DE2545525C2 - Verstärkungselement für eine Düsenplatte in Düsenwannen für geschmolzenes mineralisches Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verstärkungsclcmcnt für die dimensionsmäßige Stabilisierung von Düsenplatten in Düsenwannen für geschmolzenes mineralisches Material.

In den letzten Jahren hat sich immer mehr die Tendenz entwickelt, textile Glasfaden oder Glasfasern mit immer geringeren Durchmessern herzustellen, da solche sehr dünnen Fäden eine Vielzahl von durchaus bekannten Vorteilen aufweisen. Die Verringerung des Faserdurchmessers führt dazu, daß in vorteilhafter Weise aus jeder Düsenwanne eine größere Anzahl von Fäden ausgezogen und verdünnt wird, um so den Glasdurchsatz durch die Düsenwanne bei annehmbarer Geschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Dies hat dann wiederum zu größeren Düsenwannen geführt mit entsprechend größeren Düsenplattcn. an denen die Vorsprünge oder Spitzen befestigt sind, durch welche die Glasströtne ausfließen, damit man an diesen Diisenplaiten eine größere Aniahl von Vorsprüngen anbringen kann. Andererseits sind jedoch diese größeren Diiscnplailcn einer größeren Gesamtbelastung ausgesetzt und enlwikkein daher wesentlich eher die '!'enden/ /u einem llieliverhalten oder zum Durchsacken, verglichen mit IXisenplattcn geringerer Abmessungen.

Darüber hinaus hat sich in den letzten Jahren ein gesteigerter Bedarf für Fäden aus stärker hitzewiderstandsfähigen, feuerfesten Materialien ergeben, wodurch solche hergestellten Fäden auch in Umgebungsbercichcn verwendet werden können, bei denen deutlich erhöhte Temperaturen anzutreffen sind. Solche Fäden müssen jedoch aus dem in Wärme erweichenden Material bei höheren Temperaturen ausgezogen und vcrdünni werden, so daß dementsprechend auch das ίο Material in den jeweiligen Düsenwannen bei höheren Temperaturen erweicht und geschmolzen werden muß. Solche Temperaturen haben jedoch die Tendenz, die Döscnplatte zu einem Durchsacken oder zu einem Flicßverhalten zu veranlassen, und zwar bei den hier herrschenden Temperaturen noch in einem wesentlich größerem Maße. Dies trifft selbst dann zu, wenn die Düsenwanne aus den besten, hochtcmperaturwiderstandsfähigen Metallegierungen hergestellt wird, die heutzutage bekannt sind und die für die Herstellung von Düsenwannen geeignet sind.

Es sind schon Versuche unternommen worden, um diesem Problem des Durchsackens oder Fließverhaltcns durch eine spezielle Auslegung und einen speziellen Entwurf der Düsenplatten und auch mit Hilfe von Lagerungen unterhalb der Düsenplatte zu begegnen (DE-OS 14 71 924). Diese Versuche führten jedoch nur zu einem sehr begrenzten Erfolg und waren im wesentlichen nicht geeignet, die Lebe*· «dauer einer solchen Düsenwanne in nennenswerter Weise zu verlängern, ohne daß sich ein jo exzessives Flicßverhalten und Durchsacken der Düsenplatte ergab. Darüber hinaus entwickelten Lagerungen unterhalt) der Düsenplatte die Tendenz, störend auf das Wärmcmusicr der Düsenplatte einzuwirken oder durch ihre körperliche Anwesenheit eine Störung bei dem J5 Ausziehen der Fasern zu bilden, was dazu führte, daß sich häufig Unterbrechungen beim faserbildenden Vorgang ergaben.

Darüber hinaus hat man schließlich auch noch Versuche dahingehend angestellt, ein Durchsacken durch die Verwendung einer übermäßiges Menge der extrem kostspieligen Legierungen zu vermeiden, aus welchen solche Düsenwannen hergestellt sind, aber auch durch solche Maßnahmen stieß man an eine Grenze, sei es, daß die Kosten nicht mehr tragbar waren, sei es, daß sich ein nicht akzeptierbares physikalisches Verhalten durch die übermäßige Legierungsanhäufung im Bodenbereich der Düsenwanne ergab.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Düsenwanne zu schaffen, welche zum Ausziehen von Fäden aus einem in Wärme erweichenden Material geeignet ist und bei der ein Durchsacken und ein Kricchvcrhaltcn der Düsenplatte auch bei erhöhten Temperaturen vermieden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verstärkungselemeni der eingangs beschriebenen Art gelöst, das durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gekennzeichnet ist.

