasern 50 ausgezogen, und zwar mittels einer Ausziehvorrichtung, die etwa eine Wickelvorrichtung, ein Ausziehrad oder ein nicht dargestelltes Gebläse sein kann. Die so hergestellten Glasfaden werden dann noch mit einer flüssigen Schlichter oder einem Bindemittel geschmiert und einer üblichen Sammelvorrichtung zugeführt.

Der Speiser oder die Düsenwanne 40 hat grundsätzlich die Form einer in besonderer Weise geformten Schachtel oder eines rechteckigen Gehäuses, welches aus hochtemperatur^esten Ver-

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bindungen wie Platin, Rhodium oder dergleichen besteht. Es war bisher übliche Praxis gewesen, solche Speiser dadurch herzustellen, daß vorgeschnittene Metallstreifen von Hand miteinander verschweißt und verbunden wurden. Wie weiter vorn schon erwähnt, erfordert jedoch das Schweißverfahren geübte und ausgebildete Arbeitskräfte, wobei die Schweißnähte, selbst dann, wenn sie präzise ausgeführt sind, beim Betrieb des Speisers Arbeitsprobleme und Schwierigkeiten erzeugen können. Der vorliegenden Erfindung gelingt es, die Anzahl der erforderlichen Schweißnähte bei der Speiserherstellung gering zu halten, gleichzeitig aber auch die variable Wanddicke des Speisers aufrecht zu erhalten, die für optimale Arbeitsbedingungen desselben erforderlich ist.

Die zur Herstellung von Speisern zur Glasfasernherstellung verwendete Vorrichtung ist in den Fig. 2 bis 6 dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt modifizierte Formen von Systemen und Apparaten, die gelegentlich von der sich mit dem Tiefziehen beschäftigten Industrie verwendet werden, zum Tiefziehen von Kannen, Büchsen oder Druckgefäßen. Die Vorrichtung umfaßt eine Ramme, eine Patrize oder einen hervorstehenden Teil und eine Matrize oder einen aufnehmenden Teil 10. Die Patrize 20 ist gebildet aus einem sich verjüngenden rechteckförmigen Element, welches so gehalten und entworfen ist, daß es durch eine größere rechteckförmige Öffnung paßt, die in der Matrize 10 ausgebildet ist. Die Matrize 10 umfaßt einen Hochleistungshalteblock 12, dem entfernbare Druckeinsätze Ik zugeordnet sind zur Bildung des aufnehmenden Teils 10. Eine Düsenaufnahmeplatte oder Lagerplatte 16 ist über eine Stange l6 mit einem nicht dargestellten hydraulischen bzw. mit Luftdruck

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arbeitendem Dämpfungs- oder Puffersystem verbunden. Die 'Lagerplatte 16 ist so ausgebildet, daß sie sich frei innerhalb des von den Einsätzen 14 und dem Halteblock 12 gebildeten rechteckförmigen Öffnung nach oben und unten bewegen kann. Die Lagerplatte 16 übt auf dem Boden der zu formenden Platte 30 einen Druckwiderstand aus. Auf diese Weise hilft die Lagerplatte 16 die Platte 30 zu halten und den Prozeß zu stabilisieren .

Die Fig. 2, 4 und 5 zeigen fortschreitend die Verfahrensstufen zur Bildung eines Speisers für Glas ströme zur Herstellung von Glasfaden nach vorliegender Erfindung. Die Metallplatte 30, aus welcher der Speiser 40 gebildet werden soll, ist einwandfrei gewalzt, auf Größe zugeschnitten und geglüht. Die so vorbereitete Platte 30 ist auf eine solche Materialdicke gebracht, die dem gewünschten Düsenabschnitt 44 entspricht. Die erwähnten Vorsprünge oder Düsen 45 werden an der Platte angeschweißt, wobei dann durch Platte und Vorsprünge wegen einer Technik, die der ähnlich ist, wie in der US-PS 3 598 952 dargestellt, Öffnungen 46 gebohrt werden. Es können auch andere Verfahren zur Ausbildung und zur Anbringung der Vorsprünge verwendet werden, meistensteils solche, wie sie in den US-Patenten 3 514 841 und 2 933 950 beschrieben sind. Der Hauptvorteil der Ausbildung der Düsen 45 an diesem Punkt des Herstellungsprozeßes ist die Einfachheit, mit welcher sich

die Düsen aufgrund der glatten, rechteckförmigen Platte 30 anbringen lassen, die Platte läßt sich in flacher Form wesentlich leichter in einem automatischen Verfahren indexmäßig verschieben und bewegen als dies für den schon ausgebildeten schachteiförmigen Speiser nötig ist. Allerdings ist es,

