DE2747034B2 - Vorrichtung zum Kühlen einer nippellosen Düsenplatte zum Ziehen von Glasfasern - Google Patents
Vorrichtung zum Kühlen einer nippellosen Düsenplatte zum Ziehen von GlasfasernInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Düsenplatten mit einer Vielzahl von dicht aneinander r>
in der Bodenplatte angeordneten Düsenöffnungen entsprechend der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
gewürdigten US-PS 39 05 790 erfordert in besonderer Weise eine gleichmäßige Kühlung der aus den
Düsenöffnungen austretenden Glaskonen, damit insbe- 4<> sondere beim Anfahren ein Verschmelzen der Glaskonen
vermieden werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von Kühlluft werden an die gleichmäßige
Luftbestrahlung der Glaskonen hohe Anforderungen gestellt. Die Verwendung von einzelnen, in Reihe 4r>
angeordneten rohrförmigen Luftblasdüsen alleine reicht noch nicht aus, unter optimalen Bedingungen eine
gleichmäßige Kühlung der Düsenplatte zu erzielen.
Aus der US-PS 40 03 731 ist es bekannt, eine Düsenplatte von unten mit Kühlluft anzublasen, die aus w
einem sich über die Länge der Düsenplatte erstreckenden, im wesentlichen rechteckförmigen Düsenöffnung
austritt, die durch quer ausgerichtete Trennwände unterteilt ist, so daß eine Reihe von dicht aneinander
angeordneten rechteckigen Düsenöffnungen entsteht, y, deren Länge in etwa der Breite der Düsenplatte
entspricht. Diese Aufteilung in mehrere aneinandergrenzende Düsenöffnungen führt zu einer Vermeidung
von Turbulenzen. Jedoch grenzen diese einzelnen Düsenabschnitte unmittelbar aneinander an, was zur t>o
Folge hat, daß unmittelbar hinter dem Düsenaustritt eine Verschmelzung der einzelnen Luftströme erfolgt,
so daß zwar die Turbulenzen vermieden werden, aber dennoch ein erhöhter Luftstrom (erhöhte Geschwindigkeit)
notwendig ist, um eine ausreichende und M gleichmäßige Kühlwirkung zu erzielen. Wenngleich also
die Turbulenzen vermieden werden können, so ergibt sich dennoch durch die stark erhöhte Geschwindigkeit
des Luftstromes die Gefahr einer Verschmelzung der Glaskonen unterhalb der Lochplatte.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine im Oberbegriff des Patentanspruch 1 genannte Vorrichtung
derart weiterzubilden, daß unter optimalen Bedingungen und bei Vermeidung einer Verschmelzung
der aus dicht aneinander gereihten Düsenöffnungen austretenden Glaskonen insbesondere beim Anfahren
bei minimalem Verbrauch an Kühlluft eine möglichst gleichmäßige Kühlung der Düsenplatte erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
genannten Merkmale gelöst
Mit rohrförmigen Düsen von elliptischem Querschnitt kann die Breite des gelochten Bereiches der Düsenplatte
auf 60 mm erhöht werden, gegenüber 40 mm, die bei bekannten Düsenplatten erreichbar sind, die von
bekannten Luftdüsen abgekühlt werden. Die Anzahl der Düsen in der Düsenplatte kann daher gegenüber dem
Stand der Technik um das l,5fache vergrößert werden. Ferner kann die Breite der Düsenplatte vergrößert
werden, während ihre Länge im Vergleich zu bekannten Düser.platten verkleinert werden kann, so daß das
Volumen bzw. Fassungsvermögen des Schmelzofens reduziert werden kann. Die Breite bzw. die Länge in
seitlicher Richtung der Fläche der Düsenpiatte, die von den Luftsirahlen abgekühlt werden soll, welche aus
genannten rohrförmigen Luftblasdüsen mit elliptischem Querschnitt austreten, beträgt das drei- bis vierfache der
Länge der g.-ößeren Achse. Die Breite der Fläche, die
