DE2732413B2

DE2732413B2 - Nippellose Düsenplatte zum Ziehen von Glasfasern

Info

Publication number: DE2732413B2
Application number: DE2732413A
Authority: DE
Inventors: Shinzo Ishikawa; Toshio Noji; Hiroaki Shono; Isao Wakasa
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-18
Publication date: 1979-04-26
Also published as: NL166675C; PT66842A; MX148455A; DE2732413A1; CH623553A5; JPS5337930B2; AU2724077A; BR7704832A; NZ184594A; GB1549568A; NL7708135A; BE857094A; IT1083589B; US4121918A; NL166675B; CA1080475A; JPS5314834A; ZA774412B; DE2732413C3; FR2359088A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine nippellose Düsenplatte zum Ziehen von Glasfasern, mit dicht nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen, die durch Strom direkt beheizbar ist und die mit einem kühlenden Gasstrom beaufschlagbar ist.

Eines der wirksamen Verfahren zur Verbesserung der Produktion von Glasfasern besteht darin, eine Düsenplatte zu verwenden, in welcher so viele Düsenöffnungen wie möglich ausgebildet sind. Wenn jedoch die Düsenöffnungen zu dicht aneinander angeordnet sind, d. i. wenn der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen zu klein ist, laufen die Glaskonen aus geschmolzenem Glas, die von der Unterseite der Düsenplatte herabhängen und aus geschmolzener Glasmasse bestehen, die durch die entsprechenden Öffnungen hindurchgetreten ist, mit den benachbarten Konen aufgrund der Kapillarwirkung zusammen, durch welche der Spinn-Vorgang unerwünscht beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund besteht eine praktische Grenze hinsichtlich der möglichen Größtdichte, in welcher die Düsenöffnungen in der Düsenplatte angeordnet sind.

Um das Zusammenlaufen der geschmolzenen Glaskonen zu vermeiden, d.i. um das Überfluten der Düsenplatte zu vermeiden, wird in der US-PS 39 05 790 vorgeschlagen, einen nach oben gerichteten Luftstrom auf die Unterseite der Düsenplatte zuzuführen, damit ein zufriedenstellendes Spinnen von Glasfasern mit einer Düsenplatte zugelassen ist, in welcher eine große Anzahl von Düsenöffnungen in einer Dichte angeordnet sind, die andernfalls das Zusammenlaufen der Glaskonen unter Verhinderung des Spinnens verursachen würde. Dieser Vorschlag soll durch Vergrößerung der Viskosität der geschmolzenen Glaskonen durch Kühlen ihrer Oberfläche mit dem Luftstrom bewirken, daß die geschmolzenen Glaskonen an einem Zusammenlaufen gehindert sind. Jedoch führt die Vergrößerung der Viskosität andererseits zu einem erhöhten Verschleiß des Ausgabeabschnittes jeder Düsenöffnung derart, daß die Größe der Ausgabemündung der öffnung vergrößert wird. Daher wird in kurzer Zeit der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen kleiner, was nachteilig zum Zusammenlaufen der geschmolzenen Glaskonen führt, wodurch die Arbeitseffektivität der Spinnvorrichtung stark beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düsenplatte der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einer dichten Düsenanordnung für eine längere Zeitperiode verwendet werden kann, ohne daß Gefahr eines Zusammenlaufens der Glaskonen besteht

Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß für jede Düsenöffnung das Durchmesserverhältnis der Einlaßseite zur Auslaßseite von 1 :0,4 bis 1 :03 beträgt

Jede Düsenöffnung hat daher einen großen Durchmesser an ihrer Einlaßseite, die der geschmolzenen Glasmasse zugewendet ist, und einen geringeren Durchmesser an der Außenseite, die der Umgebungsluft zugewendet ist. Der verringerte Durchmesser der Düsenöffnungen an ihrer Auslaßseite führt zu einem ausreichend großen Abstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen an ihren Auslaßseiten, obwohl sie sehr eng aneinander angeordnet sind, so daß das Zusammenlaufen der von entsprechenden Düsenöffnungen herabhängenden Glaskonen bequem vermieden ist, selbst wenn die Austrittsränder der öffnungen durch das viskose gekühlte geschmolzene Glas abgeschliffen sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Uüteransprüchen.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Glasfasern unter Verwendung einer Düsenplatte mit einer Anzahl von eng aneinander angeordneten Düsenöffnungen,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus F i g. 1.

F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt durch eine gebräuchliche Düsenplatte, die in der Vorrichtung aus F i g. 1 verwendet wird,

F i g. 4 einen vergrößerten Querschnitt, in welchem die Gestalt der Düsenöffnungen in der Düsenplatte aus F i g. 3 vor der Abnutzung gezeigt sind,

F i g. 5 eine schaubildliche Ansicht, durch welche das Gleichgewicht der Kräfte erläutert wird, die auf einem geschmolzenen Glaskonus an der Unterseite der Düsenöffnung aus F i g. 4 wirken,

Fig.6 eine schaubiidliche Ansicht, aus welcher eine Möglichkeil ersichtlich ist, in welcher von benachbarten Düsenöffnungen herabhängende Glaskonen wie die aus F i g. 4 zusammenlaufen,

F i g. 7 eine schematische Ansicht einer verschlissenen Kante der Düsenöffnung aus F i g. 4 nach einer gewissen Gebrauchszeit,

Fig. 8 und 9 Schnittansichten einer Düsenöffnung einer Ausführungsform der Erfindung vor bzw. nach einer gewissen Gebrauchsdauer und

Fig. 10 eine Schnittansicht Düsenöffnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung vor der Benutzung.