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falls erwünscht j innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens auch, möglich, den Speiser bis zu seiner endgültigen Form auszubilden, bevor die Düsen 45 angebracht und die Öffnungen 46 ausgebildet werden., So zeigt beispielsweise die Fig. 3 eine solche flache Platte, die zur Durchführung des Zieh- und Formvorganges fertiggestellt ist.

Ist einmal die Platte 30 mit den angebrachten mit Öffnungen versehenen Spitzen oder Düsen 45 fertiggestellt, dann wird sie über die rechteckförmige Öffnung der Matrize 10 gelegt. Befestigungsmittel, die nicht dargestellt sind, und Anschläge können verwendet werden, um eine einwandfreie Positionierung der Platte zu ermöglichen. Die Lagerplatte 16, die auch zur Aufnahme der Düsenvorsprünge dient, wird mit dem Bodenteil der Platte 30 in Kontakt gebracht. Wie Fig. 6 zeigt, weist die Lagerplatte 16 Schlitze oder öffnungen bzw. Ausnehmungen auf, um Hohlräume für die Düsen vorzusehen, d^e den Reihen von Düsen 45 angepaßt sind und dennoch ein Auflagern für die Platte 30 bilden.

Die Ramme oder Patrize 20 wird dann in Kontakt mit der Oberseite der Platte 30 gebracht und es wird auf beide Seiten der Platte durch die Patrize 20 auf der einen Seite und durch die Lagerplatte 16 auf der anderen Seite ein Druck ausgeübt. Das hydraulische oder Luftkissensystem, das der Lagerplatte l6 zugeordnet ist, stellt eine pneumatische Druckkraft zur Verfügung, die der von der Patrize ausgeübten Kraft um einen vorgegebenen Anteil Widerstand leistet. Die gegeneinander wirkenden Kräfte von Patrize und Lagerplatte oder Lagerung

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allgemein wirken in der Weise zusammen, daß die Platte 30 fest zwischen der Patrize oder Ramme und der Lagerplatte gehalten- wird und die Spannungen in der einen Seitenwand 47 (siehe Fig. 10 und 11) gegenüber den Spannungen in der anderen Seitenwand isoliert werden. Es hat sich herausgestellt, daß ein konstanter Widerstand oder Rückdruck von 4 bis 5 Tonnen, ausgeübt von der Lagerplatte 16, ausreichend ist, um die Platte 30 sicher zu halten und sie zur Durchführung des Preßvorgangs des Metalles, der in einem weiteren Verfahrensschritt dann folgt, in einer stabilen Position zu halten.

Ist einmal die Platte sicher festgehalten, dann wird der Druck der Ramme oder der Patrize 20 vergrößert, um die Widerstandskraft oder den Rückdruck der Lagerplatte 1β zu überwinden und die dicke Platte 30 zu bewegen und zusammen zu drücken, indem diese durch die begrenzende Öffnung 22 geführt und gepreßt wird, die gebildet ist zwischen der sich verjüngenden oder konischen Oberfläche der Patrize und der Druckfläche und den Einsätzen 14. Der Abstand oder Raum 22 verändert sich dabei, weil die Patrize verjüngt ausgebildet ist. Wenn die Patrize sich relativ zu der Matrizenöffnung bewegt, wird die dicke Platte 30 zwischen die sich verjüngende Ramme oder Patrize und die Matrizeneinlagen gedrückt und gepreßt und wird unter starkem Druck auf eine reduzierte Dicke verformt und tiefgezogen, die den Abstandsraum 22 ausfüllt.