wirksam von den Luftstrahlen abgekühlt werden kann, kann dah/;r beträchtlich vergrößert werden. Obwohl die
rohrförmige Düse mit kreisförmigem Querschnitt abgeflacht wird, um einen elliptischen Querschnitt zu
erzielen, ist die Querschnittsfläche der rohrförmigen Luftblasdüse mit elliptischem Querschnitt praktisch
dieselbe wie diejenige der rohrförmigen Luftblasdüse mit rohrförmigen! Querschnitt, so daß der Luftverbrauch
praktisch derselbe bleibt. Die Geschwindigkeit der Luftstrahlen ist ferner größer als beim Stand der
Technik, so daß die auf die Düsenplatte von den Luftstrahlen augeübte Kraft entsprechend verstärkt
wird und folglich ein besserer Kühleffekt erzielt werden kann. Die Vorteile der rohrförmigen Luftblasdüse mit
elliptischem Querschnitt können folgendermaßen zusammengefaßt werden:
1. Die Anzahl der öffnungen der Düsenplatte in seitlicher Richtung kann vergrößert werden;
2. Der Kühlbereich in seitlicher Richtung der Lochplatte kann vergrößert werden, ohne die
Querschnittsfläche der rohrförförmigen Luftblasdüsen mit elliptischem Querschnitt zu vergrößern
und folglich ohne die Geschwindigkeit der Luftstrahlen zu reduzieren; die Luftstrahlen übertragen
also größere Kräfte auf die Düsenplatte mit einem geringen Luftvolumen, so daß ein hoher Kühlwirkungsgrad
erzielt werden kann;
3. Die Fasern werden nicht abgebogen oder ausgelenkt.
Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale erfolgt bei minimalem Verbrauch an Kühlluft, d. h. bei
möglichst geringer Gebläseleistung und einer optimal geringen Anzahl von Luftblasdüsen eine im wesentlichen
über die gesamte Düsenplatte gleichmäßige Kühlung.
Diese Verhältnisse werden durch die in den I Interanspriichen beanspruchten Merkmale weiter
verbessert. Wenn insbesondere entsprechend dem Unteranspruch 5 die Ausstoßenden der rohrförmigen
Luftblasdüsen vom Träger aus verlängert werden, um einen Abstand zwischen jedem Paar von nebeneinanderliegenden
rohrförmigen Luftblasdiisen zu bilden, so wird die Luft zwischen den nebeneinanderliegenden
rohrförmigen Luftblasdüsen von den Luftstrahlen der anderen Luftblasdüsen mitgenommen, so daß folglich
das Volumen der auf der Unterseite der Lochplatte auftreffenüen Luft größer ist als das Volumen der
tatsächlich durch die Schläuche zugeführten Luft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher
erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Reihe von Luftblasdüsen mit elliptischem Querschnitt,
Fig.2 und 3 eine vordere und eine seitliche Schnittansicht einer Vorrichtung zum Ziehen von
Glasfasern mit einer Re>he von zugeordneten Luftblasdüsen,
und
Fig.4 und 5 jeweils eine Vorder- und Rückansicht der Reihe von Luftblasdüsen zur Erläuterung der
Montage der Luftblasdüsen in einem Träger.
Entsprechend der Darstellung in Fig.2 und 3 fließt
geschmolzenes Glas 4 nach unten durch ein Mundstückfilter 5 hindurch in ein Mündungsstück. Elektrischer
Strom fließt über Anschlüsse 6, so daß das Mi. idungsstück
auf einer geeigneten Temperatur gehalten werden kann. Das geschmolzene Glas in dem Mündungsstück
fließt durch eine große Anzahl von Düsen 8 einer Düsenplatte 7 hindurch und tritt in die Atmosphäre ein,
wobei einzelne Fasern 9 gebildet werden, die mechanisch nach unten gezogen werden. Gleichzeitig treffen
die Kühlluftstrahlen, die aus einer Reihe von Luftblasdüsen austreten, auf die Unterseite der Düsenplatte 7 auf,
so daß die aneinander angrenzenden Konen aus geschmolzenem Glas, die an der Unterseite der
Düsenplatte 7 gebildet werden, an einer Verschmelzung gehindert werden.