Vor der Beschreibung bevorzugter Ausführungformen der Erfindung wird das in der genannten US-PS 39 05 790 vorgeschlagene Glasfaserspinnverfahren mit speziellem Bezug auf die Fig. 1 bis 3 erläutert. Geschmolzenes Glas, welches auf eine geeignete Temperatur mittels einer Vorschmelzkammer erwärmt ist, kann in eine Spinnkammer 4 durch eine Bohrung eintreten, die in einem Düsenblock ausgebildet ist, der aus einer geschichteten Struktur aus feuerfestem

Zirkoniummaterial 2 und einem feuerfesten Mullitmaterial 3 besteht Die Spinnschmelzkammer selbst als Ganzes erzeugt unter Zufuhr von elektrischem Strom durch die Anschlüsse 5 Wärme, um eine für das Spinnen geeignete Temperatur vorzusehen. Ein Gitter 6 mit einer Anzahl von feinen öffnungen ist an den oberen Teil des Schmelztopfes angeschweißt, um die Strömung des geschmolzenen Glases zu regulieren, welches aus der Bohrung des Tiegelblockes kommt, und urn zu verhindern, daß Verunreinigungen wie Teile der ι ο hitzebestärdigen Materialien, entgastes Glas, Glasschlieren und andere ungelöste Substanzen in die Schmelzkammer eintreten. Das durch das Gitter 6 hindurchgetretene geschmolzene Glas kann die Düsenplatte 7 erreichen. Das geschmolzene Glas wird dann in die Umgebung aufgrund des statischen Druckes oder des in der Kammer aufgebrachten Druckes durch die Düsenöffnungen 8 ausgegeben. Die aus entsprechenden Düsenöffnungen ausgegebenen Glasschmelzmassen werden dann zu Glaskonen 9 geformt, die von der Unterseite der Düsenpiatte herabhängen, und werden fortschreitend unter Ausbildung von Glasfasern 10 verfestigt

Die Spinnkammer 4 ist an ihrem obersten Teil mit einem Flansch 11 versehen, welcher in engem Kontakt mit dem Tiegelblock 3 steht, so daß dadurch ein Auslecken von geschmolzenem Glas verhindert ist. Eine Zirkulationsschlange 12 für Kühlwasser ist gera Je unter dem Außenumfang des Flansches 11 angeordnet, damit letzterer gekühlt wird. Eine gießbare, hitzebeständige Struktur 14 ist an einem Rahmen 13 der Kanrner gehalten und umgibt diesen, um die Temperatur in der Spinnkammer zu halten. Die Spinnkammer ist aus einem thermisch stabilen Material, wie einer Verbindung aus Platin und Rhodium, hergestellt, wohingegen die Düsenplatte aus einer Verbindung von Platin und Rhodium, einer Verbindung aus Platin, Rhodium und Gold, einer Verbindung aus Platium, Gold und Palladium und dergl. hergestellt ist.

Die durch die Düsenöffnungen ausgegebenen Glas-Schmelzmassen werden durch einen Luftstrom gekühlt, der aus einer Luftdüse 15 ausgeblasen wird, welche aus einer Mehrzahl von Rohren zusammengesetzt ist, die unterhalb der Kammer angeordnet sind, und bilden dabei die erwähnten Schmelzkonen.

Diese Kühlung mittels ausgeblasener Luft ist unerläßlich zur Ausbildung der Glaskonen, weil das geschmolzene Glas an der Unterseite der Düsenplatte in Form einer Mehrzahl von Einzelmassen oder Klumpen, die aufgrund der Schwerkraft nach unten tropfen, anhaften würde, wenn eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlluft nicht vorhanden wäre.

Die Luftdüse 15 ist an einen nichtgezeigten Verteiler angeschlossen, so daß sie mit Druckluft mit einem verhältnismäßig geringen Druck aus einer Luftquelle, wie einem Luftkompressor oder einem Gebläse versorgt wird. Eine Anzahl von voneinander unabhängigen Glasfasern 10 werden dann mit einem Schlichter 16 in Kontakt gebracht, um auf eine bestimmte Abmessung geschlichtet zu werden. Anschließend passieren die Fasern einen Sammelschuh 17, so daß sie in die Form eines Einzelstranges 18 gebracht werden, der dann auf einer Aufwickelrolle 19 zu einem Faserband 20 aufgewickelt wird.