Da die Platte 30 zwischen der Patrize und den verformenden

und drückenden Einlagen oder Einsätzen 14 unter Druck verformt

wird, baut sich zwischen den Einlagen und der Metallplatte

ein wesentlicher Reibungswiderstand auf. Der größte Teil

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dieser Kraft ist jedocli gegen die Einlagen gerichtet. Es hat sich herausgestellt, daß ein Druck der Patrize von lediglich 50 Tonnen ausreichend ist, um die Platte in ihrer Dicke zwischen 40 bis 5OJi zu reduzieren und unter Druck zu formen.

Auf die Einlagen 14 werden große Druck- und Reibungskräfte ausgeübt. Daher müssen der Halteblock 12 und die Einlagen oder Einsätze 14 ausreichend stark ausgebildet sein, um einer Deformation zu widerstehen. Auch muß das Material der Einlagen ausreichend hart und weich sein, um das Metall der Platte am Freßen oder sonstigen Beschädigungen zu hindern. Ein Einsatz mit einer Härte von etwa 45 bis 50 (gemessen an der Rockwell-C-Skala) hat sich als erfolgreich bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ergeben.

Der Widerstand zwischen dem Metall der Platte und dem Einsatz oder der Einlage wird weiterhin noch reduziert durch Verwendung eines Schmiermittels für extreme Drucke, um einen Metall zu Metall-Kontakt zu vermeiden.

Ein weiteres Merkmal vorliegender Vorrichtung ist die Form und die Abmessung der Einlagen. Die Ecken oder Schultern 11 der Einlagen sind abgerundet, um es der Platte zu ermöglichen,, leichter in den Abstand 22 zwischen der Patrize und den Einlagen eingeführt und hineingepreßt zu werden. Die von den Schultern gebildete Öffnung muß notwendigerweise breiter sein als die anfängliche Dicke des hindurchzutreibenden Metalls. Fig. 7 zeigt die abgekantete Form des Schulterbereichs 11 der Druckfläche. Bei diesem Ausführungsbexspxel ist die Ecke bzw." Schulter 11 in einem Winkel A von 45° abgeschnitten.

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Je in Abhängigkeit von dem zu verformenden Metall ergibt sich ein Winkel im-Bereich zwischen 30 bis 60 als zufriedenstellend. Beträgt der Winkel A weniger als 30° wird die Öffnung, die zur Druckfläche 24 führt, langer und enger, was zu nachteiligen Reibungskräften zwischen den Oberflächen führen kann. Ist der Winkel A größer als 60°, dann kann die Schulteroberfläche sich in der Weise auswirken, daß sie das Metall eher abschneidet und zurückschält, als daß ein Einführen zwischen die Druckflächen erfolgt. Weiterhin sind sämtliche mit der Metallplatte in Kontakt kommende Ecken und Kantenbereiche abgerundet, um in dieser Weise ebenfalls eine Beschädigung der Platte zu vermeiden. Fig. 8 zeigt die Verwendung einer abgerundeten Kante oder Ecke, die größer als die ursprüngliche Dicke der Metallplatte 30 ist, um eine weichere und störungsfreiere Einführung des Metalls zwischen der Oberfläche der Druckeinlagen 14a und der Patrize 20 zu ermöglichen.

Jede Schulter 11 der Einlage 14 bildet einen allmählich kleiner werdenden Dimensionsbereich in der Gegend der Einlaßöffnung, um zur Druckwirkung auf die Metallplatte 30 zwischen der Patrizenoberfläche 20 und der verformenden Oberfläche 13 der Matrizeneinlagen 14 beizutragen. Indem ein konvergierender Bereich für die Druckanwendung zur Verfügung gestellt wird, hilft die abgerundete Schulter oder Einlaßöffnung 11, die dicke Metallplatte 30 zwischen den engeren Raum zwischen der Patrize 20 und dem vorspringenden Bereich und den Stegen 13 der Einsätze "l4 einzupressen.

Bei diesen Stegen oder Druckflächen 13 handelt es sich um erhabene Teile der Einlagen 14, die den tatsächlichen Preßvorgang

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auf die Metallplatte ausüben, um sie auf ihre gewünschte Dicke zu bringen. Um den gewünschten Abstand oder Freiraum zu erzielen, können zwischen die Einsätze und den Halteblock nicht dargestellte Abstandsscheiben oder Ausgleichsscheiben eingelegt werden. Die Stege 13 werden so klein wie möglich gehalten, um die Reibungskräfte zu reduzieren. Als erfolgreich haben sich dabei Stege oder vorspringende Bereiche 13 erwiesen, die nicht größer als- 1/4" (0,64 cm) sind. Es ist jedoch möglich, den Bereich der Stege oder vorspringenden Teile 13 noch stärker zu reduzieren.