Das neue Verstärkungselemeni stört weder das Wärmcmuster der Düsenwanne noch den faserbildenden bo Vorgang selbst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der llnieraiispriichc und in diesen nicilergelegl.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise ei hi lies Aiisführiingsbeispicls der Erfindung anhand tier Ii giiren im ein/einen naher crliiiiUTi. Dabei zeigt

Ii g. I in sehematiseher Seitenansicht und mit leilwei se weggebroehcnen Teilen eine Gesanilansichl einer

Vorrichtung zur Verarbeitung von Glas zu feinen, kontinuierlichen Fäden;

Fig.2 eine vergrößerte schematischc Querschnittdarstellung entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig.3 einen Teilausschnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 2 und

Fig.4 eine schematische Seitenansicht der Düsenwanne der F i g. 1 bis 3.

Zwar ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich für die Verarbeitung von bei Wärme erweichendem Glas, welches zu feinen, textlien Fäden ausgezogen wird; die Erfindung kann aber auch zur Verarbeitung von anderen mineralischen Materialien bei erhöhten Temperaturen verwendet werden, bei denen ein Behälter die Tendenz entwickeln kann, im Bodenbercicfv durchzusacken oder ein Fließverhalten zu entwickeln.

Wie genauer der Darstellung der Fig. 1 entnommen werden kann, ist eine Düsenwanne 10 so angeordnet und ausgebildet, daß ihr ein in Wärme erweichendes Material zugeführt wird, welches sie dann enthält, beispielsweise Glas. Insbesondere handelt es sich hierbei um Glas, welches dazu geeignet ist, in feine kontinuierliche Fäden für textile Anwendungszwecke ausgezogen zu werden.

Die Düsenwanne 10 ist unterhalb und in Verbindung mit einem Vorherd 12 angeordnet, dem von einem Schmelzofen 14 geläutertes, wärmeerweichtes oder geschmolzenes Glas zugeführt wird. Die Düsenwanne 10 kann aber auch anderen, glaserhitzenden Systemen zugeordnet sein, wobei es sich beispielsweise um Systeme handeln kann, die Kugeln oder Stücke vorgeläuterten Glases in einem Bereich oberhalb der Düsenwanne mit einer Geschwindigkeit schmelzen, die der Auszieh- oder Verdünnungsgeschwindigkeit des Glases aus der Düsenwanne entspricht, wenn das Glas aus dieser in einer Vielzahl von Strömen ausfließt. Diese Ströme 16 werden, wie der Darstellung der Fig. 1 genauer entnommen werden kann, zu Fäden 18 ausgezogen und mit Hilfe eines Sammelschuhs 22 zu einem Strang 20 zusammengefaßt, nachdem ein Bindemittel oder eine ähnliche geeignete Flüsigkeit von einem Applikator 24 auf die einzelnen Fäden 18 aufgebracht worden ist. Der Strang 20 wird dann auf eine Hülse 26 auf einem Dorn 28 aufgewickelt, der von einem geeigneten Antriebsmechanismus einer Wickelmaschine 30 gedreht wird. Dabei wird der Strang in Längsrichtung zur Hülse 26 hin- und hergeführi, und zwar mit Hilfe eines an sich bekannten Querführungssystems 32.

Die Düsenwanne 10 ist in Verbindung mit einer Öffnung 34 im Boden des Vorherds 12 oder Vorkammerkanals montiert. Insbesondere ist die Düsenwanne 10 in vergießbaren oder gußfähigen, feuerfesten Körpern 36 und 38gelager; und montiert, die ihrerseits von Rahmen 40 und 42 gelagert und getragen sind, die in geeigneter Weise an der Lagerstruktur des Vorherds befestigt sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verfügt die Düsenwanne 10 über sich in horizontaler Richtung erstreckende Flansche 44 und 46, die zwischen den vergießbaren Körpern 36 und 38 und dem feuerfesten Material des Vorherds 12 angeordnet sind und die Öffnung 34 bilden. Bei den feuerfesten Körpern 36 und 38 kann es sich um hochtemperaturbeständige, schwer schmelzbare und widerstandsfähige Systeme handeln. Von den horizontalen Flanschen ausgehend erstrecken sich aufrechte oder senkrecht stehende Wände 48 und 50 Lind aufrechte Endwände oder Vor- und Rückwände 52 und 54 nach unten und enden mit ihren unteren Randkanten in einer Düsenplatte 56. Von dieser erstrecken sich eine Viel/ah! faserbildender Vorsprünge oder Spiizen 58 nach unten, die geeignete Öffnungen oder Durchlässe 60 (siehe I- i g. 3) aufweisen, die in ihnen eingeformt sind und durch weiche das in Wärme erweichende Material zu jeweils einem Faden 18 ausgezogen wird. Die Düsenwanne 10 wird mittels elektrischen Stroms geheizt, der über Anschlußverbindungen 62 (siehe F i g. 4). die in bekannter Weise an den Endwänden der Düsenwanne angeordnet sind, den Düsenwänden zugeführt wird.