Üblicherweise hat jede Düsenöffnung die Form eines runden Loches, wie aus F i g. 3 ersichtlich. Wie man aus Fig. 4 ersehen kann, in welcher die Düsenöffnungen in vergrößertem Maßstab im Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Düsenplatte gezeigt sind, laufen die Wände der Düsenöffnungen im rechten Winkel zu der Ebene der Düsenplatte, wobei sie an dem Einlaßteil 21 mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt sind und mit dem Auslaßtei! 22 der Umgebung ausgesetzt sind, wenn die Düsenplatte noch neu ist

F i g. 5 zeigt ein Kräftegleichgewicht der Kräfte, die auf einen einzelnen Glaskonus aus geschmolzenem Glas an einer der Düsenöffnungen einwirken. Wenn die Grenzflächenspannung, die zwischen der Außenfläche der Öffnung und der Atmosphäre vorhanden ist mit ySA, die Oberflächenspannung, welche zwischen der Umfangsfläche des geschmolzenen Glaskonus an dem Auslaßteil 22 der öffnung und der Atmosphäre wirkt, mit yAG, die tangential zu dem Glaskonus an dem Auslaßteil 22 wirkende Zugkraft, die nach unten durch die Aufwickelrolle ausgeübt wird, mit Tund der Winkel, der zwischen der Richtung der Tangentialkraft und der horizontalen Fläche gebildet ist mit θ bezeichnet werden, ist das Gleichgewicht gegeben durch die folgende Gleichung(l):

(γ AG + T) cos θ = γSA.

Wenn die Temperatur des Glases absinkt, wird die Zugkraft T; die auf den geschmolzenen Glaskonus durch die Aufwickelrolle ausgeübt wird, größer und die Gestalt des Glaskonus wird so verändert, daß der Winkel Θ aufgrund des Anwachsens des viskosen Widerstandes abnimmt, während die Werte von ySA und ySC von der Temperatur kaum beeinflußt werden. Daher wird der Wert (yAG+ T)COS Θ groß, wenn die Temperatur geringer wird, so daß die linke Seite der obigen Gleichung (1) hinreichend groß wird, um den Glaskonus stabil zu halten.

Das Absenken der Temperatur braucht nicht allein dadurch erzielt zu werden, daß die der Düsenplalte zugeführte Stromleistung verringert wird. Eine verringerte elektrische Stromzufuhr zu der Düsenplatte führt nämlich zu einer Verringerung der Temperatur der Düsenplatte als ganze, was seinerseits zu einem übermäßig großen Widerstand für den Strom aus geschmolzenem Glas führt, der durch die Düsenöffnung hindurchtritt. Dann würde die Zufuhr geschmolzenen Glases durch entsprechende Düsenöffnungen zur Ausbildung guter geschmolzener Glaskonen unzureichend sein.

In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es erforderlich, daß nicht nur eine hohe elektrische Leistung der Düsenplatte zugeführt werden muß, um eine zufriedenstellende Zufuhr des geschmolzenen Glases durch die Düsenöffnung zu gewährleisten, sondern daß auch ein nach oben gerichteter Luftstrom auf die Düsenplatte gerichtet sein soll, so dtß das geschmolzene Glas schnell gekühlt wird, sobald es mit der Umgebungsluft zusammentrifft. In einem solchen Fall wird durch den nach oben gerichteten Luftstrom die ganze Düsenplatte ebenfalls gekühlt, jedoch ist die hohe Stromzufuhr zu der Düsenplatte ausreichend, einen großen Temperaturabfall zwischen den Einlaß- und Auslaßteilen 21,22 der Düsenöffnungen einzurichten, so daß die Temperaturverringerung kompensiert ist, die aus dem Luftstrom folgt.

Wenn man nun annimmt, daß die Luftstömungsrate um einen gewissen Eetrag verringert wird, oder die Luftzufuhr vollständig gestoppt wird, fällt der durch die Luft erzielte Kühleffekt ab oder entfällt, so daß die

Glaskonen unstabil werden. Die Glaskonen werden auch unstabil, wenn die nach unten gerichtete Zugspannung und daher die Komponente T der Zugspannungskraft verringert weiden.

In einem solchen Fall entfällt das durch die Gleichung s (1) angegebene Gleichgewicht und es ergibt sich eine Bedingung, die durch die folgende Gleichung (2) gegeben ist:

(γAG + T)COsC-) < ySA. (2)

Daher wird das geschmolzene Glas an dem Basisteil des Glaskonus dazu gebracht, entlang der Außenfläche der Düsenplatte entlangzufließen, so daß es mit dem Glaskonus der benachbarten Düsenöffnung zusammentrifft und dadurch einen größeren Glaskonus 23 formt, wie in F i g. 6 dargestellt ist. Wenn die durch die Gleichung (2) gegebene Beziehung weiterhin aufrechterhalten wird, obwohl der größere Glaskonus 23 gebildet wird, laufen die Glaskonen von drei, vier oder mehr Düsenöffnungen zusammen, so daß der oben angegebene Überflutungszustand der Düsenplatte erhalten wird.

Während des Spinnens gewährleisten eine hinreichende Zugkraft, die von der Aufwickelrolle ausgeübt wird, und die gemäßigte Zufuhr von Kühlluft zusammen die stabile Form der Glaskonen, wie sie in den F i g. 3 und 4 gezeigt sind. Jedoch wird die Zugkraft während einer Periode, in welcher das Faserband von der Aufwickelvorrichtung abmontiert wird, unpassend verkleinen, bis das Aufwickeln wieder einsetzt, so daß hierbei die Bedingung der Gleichung (1) kaum aufrechterhalten werden kann. Während dieser Periode muß daher ein nur geringes weiteres Absinken der Zugkraft und/ouer eine öri'uchc Störung des Kühivorgangs mit Luft dazu führen, daß nun die Bedingung der Gleichung (2) vorliegt.