Wenn die Widerstandskraft der Lagerplatte 16 übersteigender Druck von der Patrize ausgeübt wird, wird die Platte 30 zwischen die Patrize 20 und den Stegen 13 des Einsatzes 14 gedrückt und unter Druckwirkung auf die gewünschte Dicke verformt. Die Formänderung der Platte 30 ist jedoch nicht der beim üblichen Tiefziehen entstehenden ähnlich. Bei üblichen Tiefziehprozessen ist eine konstante Wanddicke erwünscht. In idealer Weise verändert die Platte ihre Form, jedoch nicht ihre Dicke. Daher tritt beim Tiefziehen eine Durchmesseroder Längen- und Breitenreduzierung in einer Richtung stets auf mit einem Anstieg der Höhe oder Breite in einer anderen Richtung. Tritt eine Dickenänderung auf, dann erfolgt dies unkontrolliert und kann zu einem Bruch des Teils führen. Ein Anwachsen in der Höhe ist nahezu vollständig abhängig von deir •Betrag einer Reduzierung in einer anderen Richtung. Im Gegensatz hierzu ist bei der Druckverformung nach der vorliegenden Erfindung eine Dickenänderung oder eine Verjüngung der Wand erwünscht. Der Durchmesser bzw. die Breite der Platte wird

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nicht wesentlich, geändert. Der Höhenanstieg der Speiserwände hängt vollständig ab 'von dem Betrag der Querschnittsreduzierung dleren Dicke.

Der Betrag der Verjüngung der Platte wird im wesentlichen kontrolliert durch die Form oder die Verjüngung der Patrize. Die in den Fig. 2,3 und 5 gezeigte Patrize oder Ramme verjüngt sich gleichförmig. Daher ist die aufgrund einer solchen Patrize hergestellte Speiserwand am Boden dicker und verjüngt sich gleichförmig zu einem dünneren Querschnittsbereich nahe dem Oberteil. Diese Verjüngung nähert sich der Form der Spelsensashd an, wie sie üblicherweise verwendet wird.

Um die geformte Metallplatte 30 aus der Matrize 10 zu entnehmen., hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die geformte Platte vollständig an den Stegen 13 vorbei zu pressen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Da die inneren Wände der Druckeinsätze von den enger aufelnanderzu stehenden Stegen aus divergieren, läßt der Druck auf die Seitenwände 17 der geformten Platte 30 nach und die Patrize kann leicht entfernt werden., Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindutng, bei dem Mittel vorgesehen sind, die zur Freigabe dieses= Teils beitragen. Wie der Fig. 9 entnommen werden kann, können. In dem Halteblock 12 Abstreifkomponenten oder Blätter 25 angeordnet und aus ihrer zurückgezogenen Position eingesetzt werden, um die geformte Platte 30 von der Patrize abzustreifen und dazu beizutragen, daß die Patrize aus der geformten Platte und der Matrize zurückgezogen werden kann.

Ist die Patrize zurückgezogen, dann kann das hydraulische

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System der Lagerplatte aktiviert werden₃ wodurch sich der geformte Teil, d.h. der Speiser nach oben und aus der Matrize 10 auswerfen läßt. Andererseits kann jedoch die Lagerplatte 16 dann, wenn sich die geformte Platte nicht ohne weiteres nach oben ausstoßen läßt, noch über die in Fig. 5 dargestellte Position hinaus zurückgezogen werden, so daß sich die geformte Platte von dem offenen Ende der Matrize 10 unterhalb derselben entnehmen läßt.

Bevor die Metallplatte 30 zu einem Speiser 40 umgeformt wird, kann es erforderlich sein, die Platte zu glühen. Die Art oder das Ausmaß des Glühens oder Temperns hängt von der Reduzierung der Querschnittsdicke pro Durchgang und von der Art der verwendeten Legierungsmischung ab. Es hat sich herausgestellt, daß für eine Legierung, die in der Hauptsache aus Platin und Rhodium besteht, ein Glühen bei 1010° C für 10 Minuten, gefolgt von einer zehnminütigen Abkühlperiode zu einer Platte führt, die eine ausreichende Zugfestigkeit aufweist, um ein Zerreißen zu vermeiden, jedoch gefügig und ausreichend verformungsfähig ist, um ohne Reißen durch den Verformvorgang zu gehen.