ίο Wenn die Düsenwanne für einen Zeitraum in Betrieb ist, dann entwickelt die Düsenplatte 56 die Tendenz, zu fließen und durchzusacken, und zwar insbesondere im mittleren Bereich, selbst dann, wenn die Düsenplatte aus höchsttemperaturwiderstandsfähigen Legierungen aus Platin und Rhodium, wie es an sich bekannt ist, hergestellt ist. Zwar gibt es möglicherweise andere Legierungen, die in der Luge sind, für längere Zeiträume höheren Temperaturen zu widerstehen, solche Legierungen sind dann jedoch wieder zur Verwendung in Düsenwannen ungeeignet. Diesen Legierungen fehlen nämlich bestimmte erwünschte Eigenschaften. nän:^l;:h die Fähigkeit, sich überhaupt zu einer Düsenwan-rs verarbeiten zu lassen, außerdem können unerwünschte elektrische Eigenschaften vorliegen, oder solche Materialien sind zu kostspielig.

Die Lebensdauer einer Düsenwanne 10 ist unter der Voraussetzung einer gegebenen Legierung beeinflußt durch die Abmessungen der Düsenplatte 56, ihrer Dicke und der Arbeitstemperaiur. Eine größere Anzahl von Vorsprüngen 58 zur Verwendung bei der Herstellung von feinen Fäden 18 vergrößert den Bodenbereich der Düsenplatte 56 und reduziert dementsprechend die mögliche Lebensdauer. Zwar läßt sich die Düsenplatte 56 zur Vergrößerung der Lebensdauer und zur Reduzierung einer Durchsack- und Kriechtendenz dicker machen, diese vergrößerte Dicke hat jedoch einen nachteiligen Einfluß auf das Temperaturmuster der Düsenwanne, da eine solche Düsenplatte das von dem einen Stromanschluß 62 zum anderen fließende Strommuster beeinflußt. Die vergrößerte Dicke hat darüber hinaus auch eine Wirkung auf den faserbildenden Vorgang an sich, ur.d zwar aufgrund der Änderung der physikalischen Abmessungen der Durchlässe oder Öffnungen 60, und verursacht wegen des vergrößerten Metaüanteils, welches verwendet werden muß. auch einen beträchtlichen Kostenanstieg.

Die Arbeitstemperatur hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Lebensdauer einer solchen Düsenwanne, wobei höhere Temperaturen die Lebensdauer wesentlieh einschränken und reduzieren. Beispielsweise verfügt eine bei einer Temperatur von 1204⁰C betriebene Düsenwanne zur Erzeugung einer vorgegebenen Faserart über eine erwartete Lebensdauer in der Größenordnung vor neun Monaten, bevor ein übermäßigesTDurchsacken auftritt. Eine ähnliche Düsenwanne, die bei einer Temperatur von 1371 °C betrieben weiden wird, um für spezielle Anwendungszwecke spezielle Hochtemperaturfasern zu erzeugen, verfügt über eine erwartete Lebensdauer in der Größenordnung von lediglich sechs

bo Stunden, bevor ein Durchsacken auftritt.

Entsprechend einem Merkmal vorliegender Erfindung ist die Düsenplatte 56 von innen an im Abstand zueinander angeordneten Punkten gelager;. um ein Durchsacken in beträchtlichem Ausmaß zu verringern

ho und die Lebensdauer der Düse wesentlich zu vergrößern. Die Düsenplatte ist in einer solchen Weise gelagert, daß die Lagerung keinen Einfluß auf das Wärmemuster der Düsenwanne nimmt und auch keinen stören-

den Einfluß auf den faserbildenden Vorgang ausübt, und zwar in keiner Hinsicht.

Dazu sind eine Vielzahl von länglichen, hochtcmperaturwiderstandsfähigen Mctallhaltegliedern, bevorzugt in hohler Form und in der Form von Röhren 64, vorgesehen, die sich zwischen den Wänden 48 bis 54 erstrekken, insbesondere zwischen den Wänden 48 und 50, wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt. Zwischen diesen länglichen Haltegliedern und der Düsenplatte 56 erstrecken sich Verbindungselemente, die wie in F i g. 3 dargestellt, beispielsweise in Form von Anschlußtcilen, Verstrebungen oder Platten 66 aufweisen können und die sowohl an der unteren Oberflache des länglichen Haltegliedes als auch an der oberen Fläche der Düscnplaite befestigt sind. Die Platten 66 können, wie bei 68 angegeben, ent- r> weder durch Schweißen kontinuierlich oder intermittierend über die Länge der Halteglieder befestigt werden. Bevorzugt werden die Platten 66 an der Düsenplattc 56 lediglich intermittierend, d. h. in kurzen Längsabständcn

anoevhvup'iRt wie· dir·«; hfl 70 in F i α ~i(inrap\tp\\i \\> j»