Tatsächlich hat die Erfahrung gezeigt, daß beim Absinken der Zugspannungskraft für gewisse Glaskonen bis zum Schlaffwerden ihrer Fasern diese Glaskonen der Öffnungen zusammenlaufen, aus welchen die schlaffen Fasern gesponnen werden. Wenn die Glaskonen einmal zusammengelaufen sind, kann ihre Trennung in die ursprünglichen unabhängigen Fasern nur dadurch bewerkstelligt werden, daß ein spezieller starker Luftstrom auf den Bereich zugeführt wird, wo die Glaskonen zusammenlaufen.

Zusätzlich besteht für die geb. :uchliche Düsenplatte ein grundsätzlicher Nachteil darin, daß der Auslaßteil 22 in der Wand der Düsenöffnung mit der Zeit abgeschliffen wird, so daß er abgerundet wird, wie aus F i g. 7 ersichtlich, was für das geschmolzene Gas einer Situation entspricht, als w'cnii dcf AuStanu ZWiSCnCn benachbarten Düsenöffnungen kleiner wäre. Da die Kühlung, welche durch den Luftstrom verursacht wird, einen beträchtlich steilen Temperaturgradienten zwischen den Einlaß- und Auslaßteilen 21, 22 der Düsenöffnungen bedeutet, ist die Temperatur des geschmolzenen Glases rings des Auslaßteiles 22 niedrig genug um zu einer großen Viskosität zu führen. Durch die daraus folgende große Reibung zwischen dem geschmolzenen Glas und dem Auslaßteil der Düsenöffnung wird dessen Abschleifen beschleunigt so daß die Kante der Düsenöffnung an der Auslaßseite auf ein Profil bestimmter Krümmung rund geschliffen wird. fa5

Nachdem die Kante der Düsenöffnung rundgeschliffen ist, wird die Randkante des Konus während des Spinnens an dem untersten Ende 22 des Wandteils gehalten, welcher den ursprünglichen Durchmesser der Öffnung hat. Wenn jedoch das Spinnen einmal aussetzt, wird die Position der Randkante zum untersten Grenzrand 24 verlagert, so daß die Basisteile der benachbarten Glaskonen näher aneinanderrücken und diese bereitstehen um zusammenzulaufen.

Die Abnahme des Abstandes zwischen benachbarten Düsenöffnungen aufgrund des Abschleifens oder Verschleißes der auslaßseitigen, der Umgebung zugewendeten Kante der Öffnung führt zu einigen Nachteilen wie folgt:

1. Wenn einmal die Glaskonen ineinandergemischt oder zusammengelaufen sind, so daß die Überflutungsbedingung vorhanden ist, ist es sehr schwierig und zeitaufwendig, die ursprüngliche Bedingung wieder zu erhalten, in welcher die Konen unter Ausbildung gesonderter Fasern voneinander getrennt sind. Dies kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß die Konen, wenn sie einmal getrennt sind, sich leicht wieder miteinander vereinigen während der Trennung der restlichen Konen, wodurch die Trennwirksamkeit beeinträchtigt wird. Im allgemeinen braucht man 8 Minuten, eine vollständige Trennung zu erreichen, wenn die Düsenplatte noch neu ist, und etwa 15 bis 30 Minuten, wenn das Abschleifen oder Verschleißen der Kanten der Düsenöffnungen fortgeschritten ist.

2. Das Vereinigen der Glaskonen findet statt, wenn das Spinnen unterbrochen wird. Das Zusammenlaufen wird, wie oben angegeben, bereits durch einen geringen örtlichen Temperaturanstieg, ein unzureichendes Kühlen oder ein Abfallen der Zugspannungskraft verursacht.

3. Das Zusammenlaufen der Konen kann, wie unter Pkt. 2) angegeben, durch Vergrößerung der Kühlluftrate vermieden werden, was jedoch zum Überkühlen der Fasern während des normalen Spinnvorgangs bis zum Abbrechen der Fasern führen kann.

Insgesamt bedeuten daher die gebräuchlichen Düsenplatten eine geringe Arbeitseffektivität und eine vergrößerte Häufigkeit für das Abrechen von Fasern.

Das Abschleifen oder Verschleißen der Düsenöffnungen ist der Spinnvorrichtung inhärent, weil es mit dem Kühlen mit Luft einhergeht. Die Beeinträchtigung der Arbeitseffektivität aufgrund des Abschleifens oder Verschleißens der Düsenöffnungen steht hingegen in engem Zusammenhang mit einer hohen Dichte, mit welcher die Düsenöffnungen in der Düsenplatte angeordnet sind. Die Worte »hohe Dichte« werden nienn in ucf ucuciüüfig cifici" ucFäfiigcu LyiCntC ucT Öffnungen, d. i. der Abstandsteilung der Öffnungen, verwendet, durch welche das Zusammenlaufen der Glaskonen aus entsprechenden Öffnungen zugelassen wäre, wenn nicht die Kühlluft auf die Glaskonen zugeführt würde.

Die Dichte oder Abstandsteilung der Düsenöffnungen ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der Menge an geschmolzenem Glas innerhalb der Spinnkammer, der Zusammensetzung des Glases, der Schmelztemperatur des Glases, der Spinntemperatur, dem Durchmesser der Düsenöffnung, der Spinnrate, der Menge und Geschwindigkeit der auf die Düsenplatte zugeführten Kühlluft und dergleichen. Der Abstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen ist typisch 0,3 bis 1,0 mm, gemessen an ihren Wänden.