Die Reihe von Luftblasdüsen Nenthält eine Mehrzahl
von rohrförmigen Düsen 10, die in einem Träger 11 befestigt sind. Der Träger 11 wird wiederum von einem
Positionierungsständer 12 in der optimalen Stellung gehalten.
Entsprechend F i g. 4 und 5 ist der Träger Jl mit einer
Mehrzahl von Aufnahmelöschern 13 versehen, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser
der rohrförmigen Düsen 10. Die rohrförmigen Düsen 10 werden in diese Aufnahmelöcher 13
eingesetzt und in ihrer Lage mit Feststellschrauben 15 sicher festgehalten. Ein erhobener Ansatz in der Mitte
der rückwärtigen Oberfläche des Trägers 11 ist mit einer Mehrzahl von Gewindelöchern 16 versehen, die
dazu verwendet werden, die Reihe von Luftblasdüsen N an dem Positionierungsständer 12 zu befestigen, der es
ermöglicht, die Luftblasendüsen nach oben und unten, nach hinten und vorne und nach rechts und links zu
bewegen und derart zu drehen, daß sie bezüglich der Düsenplatte 7 in optimaler Lage gehalten wird. Die
unteren Enden der Luftblasdüsen 10 sind mit Schläuchen 17 verbunden, die wiederum mit einer nicht
dargestellten Luftduelle in Verbindung stehen. Die aus den Luftblasdüsen IO austretende Luft strömt nach oben
und kühlt die gezogenen Fasern und die Konen aus geschmolzenem G'as an der Unterseite der Düsenplatte
7.
Im allgemeine^ weist die Düsenplatte 7 eine
rechteckige Gestalt auf und ist mit mehr als 800 Düsen versehen, so daß die Austrittsöffnungen der rohrförmigen
Luftblasdüsen 10 parallel zu einer der langen Seiten der Düsenplatte 7 angeordnet werden und voneinander
durch einen geeigneten Abstand getrennt sind. Die rohrförmigen Luftblasdüsen (Fig. 1) haben einen
elliptischen Querschnitt und sind aus einetn Metal! wie Kupfer, Aluminium, Messing, Stahl oder rostfreiem
Stahl hergestellt. Die optimale Kühlwirkung kann erzielt werden, wenn der Querschnitt der rohrförmigen
Luftblasdüsen 10' zwischen 40 und 100 mm2 beträgt. Wenn der Querschnitt zu klein ist, so werden einige
örtliche Bereiche der Düsenplatte 7 zu stark gekühlt, wodurch sich eine ungleichförmige Temperaturverteilung
an der Düsenplatte 7 ergibt. Wenn andererseits die Qutrschnittsfläche zu groß gemacht wird, so kann eine
zufriedenstellende Kühlwirkung nicht erreicht werden, so daß die Luftdurchflußmenge gesteigert werden muß.
Wenn die Durchflußmenge in den Luftströmen jedoch übermäßig gesteigert wird, so werden die gezogenen
Fasern fortgeblasen und abgelenkt, und die nebeneinander liegenden Konen aus geschmolzenem Glas auf der
Unterseite der Düsenplatte 7 verschmelzen miteinander, so daß sich Faserbrüche einstellen. Vorzugsweise
wird der Abstand zwischen den Achsen der nebeneinander liegenden rohrförmigen Luftblasdüsen 10 so klein
gewählt, wie dies in der Praxis möglich ist. Je kleiner der Abstand zwischen den Achsen der nebeneinander
liegenden rohrförmigen Luftblasdüsen 10 ist, desto größer wird jedoch die Anzahl der auf dem Träger 11
montierten rohrförmigen Düsen 10 und desto größer wird folglich die Luftdurchströmungsmenge.