Lediglich /ur Frläuterung eines Ausführungsbeispiels, jedoch nicht einschränkend sei darauf hingewiesen, daß die Röhren 64 einen Durchmesser in der Größenordnung von 0. 71 cm bei einer Wanddickc von 0.076 cm aufweisen können, während die Platten 66 eine Höhe von etwa 1,27 cm hei einer Dicke von 0,0508 cm aufweisen und lang genug sind, um sich im wesentlichen zwischen den senkrechten Wänden 48 und 50 erstrecken zu können.

Wie der Darstellung der Fig. 3 entnommen werden jo kann, ist jedes der länglichen Röhren 64 an beiden Seiten der Wände 48 und 50 offen, und bildet so einen Durchlaß 72. in den eine längliche feuerfeste und hochtemperaturbeständige Lagerstange 74 eingeschoben werden kann, welche beispielsweise aus einem kerami- r> sehen Material, wie etwa Aluminiumoxid, bestehen kann. Die Lagerstange 74 kann einen Durchmesser von 0.55b cm aufweisen, wobei sie gegebenenfalls um 0.635 cm länger als die Rohren 64 ist. Die Länge der Lagerstangen überschreitet den Abstand zwischen den .tu länglichen Wänden 48 und 50, so daß sich die Lagerstange, wie besonders deutlich der F i g. 2 entnommen werden kann, aus Gründen einer ergänzenden Lagerung in die beiden, aus einem gießfähigen Material bestehenden Körper 36 und 38 erstreckt. Bei der Herstellung wird dieses gießfähige Material um die Lagerstangen herumgegossen, während diese in ihrer Position festgehalten werden. Der Durchmesser des Durchlasses 72 der jeweiligen Röhren 64 überschreitet bevorzugt den Durchmesser der Lagerstange 74. wobei jedoch die obere Flä- ίο ehe der Lagerstange 74 gegen die obere innere Fläche des Durchlasses 72 anliegt, so daß die Lagerstange das hohle Rohr 64 lagert und trägt, ohne daß sie zu eng an den Durchmesser des Durchlasses 72 angepaßt werden muß und wobei im wesentlichen jede Tendenz der Roh- v> ren 64, durchzusacken, beseitigt und verhindert wird. Die Röhren 64 bilden somit die Lagerungen für die Platten 66. die wiederum eine Querlagerung für die Düsenplatte 56 bildet, so daß in weitgehendstem Maße ein Durchsacken reduziert und die dimensionsmäßige Sta- mi bilität der Düsenplatte verbessert und bewahrt wird.

Wie genauer der Darstellung der I"ig.4 entnommen werden kann, werden bevorzugt eine Vielzahl von Verstärkiingselementen fur die Düsenplalte 56 vorgesehen; diese sind üblicherweise in einem Abstand von etwa M 5,08 cm über die I Jingserst reckung der Düsenplatte angeordnet. Der Abstand dieser Verstärkungselemente hängt selbstverständlich von vielen Faktoren ab. darin eingeschlossen Länge und Breite der Düsenwanne, die Arbeitstemperaturen und die physikalische Beschaffenheit der Düscnplatte 56.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verstärkungselew.ent für die dimensionsniäßige Stabilisierung von Düsenplatten in Düsenwannen für geschmolzenes mineralisches Material, gekennzeichnet durch mindestens ein längliches und sich zwischen zwei senkrechten Wänden (48, 50) der Düsenwanne (10) oberhalb der Düsenplatte (56) erstreckendes Halteglied (64) und durch ein Verbindungsstück (66). welches das Halteglied (64) mit der Düsenplatte (56) verbindet.

2. Verstärkungselemeni nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied (64) hohl ist.

3. Verstärkungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied eine Röhre (64) ist.

4. Verstärkungseiement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich durch das Halteglied (64) eine Lagerstange (74) aus einem hochtemperaturbcitändigen Material erstreckt.

5. Verstärkungseiement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der Lagerstange (74) über das Halteglied (64) vorstehen.

6. Verstärkungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der Lagerstange (74) über die senkrechten Wände (48,50) vorstehen.

7. Verstärkungselement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der Lagerstange (74) in gießfähiges, hochtemperaturbeständiges Material (36,38) eingebettet sind.

8. Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstange (74) aus keramischem Material besteht.

9. Verstärkungseiement naen Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstange (74) aus Aluminiumoxidkeramik besteht.