Die Erfindung ist daher auf die Herstellung von Glasfasern abgestellt, bei welcher eine Düsenplatte verwendet wird, welche eine ebene Oberfläche hat und mit einer Anzahl von Düsenöffnungen versehen ist, die in hoher Dichte angeordnet sind, wobei Kühlluft nach ^r> oben auf die Düsenplatte gerichtet wird. Durch die Erfindung wird die Gestalt jeder Düsenöffnung derart verbessert, daß die Menge an geschmolzenem Glas, welches durch die Öffnungen ausgegeben wird, reguliert und derart begrenzt wird, daß das unerwünschte ι ο Zusammenlaufen des geschmolzenen Glases und andere Nachteile, wie oben beschrieben, vermieden sind, wodurch die Arbeitseffektivität der Spinnvorrichtung verbessert ist.

Nach einer Reihe von intensiven Studien und Experimenten wurde gefunden, daß die oben angegebene Verbesserung erreicht wird, wenn jede Öffnung derart geformt wird, daß das Durchmesserverhältnis ihrer Einlaßseite zu ihrer Auslaßseite in den Bereich zwischen 1 :0,4 und 1 :0,9 fällt. Die derartig geformte Düsenöffnung kann zwei zylindrische koaxiale Wandabschnitte unterschiedlichen Durchmessers hintereinander aufweisen, d. i. der zylindrische Wandabschnitt mit dem größeren Durchmesser liegt näher an der Einlaßseite und der zylindrische Wandabschnitt mit dem kleineren Durchmesser liegt näher an der Auslaßseite. Die Erfindung kann jedoch auch dadurch verwirklicht werden, daß die Düsenöffnung nach unten kleiner werdend kegelstumpfförmig verläuft.

Wie aus F i g. 8 ersichtlich, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düsenöffnung mit rwei zylindrischen Wandabschnitten unterschiedlichen Durchmessers gezeigt ist, besteht die Düsenöffnung aus drei Teilen, nämlich einer obersten Bohrung 25, durch welche das geschmolzene Glas in die Öffnung eingeführt wird, einer unteren Bohrung 26, welche der Umgebungsluft zugewendet ist und so gestaltet ist, daß das geschmolzene Glas in die Atmosphäre ausgegeben wird, und einem Mittelteil 27, über welchen die Bohrungen 25, 26 miteinander verbunden sind. Die untere Bohrung 26 hat einen Durchmesser, der kleiner ist, als der der oberen Bohrung 25, so daß der Abstand zwischen den Achsen der unteren Bohrungen benachbarter Öffnungen kleiner sein kann als bei der konventionellen Anordnung, ohne daß der Abstand zwischen den Wänden benachbarter Öffnungen dadurch verringert wird.

Es wird nun auf F i g. 9 Bezug genommen, in welcher die Öffnung gezeigt ist, nachdem sie während einer verhältnismäßig langen Periode benutzt wurde. Es ist ersichtlich, daß der untere Rand 28 der unteren Bohrung 26 abgeschliffen ist, so daß er einen etwas größeren Durchmesser erhalten hat. Da jedoch der Durchmesser der unteren Bohrung ursprünglich klein ist, ist der Abstand zwischen den Grenzrändern 29 benachbarter Öffnungen immer noch groß genug, um trotz des Verschleißes zu gewährleisten, daß die Glaskonen voneinander getrennt sind.

Obwohl dem Strom des geschmolzenen Glases durch die Öffnung ein vergrößerter Widerstand aufgrund des kleineren Durchmessers der unteren Bohrung 26 entgegenwirkt und daher begrenzt ist, ist der große Durchmesser der oberen Bohrung 25 groß genug, die Verringerung der Durchflußraie zu kompensieren. Zu diesem Zweck sind die Axiallängen der oberen und der unteren Bohrung derart bestimmt, daß eine gewünschte Strömungsrate des geschmolzenen Glases erhalten wird. Der mittlere Teil 27, welcher die beiden Bohrungen 25 und 26 miteinander verbindet, ist vorzugsweise mit gewünschter Neigung zur Horizontalebene abgeschrägt.

Die Strömungsrate des geschmolzenen Glases, die durch eine Düsenplatte mit Öffnungen wie in den F i g. 8 und 9 eingerichtet ist, ist durch die folgende Gleichung (3) gegeben:

O =

Kn H

Lx

y⁴

tan θ (χ-' - v^}) '

7ϊ'

6 X'Y

T"

wobei

Q Strömungsrate des geschmolzenen Glases (g/min)

K Konstante

/7 Anzahl der Öffnungen

H Glashöhe über der Düsenplatte (cm)

η Viskosität des Glases (Poise)

X Durchmesser der oberen Bohrung (cm)

Lx Axiallänge der oberen Bohrung (cm)

Y Durchmesser der unteren Bohrung (cm)

Ly Axiallänge der unteren Bohrung (cm)