Wenn ferner die Ausstoßenden der rohrförmigen Luftblasdüse 10 vom Träger 11 aus verlängert werden,
um einen Abstand zwischen jedem Paar von nebeneinander liegenden rohrförmigen Luftblasdüsen zu bilden,
wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, so wird die Luft zwischen den nebeneinander liegenden rohrförmigen
Luftblasdüsen 10 von den Luftstrahlen der anderen Luftblasdüsen 10 mitgenommen. Folglich ist das
Volumen der auf der Unterseite der Düsenplatte 7 auftreffenden Luft größer als das Volumen der
tatsächlich durch die Schläuche 17 zugeführten Luft. Je kleiner der Durchmesser der rohrförmigen Luftblasdüsen
10 ist, desto mehr Luft wird im allgemeinen von den Luftstrahlen mitgenommen.
Wie in F i g. 3 gezeigt ist, sind ferner die rohrförmigen Luftblasdüsen 10 relativ zur Düsenplatte 7 unter einem
Winkel geneigt, so daß die Breite der Fläche der Düsenplatte 7, auf der Luftstrahlen auftreffen, vergrößert
wird. Im Ergebnis beträgt die Breite der Fläche der Düsenplatte 7, die gleichmäßig abgekühlt wird, das dreibis
vierfache des Durchmessers der Ausstoßöffnung der rohrförmigen ι uitblasdüsen 10 (sie ist beinahe äquivalent
einer Fläche mit dem 9- bis 16fachen Durchmesser der Ausstoßöffnung), wobei die Fläche auch von der
Dichte der rohrförmigen Düsen 10 abhängt, von dem Luftvolumen, das von den daraus austretenden Luftstrahlen
mitgenommen wird, von der thermischen Leitfähigkeit der Düsenplatte usw. Da die effektive
Fläche der Unterseite der Düsenplatte, die von den Luftstrahlen abgekühlt wird, größer ist als die gesamte
QuTschnittsfläche der einzelnen rohrförmigen Luftblasdüsen 10, wie oben beschrieben wurde, kann der
Abstand zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden rohrförmigen Düsen 10, die parallel zu den längeren
Seiten der Düsenplatte 7 angeordnet sind, vei größen
werden, und folglich kann eine geringere Anzahl von rohrförmigen Düsen 10 vorgesehen sein Im Ergebnis
kann das zugeführte Luftvolunien bzw. der Luftverbrauch
herabgesetzt werden.
Im folgenden werden einige Ausführiingsbeispiele
beschrieben.
Zum Vergleich wurde eine bekannte Düse mit einer Ausstoßöffnung mit den folgenden Abmessungen
verwendet:
Länge
Breite
Breite
Querschnittsfläche
Anzahl von Einlaßrohren
Anzahl von Einlaßrohren
198 mm
7 mm
1.386 mm-'
10
7 mm
1.386 mm-'
10
Die Abmessungen der Luftblasdüsen-Reihe nach der Erfindung betragen:
Innendurchmesser
Querschnittsfläche
Anzahl der Düsen
Gesamte Querschnittsfläche
Abstand
Querschnittsfläche
Anzahl der Düsen
Gesamte Querschnittsfläche
Abstand
8,4 mm
55 mm2
16
55 mm2
16
887 mm2
12 mm
12 mm
Diese Luftdüsen wurden in Verbindung mit eine Lochplatte mit den folgenden Abmessungen verwendet
Breite der Anordnung von Düsen 32,4 mm
Länge der Anordnung von Düsen 200,7 mm
Anzahl von Düsen 2.000
Durchsatz 800 g/Minute
Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:
Stand der Technik Erfindung
Zeit für Trennung 35 Minuten 8 Minuten
Temperaturverteilung an der Düsenplatte ±50 ( ±1 C
Luftdurchfiußmenge, die erforderlich ist, um die 3,0 m'/Minule 1,5 m/Minute
Düsenplatle um 100 C abzukühlen
Ablenkung der Fasern ja vcmaehlassigbar
Beispiel 2
Drei Düscnplattcn A, B und C mit den folgenden Abmessungen wurden zubereitet:
Drei Düscnplattcn A, B und C mit den folgenden Abmessungen wurden zubereitet:
A H C
Anzahl von Düsen
Breite der Düsenanordnung in mm
Lange der Düsenanordnung in mm
Durchsatz Gramm/Minute
Breite der Düsenanordnung in mm
Lange der Düsenanordnung in mm
Durchsatz Gramm/Minute
Drei Luftblasdüsen-Reihen A', B' und C wurden jeweils für die Düsenplatten A, B bzw. C entsprechend dei
Erfindung zubereitet.