Der erfindungsgemäße Form- und Preßvorgang begünstigt auch ein Kornwachstum in einer unterschiedlichen Richtung, als die, die normalerweise bei früheren Walz- und Speiserfertigungsverfahren auftritt.

In den Fig. 10 und 11 sind vollständige Formen von einheitlichen einstückigen Ausbildungen mit Bodenwänden 44 und Seitenwänden 47 dargestellt. Die gezeigte Dickenänderung wurde dadurch erreicht, daß man das Metall mindestens zweimal durch

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die Druck- und Verfformvorrichtung hindurchführt. Allerdings kann es für einige Speiserentwürfe und Legierungsmischungen ausreichend sein, nur einen -einzigen Durchgang vorzunehmen. Ist die Platte einmal auf ihre vorbestimmte Dicke zusammengepreßt, dann werden die Seitenwände 47 und die Flansche 49, wie in Fig. 11 gezeigt, abgebogen und durch übliche Metallbearbeitungs-techniken zur endgültigen Form umgeformt. Danach
werden die dickeren seitlichen Endplatten 43, die elektrischen Anschlüsse 42 und die anderen erforderlichen Teile durch
übliche Schmelz- und Schweißverbindungstechniken angebracht.

Durch die vorliegende Erfindung gelingt es, wenn nicht sämtliche Schweißungen bei einem Speiser zu vermeiden, so doch
auf den größten Teil derselben zu verzichten. Von besonderer Bedeutung ist die Beseitigung der langen Schweißungen und
Schweißnähte, die bis jetzt erforderlich waren, um die Bodenwand 44 mit den Speiserseitenwänden 47 zu verbinden sowie
die Schweißnähte, die erforderlich waren für die Verbindung der oberen und dünneren Seitenwandteile mit den unteren und dickeren Seitenwandbereichen.

Wesentliche Vorteile vorliegender Erfindung sind auch darin zu sehen, daß hier ein besonderer Speiserentwurf geschaffen wird, wobei die Bodenwand 44 und die Seitenwände 47 nahezu
identisch und wiederholt hergestellt werden können. Es ergeben sich wesentlich geringere Variationen bei einer solchen
Speiserart im Vergleich zu Unterschieden, die früher durch
die Schweißinas chinen oder durch die Fähigkeiten des die Speiser, herstellenden Personals verursacht wurden.

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Die vorliegende Erfindung is.t zwar im Hinblick auf die Verarbeitung von Platin—Rhodium-Legierungen beschrieben worden, es ist jedoch offensichtlich, daß Speiser in Übereinstimmung mit den erfindungsgemäßen Schritten auch hergestellt werden können unter Verwendung anderer biegsamer, dehnungsfähiger und ausziehbarer, hochtemperaturwiderstandsfähiger Metalle.

Weiterhin ist offensichtlich, daß innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens auch andere Modifikationen und unterschiedliche Anordnungen vorgenommen werden können; so sind beispielsweise sehr viele Veränderungen hinsichtlich der Dicke der Speiserseitenwände möglich, indem unterschiedliche Formen und Abmessungen von Patrizen und Matrizeneinsätzen verwendet werden. Auch ist es möglich, die anfänglich verwendete Metallplatte 30 zu walzen oder ihr eine andere Gestalt durch Formung zu verleihen, auch ist es möglich, die Metallplatte im Gegensatz zu den Fig. 2 und 3₃ wo sie eine gleichförmige Dicke aufweist, mit ungleichförmiger Dicke ausgangsmäßig zur Verfügung zu stellen.