Θ Neigungswinkel des schrägen Mittelteils sind

Es wurde erwiesen, daß das zufriedenstellendste Ergebnis erhalten wird, wenn das Durchmesserverhältnis des Durchmessers der oberen Bohrung 25, welche einen kleineren Strömungswiderstand bietet, zum Durchmesser der unteren Bohrung 26, welche einen größeren Strömungswiderstand bietet, von 1 :0,4 bis 1 :0,9 beträgt und wenn die Axiallänge der unteren Bohrung ³A der Gesamtdicke der Düsenplatte oder kleiner, jedoch größer als 0,20 mm ist. Wenn der Durchmesser der unteren Bohrung größer als 0,9mal dem der oberen Bohrung ist, ist der Abstand zwischen den Wänden der unteren Bohrungen benachbarter Düsenöffnungen unzureichend, um den vorerwähnten Vorteil durch Vorsehen eines verringerten Durchmesserteils der Düsenöffnung zu gewährleisten, so daß die Neigung zum Zusammenlaufen der Glaskonen nach einer kurzen Verwendungsperiode von drei Monaten auftritt. Diese Lebensdauerperiode ist noch unzufriedenstellend, wenngleich sie der Lebensdauer konventioneller Anordnungen überlegen ist, bei welchen die Neigung des Zusammenlaufens in drei oder vier Wochen auftritt. Andererseits führt ein Durchmesser der unteren Bohrung kleiner als ²/s des Durchmessers der oberen Bohrung unvermeidlich zu einem übermäßig großen Durchmesser der oberen Bohrung. Ein zu großer Durchmesser der oberen Bohrung würde jedoch dazu führen, daß die oberen Bohrungen benachbarter Öffnungen einander überschneiden. Damit daher dafür gesorgt wäre, daß die Öffnungen weiterhin voneinander getrennt sind, müßte der Abstand zwischen den Achsen der Öffnungen groß gemacht werden, was dem Erfordernis einer »hohen Dichte« widerspricht, mit welcher die Öffnungen angeordnet sind. Wenn alternativ die untere Bohrung zur Lösung des obigen Problems klein gemacht wird, muß ihre Axiallänge unvermeidlich klein sein. Dies würde bedeuten, daß die Gestaltung der unteren Bohrung stark abhängig ist von der Genauigkeit des Bohrvorgangs. Außerdem würde der Strom des geschmolzenen Glases unzweckmäßig eingeschränkt und würde sich stark mit einer Gestaltsänderung der unteren Bohrung aufgrund ihres Verschleißes ändern.

ίο

Die Erfindung hat somit das Ergebnis, daß die Düsenplatte länger verwendet werden kann, wobei die auf den Verschleiß an der Auslaßseite der Öffnungen zurückzuführenden Nachteile vermieden sind, wenn das Verhältnis des Durchmessers der unteren Bohrung zu dem der oberen Bohrung im praktischen Fall annehmbar im Bereich zwischen 0,4 und 0,9 liegt.

Dasselbe Ergebnis wird erhalten mit einer Düsenplatte, die aus Fig. 10 ersichtlich ist und eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt. Diese Düsenplatte hat ebene Flächen und ist mit einer Anzahl von Düsenöffnungen versehen, von denen jede eine kegelstumpfförmige Begrenzungsfläche mit unten liegendem kleineren Durchmesser hat. Das Durchmesserverhältnis der Öffnung an der Einlaßseite 31 zur Auslaßseite 32 ist ebenfalls so gewählt, daß es in einen Bereich zwischen 1 : 0,4 und 1 : 0,9 fällt.

Die Wirksamkeit der Erfindung für das Zusammenlaufen der Glaskonen kann am augenscheinlichsten dadurch beurteilt werden, daß festgestellt wird, ob ein Zusammenlaufen stattfindet, wenn die Glasfasern manuell nach dem Abstoppen der Aufwickelwinde abgezogen werden oder der Faserstrang mittels einer Vorrichtung, wie einer Zugrolle abgezogen wird, mit welcher der Strang mit verringerter Geschwindigkeit

20

25 von 20 m/min od. dgl. abgezogen werden kann. Alternativ kann die Wirkung der Erfindung von der Zeit her beurteilt werden, die erforderlich ist, geschmolzenes Glas, welches die Fläche der Düsenplatte überflutet hat, vollständig in gesonderte Fasern zu trennen. Auch der Temperaturanstieg der Düsenöffnung, bei welchem das Zusammenlaufen der Glaskonen verursacht wird, kann eine Grundlage zur Beurteilung der Überlegenheit der Erfindung bilden.

Als Bezug zeigt die folgende Tabelle 2 die Tendenz des Zusammenlaufens der Glaskonen bei einer konventionellen Düsenplatte mit 2000 Öffnungen jeweils in Form gerader Bohrungen im Neuzustand und nach einem Gebrauch von 1 bis 2 Monaten. Die Abmessungen der Öffnungen sind aus Tabelle 1 ersichtlich.

Tabelle

Öffnung

Öffnungsdurchmesser ' 1,20 mm

Wandabstand zwischen benachbarten Öffnungen . 0,70 mm

Axiallänge der Düsenplatte 2,00 mm

Größe der Düsenplatte 230 χ 46 χ 2 (mm)

Tabelle 2

Neuzustand

1 Monat danach

2 Monate danach

Zusammenlaufen durch Absenkung
der Zugkraft

Zur Trennung erforderliche Zeit (min)
Temperaturanstieg der Düsenplatte

kein Zusammen	Zusammenlauf	Zusammenlauf
lauf	beobachtet	beobachtet
3 bis 8	12 bis 18	15 bis 20
38°C	22°C	18°C

Mit gutem Unterschied zu der oben beschriebenen konventionellen Düsenplatte führte eine Düsenplatte mit erfindungsgemäßen Düsenöffnungen mit im Durchmesser unterschiedlichen oberen und unteren zylindrischen Wandabschnitten, wie aus Tabelle 3 ersichtlich, zu einem Ergebnis, welches aus der folgenden Tabelle 4 ersichtlich ist.