800 | 2000 | 4000 |
24 | 32 | 38 |
73 | 200 | 340 |
300 | 850 | 1500 |
A' | 1 | B' | 9 | C | 11 | |
Innendurchmesser der | ||||||
Luftblasdüse in mm | 269 | 1018 | 2376 | |||
Gesamte Querschnittsflächc in mm" | 7 | 16 | 25 | |||
Anzahl der Düsen | 9 | 11,5 | 13 | |||
Abstand in mm | 580 | 1750 | 3200 | |||
Durchflußmenge der Luft | ||||||
in Liter/Minute |
Mit den Luftblasdüsen-Reihen wurden die Düsenplatten in zufriedenstellender Weise und gleichförmig
abgekühlt, so daß ein kontinuierlicher Glasfaser-Ziehvorgang möglich war.
Mit den rohrförmigen Luftblasdüsen mit kreisförmigem Querschnitt kann die Düsenplatte in zufriedenstellender Weise in ihrer Längsrichtung abgekühlt werden.
Eine gleichförmige Abkühlung der Düsenplatte in seitlicher Richtung kann jedoch nur erzielt werden,
wenn der Durchmesser der rohrförmigen Luftblasdüsen größer als ein Viertel der Breite des gelochten Bereiches
der Düsenplatte ist Wenn also der Durchmesser der Düsen kleiner ist, so werden die Düsen außerhalb der
Flächen, auf denen die Luftstrahlen auftreffen, nicht wirksam abgekühlt, so daß die Konen aus geschmolzenem Glas an diesen öffnungen dazu neigen, ineinander zu verfließen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden sind rohrförmige Luftblasdüsen mit elliptischem Quer
schnitt vorgesehen. In der vorliegenden Beschreibung
soll unter einem »elliptischen Querschnitt« jede Art vor Querschnitt verstanden werden, die Ähnlichkeit mi
bo einer Ellipse aufweist d. h. mit einer längeren und ml·
einer kürzeren Achse und symmetrisch bezüglich diesel längeren und kürzeren Achse. Unter einem »elliptischer
Querschnitt« soll also auch ein ovaler Querschnit verstanden werden, und auch ein Querschnitt, der aus
b5 zwei parallelen Seiten mit gleicher Länge und konvexer
halbkreisförmigen oder elliptischen Krümmungen, welche die Enden dieser Seiten verbinden, besteht. Di«
kürzeren Achsen der rohrförmigen Luftblasdüsen 10
mit elliptischem Querschnitt sind parallel zur Längsrichtung der Düsenplatte angeordnet, wie in F i g. 7 gezeigt
ist. Die Lochplatte kann also gleichförmig in deren seitlicher Richtung abgekühlt werden.
Die rohrförmigen Luftblasdüsen können elliptischen Querschnitt über ihre gesamte Länge aufweisen. Sie
können aber auch über eine vorbestimmte Länge von ihren Ausstoßöffnungen aus elliptischen Querschnitt
aufweisen, während der übrige Teil der Länge kreisförmigen Querschnitt aufweist. Vorzugsweise ist
der Abstand zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden rohrförmigen Luftblasdüsen mit elliptischem
Querschnitt kleiner als die dreifache Länge der kleinen Achse.