Darüber hinaus ist es möglich, die Kontur der Patrize 20 bzw. der Einsätze 14 in Längsrichtung von einem Ende zum anderen zu verändern. Bisher wurde die Dicke von Speiserwänden im wesentlichen in der vertikalen Richtung verändert. Dickenveränderungen über die Speiserlänge waren zu schwierig, um diese herzustellen. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung sind auch Veränderungen in der Seitenwanddicke des Speisers über die Länge gesehen praktisch und reproduzierbar. Daher ist es auch möglich für einen gegebenen Speiser, der in

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charakteristischer Weise in seinem Mittelbereich mit höheren Temperaturen arbeitet, die Patrize und die Matrize in der Weise zu modifizieren, daß die Wanddicke in diesem typisch heißeren Bereich geändert wird, wodurch es möglich ist zu einem Speiser zu gelangen, der von einem Ende zum anderen gesehen mit gleichmäßigeren Temperaturen arbeitet.

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Claims (1)

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   a - 163 2Α3ζΩ1 Q

   8. Juli 1974 . ^JOU ld

   Patentansprüche : Γ ,

   Durch elektrische Widerstandsheizung geheizter Speiser zur Zufuhr von geschmolzenem mineralischen Material in Form von zu Fasern auszuziehenden Strömen, mit Seitenwänden und einer Düsen aufweisenden Bodenwand, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenwände (47) und Bodenwand (44) aus einem einzigen Stück eines verformungsfähigen, gegenüber dem Einfluß hoher Temperaturen widerstandsfähigen, elektrisch leitenden Material bestehen, wobei die Seitenwände (47) über ihre Länge oder Höhe gesehen entsprechend dem Wärmeerzeugungsnvuster unterschiedliche Wanddicken aufweisen zur Erzielung einer gleichförmigen Temperatur des geschmolzenen Materials dem Ausströmbereich.

   2) Speiser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenwand aus einem oberen und einem unteren Teil besteht, wobei mindestens ein Teil des unteren Wandbereiches eine größere Wanddicke als mindestens ein Teil des oberen Wandbereiches aufweist.

   3) Speiser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wanddicke der Seitenwände (4.7) im Querschnitt von unten nach oben.vorzugsweise kontinuierlich, verringert.

   4) Speiser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke eines Teils des unteren Seitenwandbereiches mindestens 5o% größer ist'als die Wanddicke eines Teils des oberen Seitenwandbereiches.

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   5) Speiser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenwände in ihrer Form rechteckförmig ausgebildet sind mit Endbereichen und einem mittleren Bereich und daß die Wanddicke der Endbereiche zu der Wanddicke des mittleren Bereiches unterschiedlich ist.

   6) Speiser nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied in den Wanddicken zwischen den Endbereichen und dem mittleren Bereich der Seitenwände mindestens 25$ beträgt.

   7) Verfahren zur Verformung eines kanalförmig ausgebildeten Elementes aus einem einzigen ebenen Teil eines verformungsfähigen , elektrisch leitenden Materials zur Verwendung bei der Herstellung eines Speisers, der geschmolzenes mineralisches Material in Form von zu Fäden auszuziehenden Strömen liefert, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ebene Teil (Metallplatte 30) zwischen einem sich verjüngenden vorspringenden Element (Patrize 20) und einem Halteblock (12) angeordnet wird, der eine Öffnung aufweist mit relativ schmalen erhabenen und längs der Öffnungsinnenfläche eine lineare Druckfläche bildenden Stegen (13), wobei die Öffnung zum Durchlaß der Patrize (2o) groß genug ist, daß die Patrize (2o) und der Halteblock (12) relativ zueinander so bewegt werden, daß die Patrize eine äußere Oberfläche des ebenen Teils (30) berührt, daß die sich verjüngende Patrize (20) und der ebene Teil durch die Halteblocköffnung in der Weise gepreßt werden,

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   daß sich der ebene Teil in einer Querrichtung zu den schmalen Stegen (13) bewegt, wobei das ebene Teil zwischen der sich verjüngenden Oberfläche der Patrize (20) und den Stegen zur Bildung eines wannenförmigen Teils mit sich in vorgegebener Dicke ändernden-Seitenwänden gepreßt wird, wobei die sich verändernde Dicke dem Abstand zwischen der Oberfläche der Patrize und den von den Stegen (13) gebildeten Druckflächen entspricht und daß zur weiteren Bearbeitung das wannenförmige Element aus dem Halteblock entnommen wird.