Tabelle 4 Tabelle 3

Öffnung

Durchmesser obere Bohrung 1,40 mm

Axiallänge obere Bohrung 1,33 mm

Durchmesser untere Bohrung 1,00 mm

Axiallänge untere Bohrung 0,56 mm Neigungswinkel des abgeschrägten

Mittelteils 30°

Durchmesserverhältnis (unten/oben) 0,71
Wandabstand benachbarter unterer

Bohrungen 0,90 mm

Gesamtlänge der Öffnung 2,00 mm Größe der Düsenplatte 230 χ 46 χ 2 (mm)

Neuzustand 1 Monat
danach

2 Monate danach

6 Monate danach

Zusammenlaufen durch Zugkraftabsenkung Erforderliche Trennzeit (min) Temperaturanstieg der Düsenplatte

nicht	nicht	nicht	nicht
3 bis 8	3 bis 8	3 bis 8	4 bis 12
60°C	40°C	40°C	34°C

Ähnlich zeigt Tabelle 6 das Ergebnis eines Versuchs mil einer Düsenplatte gemäß der Erfindung mit dicht aneinander angeordneten öffnungen mit kegelstumpfförmigen Begrenzungsflächen entsprechend Tabelle 5.

Tabelle 5 Tabelle 6

	Öffnung
Oberer Durchmesser	1,40 mm
Unterer Durchmesser	1,00 mm
Durchmesserverhältnis (unten/oben)	0,71
Abstand unterer Grenzränder
benachbarter öffnungen	0,90 mm
Gesamtlänge der Öffnung	2,00 mm
Größe der Düsenplatte 230 χ 46 χ 2 (mm)

Neuzustand 1 Monat
danach

2 Monate
danach

6 Monate
danach

Zusammenlaufen durch Zugkraftabsenkung
Erforderliche Trennzeit (min)
Temperaturanstieg der Düsenplatte

nicht	nicht	nicht	nicht
3 bis 8	3 bis 8	3 bis 9	4 bis 13
6OC	4OX	37°C	32°C

Während der Versuche sank der Arbeitswirkungsgrad der konventionellen Düsenplatte von 95% im jo Neuzustand auf 85% nach 1 monatigem Gebrauch ab. Zwei Monate nach dem Gebrauchsbeginn war der Arbeitswirkungsgrad unwirtschaftlich kleiner als 80%. Hierfür sind natürlich de." Anstieg der Neigung des Zusammenlaufens und die daraus folgende Unterbrechung des Betriebs zum Rückerhalten des getrennten Zustands der Fasern verantwortlich.

Im deutlichen Gegensatz dazu zeigte die Düsenplatte gemäß der Erfindung mit einer der Größe der konventionellen Düsenplatte entsprechenden Größe und mit derselben Anzahl, d. i. 2000, Düsenöffnungen eine minimale Tendenz zum Zusammenlaufen, selbst nach einem Gebrauch während 6 Monaten, wodurch ein hoher Arbeitswirkungsgrao beibehalten wurde. Spezieller war der Arbeitswirkungsgrad bei 95% nach einem Gebrauch von 2 Monaten und noch bei 94% selbst nach einem Gebrauch von 6 Monaten.

Dieses vorteilhafte Ergebnis folgt vollständig aus der Tatsache, daß der Abstand zwischen den Randkanten der benachbarten Öffnungen an der Auslaßseite vergrößert werden kann, ohne daß dazu der Abstand zwischen den Achsen benachbarter Öffnungen vergrößert werden muß, d. i. die hohe Dichte der Anordnung der Öffnungen ist beibehalten. Es ist zutreffend, daß die Austrittskanten der Öffnungen auch im Falle der Erfindung abgeschliffen werden. Jedoch findet ein derartiger Verschleiß selbst nach einer Gebrauchsdauer von 6 Monaten nicht so weit statt, daß dadurch das Zusammenlaufen der Glaskonen verursacht würde, wodurch der gute Arbeitswirkungsgrad gewährleistet ist.

Zur Information betrug der Abstand zwischen den unteren Grenzkanten benachbarter erfindungsgemäßer Öffnungen 0,90 mm vor dem Gebrauch. Der Abstand nahm dann auf 0,75 mm nach 1 monatigem Gebrauch, auf 0,70 mm nach 2monatigem Gebrauch und auf 0,64 mm nach 6 Monaten ab. Hierdurch zeigt sich, daß der Fortschritt des Abschliffs in einem frühen Gebrauchsstadium groß ist, jedoch kleiner wird, nachdem ein gewisser Verschleiß vorhanden ist. Der Abstand zwischen den unteren Grenzkanten benachbarter erfindungsgemäßer Düsenöffnungen nach einem 6monatigem Gebrauch ist immer noch größer als der Abstand im konventionellen Fall vor dem Gebrauch.

Bei der konventionellen Anordnung der Öffnungen gemäß Tabelle 1 wurde der Abstand zwischen den Wänden benachbarter Öffnungen schnell von 0,70 mm auf 0,50 mm in einer kurzen Gebrauchsperiode von 2 Monaten verringert, so daß die Neigung des Zusammenlaufens der Glaskonen vergrößert wurde.