Nachfolgend werden nun einige Ausführungsbeispiele der rohrförmigen Düsen mit ellitptischem Querschnitt
beschrieben.
Es wurde eine Düsenplatte mit den folgenden Abmessungen zubereitet:
Anzahl der Düsen
Breite der Anordnung von
Düsen
Länge der Gruppe von
Düsen
Durchsatz
4.050
46,0 mm
46,0 mm
344,0 mm
1.600 Gramm/Minute
1.600 Gramm/Minute
Querschnitt | elliptisch |
Lange Achse | 13 mm |
Kleine Achse | 5 mm |
Anzahl von Düsen | 30 |
Abstand | 11 mm |
Gesamte Luftdurchflußrate | 3,2 mVMinute |
Bei Verwendung einer Luftblasdüsen-Reihe mit einer Mehrzahl von rohrförmigen Luftblasdüsen mit kreisförmigem
Querschnitt war die Kühlung der Düsenplatte besonders in der Nähe ihrer Längsränder unbefriedigend.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeit wurde eine Luftblasdüsen-Reihe mit rohrförmigen Luftblasdüsen
mit elliptischem Querschnitt und mit den folgenden Abmessungen zubereitet:
Es wurde eine Luftblasdüsen-Reihe mit den folgenden Abmessungen verwendet:
Querschnitt | kreisförmig |
Innendurchmesser | 8,5 mm |
Anzahl der Düsen | 20 |
Gesamtdurchflußrate | 1,7 mVMinute |
Mit dieser Luftblasdüsen-Reihe war die größte Düsenplatte, die zufriedenstellend abgekühlt werden
konnte, die folgende:
Anzahl von Düsen | 2.008 |
Breite der Anordnung von | |
Düsen | 32,0 mm |
Länge der Anordnung von | |
Düsen | 252,0 mm |
Durchsatz | 850 Gramm/Mi |
nute |
Ferner wurde eine Luftblasdüsen-Reihe mit den folgenden Abmessungen verwendet:
Querschnitt der Düsen | elliptisch |
Lange Achse | 11,0 mm |
Kleine Achse | 5,5 mm |
Anzahl der Düsen | 20 |
Gesamtdurchflußrate | 1.7 mVMinute |
Mit dieser Luftblasdüsen-Reihe war die größte Düsenplatte, die zufriedenstellend abgekühlt werden
konnte, eine solche mit den folgenden Abmessungen:
Anzahl von Düsen | 2.008 |
Breite der Anordnung von | |
Düsen | 38,0 mm |
Länge der Anordnung von | |
Düsen | 207,9 mm |
Ziehgeschwindigkeit: | 850 Gramm/Mi |
nute |
Ein stabiler Glasfaser-Spinnvorgang war möglich.
Im Ergebnis kann die Länge des Mündungsstücks um etwa 20 mm verkürzt werden.
Hierzu 4 Blau Zcichminsien
Claims (1)
- Patentansprüche:3. Vorrichtung zum Kühlen einer nippellosen Düsenplatte zum Ziehen von Glasfasern, bestehend aus einer Reihe von nebeneinander angeordneten rohrförmigen Luftblasdüsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftblasdüsen (10') einen elliptischen Querschnitt aufweisen, deren kurze Achsen in Richtung der Reihe liegen.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langen Achsen des elliptischen Querschnitts der Luftblasdüsen (10') größer als ein Viertel der Breite des gelochten Bereiches der Düsenplatte (7) sind.3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche der Luftblasdüsen (10') 40 bis 100 mm2 beträgt.4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden Austrittsöffnungen der Luftblasdüsen (10') kleiner ist als das 3f ache der kurzen Achse.5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftblasdüsen (10) in einem Träger (11) festklemmbar und über den vorderen Teil des Trägers (11) hinaus verlängerbar sind.
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