   8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem ebenen Teil (Metallplatte 30) eine in der Matrizen-Öffnung hydraulisch bewegbare Lagerplatte (16) entgegengehalten wird, die in Verbindung mit der von der Patrize ausgeübten Druckkraft das ebene Teil hält und beim Formvorgang, stabilisiert.

   9) Vorrichtung zur Herstellung eines widerstandsgeheizten Speisers zur Zufuhr geschmolzener Ströme eines faserbildenden mineralischen Materials, wobei die Seitenwände und die Bodenwand aus einer einzigen Platte eines verformungsfähigen, elektrisch leitenden und gegenüber hohen Temperaturen widerstandsfähigen Materials gebildet sind, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der inneren Form des durch Seiten- und Bodenwände gebildeten Speiserteils angepaßte Ramme (Patrize 20) und zwei zueinander im Abstand gehaltene steife Halteteile (12) vorgesehen sind, die eine öffnung und einander gegenüberliegende

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   lineare Druckflächen (13) bilden, die sich, in Längsrichtung zu beiden Seiten der Öffnung erstrecken und von relativ schmalen Stegen gebildet sind, die den kürzesten Abstand zwischen den Halteteilen definieren, und daß der Abstand zwischen der Patrize (20) und den Druckflächen (11,13.) so bemessen ist, daß bei Druckbewegung der Patrize gegen die Platte zur Erzielung einer Bewegung derselben in einer Querrichtung zu den Druckflächen auf die Seitenwandteile der Platte (30) zwischen der Patrizenfläche und den Druckflächen fortschreitend ein Druck ausübbar ist.

   10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung des Mittelbereiches der Metallplatte (30) auf der der Patrize (20) gegenüberliegenden Seite eine Lageranordnung (Ib") vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, daß eine um einen vorgegebenen Anteil bezogen auf die Patrizenkraft geringere Widerstandskraft ausübbar ist, derart, daß die gegeneinander wirkenden Kräfte von Patrize (20) und Lageranordnung (16) den Plattenmittelteil fest während des Druckverformungsvorgangs der äußeren Plattenteile zu Seitenwänden (47) einspannen.

   11) Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (30) in ihrem Mittelbereich vor dem Formvorgang Reihen mit Öffnungen versehener Vorsprünge (46) aufweist, wobei in der an die Metallplatte (30) angrenzenden Oberfläche der'Lageranordnung (16) eine den Reihen von Vorsprüngen (46)

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   entsprechende Reihen von Ausnehmungen (17) angeordnet sind, derart, daß die Vorsprungsreihen während des Druckvorganges bei Bildung der Seitenwände geschützt sind.

   12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile gebildet sind von einem eine die Abmessungen der Patrize (20) überschreitende Längsöffnung aufweisenden Halteblock (12), wobei die Öffnung an ihrem Wandungsinneren relativ schmale erhabene Druckflächen (13) aufweist, die als Druckflächen die schmälste Stelle im Halteblock (12) definieren.

   13) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet j daß eine Anordnung vorgesehen ist zur Auflage eines vorgeformten, wannenartig ausgebildeten Teils aus verformungsfähigen, gegenüber hohen Temperaturen widerstandsfähigen elektrisch leitenden Material über die Öffnung im Halteblock (12), wobei durch den fortschreitenden Druck auf die Seitenwände des wannenförmigen Elementes bei Bewegung- der Patrize Seitenwände erzeugbar sind mit sich in vorgegebener Weise ändernder Wanddicke und daß eine Anordnung vorgesehen ist, um zur weiteren Verarbeitung des wannenartigen Elements zu einei Speiser dieses aus der Vorrichtung zu entnehmen.

   14) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Patrize von solcher Kontur ist, daß der Abstand zwischen ihren Oberflächen und den

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   Druckflächen (13) der Matrizenöffnung sich bei Durchlauf der Patrize durch die Öffnung verändert, derart, daß Seitenwände (47) eines Speisers entstehen mit Wanddicken die sich entsprechend dem Abstand zwischen Patrize (20) und den Stegen (13) ändern.

   15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abstand zwischen der Patrize und dem die Druckflächen der Matrize bildenden Stegen (13) bei Durchlauf der Patrize durch die Matrizenöffnung verringert.

   16) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch

   - gekennzeichnet, daß die Stege schmaler als 1,27 cm sind.

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