Jedes für die konventionellen Düsenplatten gebräuchliche Material kann für die erfindungsgemäße Düsenplatte verwendet werden. Es wurde durch eine Reihe von Versuchen erwiesen, daß der Arbeitswirkungsgrad merklich für Düsenplatten gemäß der Erfindung verbessert wird, wenn diese aus Verbindungen von 90% Platin und 10% Rhodium; 75% Platin und 25% Rhodium; 86% Platin, 9% Rhodium und 5% Gold; 90% Platin, 5% Palladium und 5% Gold und dergleichen hergestellt sind, wenngleich diese Platten je nach Art des Materials etwas unterschiedliche Verschleißraten zeigten.

Die Düsenplatte gemäß der Erfindung mit speziell gestalteten Düsenöffnungen kann ohne wesentliche Schwierigkeit durch konventionelle Bohrverfahren unter Verwendung von Bohrern oder Räumern mit nachfolgendem Schleifen oder Läppen hergestellt werden, was ebenfalls durch konventionelle Techniken durchgeführt werden kann.

Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung sind dem Fachmann aus den folgenden Beispielen ersichtlich.

Beispiel 1

Eine Spinnkammer mit einer Düsenplatte mit öffnungen, von denen jede eine obere und eine untere

Bohrung unterschiedlichen Durchmessers entsprechend der folgenden Tabelle 7 aufwies, wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben. Eigenschaftsänderungen wurden beobachtet wie in Tabelle 8 angegeben.

Eigenschaften der Düsenplatte und Betriebsbedingung:

Größe der Düsenplatte: 250 χ 46 χ 2 mm Material der Düsenplatte: 90Pt-5Au-5Pd Anzahl der Öffnungen: 2008
Abstand zwischen den Öffnungsachsen: 1,90 mm Spinnrate: 850 g/min
Aufwickelgeschwindigkeit: 300 bis 1100 m/min

Tabelle 7

	öffnung
Durchmesser obere Bohrung	1,50 mm
Axiallänge obere Bohrung	1,34 mm
Durchmesser untere Bohrung	1,00 mm
Axiallänge untere Bohrung	0,51 mm
Neigungswinkel des abgeschrägten
Mittelteils	30°
Durchmesserverhältnis (unten/oben)	0,67
Wandabstand der unteren Bohrungen
der Öffnungen	0,90 mm
Gesamtlänge der Öffnungen	2,00 mm

Tabelle 8

Zusammenlaufen durch Zugkraftabnahme Erforderliche Trennzeit (min)
Temperaturanstieg der Düsenplatte

Wandabstand der unteren Bohrungen der Öffnungen

Arbeitswirkungsgrad

Neuzustand	2 Monate	6 Monate	10 Monate
	danach	danach	danach
nicht	nicht	nicht	nicht
3 bis 8	3 Hs 8	4 bis 10	4 bis 12
47X	43X	38 C	34 C
0,90	0,74	0,68	0,65

95%

93%

Beispiel 2

Eine Spinnkammer mit einer Düsenplatte mit kegeSstumpfförmigen öffnungen mit unten liegendem kleinen Durchmesser entsprechend Tabelle 9 wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben. Die beobachteten Eigenschaftsänderungen sind in Tabelle 10 angegeben.

Art der Düsenplatte und Betriebsbedingung

Größe der Düsenplatte: 380 χ 48 χ 2,5 mm Material der Düsenplatte: 90Pt-5Au-5Pd Anzahl der Öffnungen: 4008

Achsabstand der Öffnungen: 1,90 mm
Spinnrate: 1500 g/min
Aufnahmegeschwindigkeit: 300 bis 850 m/min

Tabelle 9

Öffnung

•ίο Oberer Durchmesser der Öffnung 1,30 mm Unterer Durchmesser der Öffnung 1,05 mm Durchmesserverhältnis (unten/oben) 0,81
Abstand zwischen unteren Grenzrändern benachbarter Öffnungen 0,85 mm

Gesamtlänge der Öffnungen 2,50 mm

Tabelle 10

Zusammenlaufen durch Zugkraftabfall Erforderliche Trennzeit (min)
Temperaturanstieg der Düsenplatfvi Abstand zwischen unteren Grenzrändern benachbarter Öffnungen
Arbeits wirkungsgrad

Neuzustand	2 Monate	6 Monate	10 Monat«
	danach	danach	danach
nicht	nicht	nicht	nicht
5 bis 10	5 bis 10	6 bis 12	8 bis 15
48°C	43°C	38°C	33°C
0,85	0,68	0,64	0,56
94%	94%	92%	90%
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nippellose Düsenplatte zum Ziehen von Glasfasern, mit dicht nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen, die durch Strom direkt elektrisch beheizbar ist und die mit einem kühlenden Gasstrom beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Düsenplatte das Durchmesserverhältnis der Einlaßseite zur Auslaßseite der öffnung von 1 :0,4 bis 1 :0,9 beträgt.

Z Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung zwei hintereinandergeschaltet angeordnete zylindrische koaxiale Wandabschnitte (25, 26) unterschiedlichen Durchmessers aufweist

3. Düsenplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallänge des Wandabschnittes (26) mit dem kleineren Durchmesser nicht größer als Va der Dicke der Düsenplatte und nicht kleiner als 0,20 mm ist.

4. Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung konisch ausgebildet ist.

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