DE2747034C3

DE2747034C3 - Vorrichtung zum Kühlen einer nippellosen Düsenplatte zum Ziehen von Glasfasern

Info

Publication number: DE2747034C3
Application number: DE2747034A
Authority: DE
Inventors: Shinzo Ishikawa
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1977-10-19
Publication date: 1981-12-03
Also published as: CA1097921A; FR2383139B1; TR19672A; ES463676A1; US4159200A; DK479777A; JPS5433293B2; SU938738A3; IN147883B; MX145221A; ZA776089B; NL171256C; NZ185416A; SE7712128L; BE860240A; FR2383139A1; DE2747034B2; IT1091081B; BR7707226A; GB1573546A

Description

Die Erfindung bezieht sich x/ eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Düsenplatten mit einer Vielzahl ve* dicht aneinander 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 insbesondere 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 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 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, 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 DUsenabschnitte unmittelbar aneinander an, was zur 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 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 GlasJconen unterhalb der Lochplatte,

Daher Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine im Oberbegriff des Patentanspruch 1 genannte Vorrich-

tung 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

ι ο gleichmäßige Kühlung der Düsenplatte erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs f genannten Merkmale gelöst Mit rohrförmigen Düsen von elliptischem Querschnitt

is 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 Düsenplatten 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 Düsenplatte, die von den Luftstrahlen abgekühlt werden sgü, welche aus genannten rohrförmigen Luftblasdüsen mit elliptischem Querschnitt austreten, beträgt das drei- bis vierfache der Länge der größeren Achse. Die Breite der Räche, die wirksam von den Luftstrahlen abgekühlt werden kann, kann daher 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 &i: 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

4;» elliptischem Querschnitt können folgendermaßen zusammengefaßt werden:

1. Die Anzahl der Öffnungen der Düsenplatte in seitlicher Richtung kann vergrößert werden;

2. Der Kühlberekh 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 wesentli-(,-, chen über die gesamte Düsenplatte gleichmäßige Kühlung.

Diese Verhältnisse werden durch die in den Unteransprüchen beanspruchten Merkmale weiter

verbessert Wenn insbesondere entsprechend dem Unteranspruch 5 die Ausstoßenden der rohrförmigen Luftblasdösen vom Träger aus verlängert werden, um einen Abstand zwischen jedem Paar von nebeneinanderliegenden rohrförmigen Luftblasdüsen zu bilden, so wird die Luft zwischen den nebeneinanderliegenden rohrförmigen Luftblasdüsen van den LuftstraJilen der anderen Luftblasdüsen mitgenommen, so daß folglich das Volumen der auf der Unterseite der Lochplatte auftreffenden 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 Reihe 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 F i g. 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 Mündungsstück 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 //enthält 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 11 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 Luftquelle in Verbindung stehen. Die aus den Luftblasdüsen 10 austretende Luft strömt nach oben und kühlt die gezogenen Fasern und die Konen aus geschmolzenem Glas an der Unterseite der DUsenplatte 7.

Im allgemeinen weist die Düsenplatte 7 eine rechteckige Gestalt auf urd ist mit mehr als 800 Düsen versehen, so daß die Austrittsöffnungen der rohrförmigen Lpftblasdüsen 10 parallel zu einer der langen Seiten der Düsenplatte 7 angeordnet werden und voReinander durch einen geeigneten Abstand getrennt sind. Die rohrförmigen Luftblasdüsen (Fig_Tl) haben einen elliptischen Querschnitt und sind aus einem Metall wie Kupfer, Aluminium, Messing, Stahl oder rostfreiem Stahl hergestellt Die optimale Kühlwirkung kann erzielt werden, wenn der Querschnitt der rohrförmigen

ίο Luftblasdüsen 10^f 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 Querschnittsfläche 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 verschrieben 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 Durehmessers der Ausstoßöffnung der rohrförmigen Luftblasdüsen 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 Unters-ite der Düsenplatte, die von den Luftstrahlen abgekühlt wird, größer ist als die gesamte Querschnittsfläche der einzelnen rohrförmigen Luftblasdüsen 10, wie oben beschrieben wutdz, Kann der Abstand zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden rohrförmigen Düsen 10, die parallel zu den längeren Seiten der Düsenplaac 7 angeordnet sind, vergrößert werden, und folglich kann eine geringere Anzahl von rohrförmigen Düsen 10 vorgesehen sein. Im Ergebnis

kann das zugeführte Luftvolumen bzw. der Luftverbrauch herabgesetzt werden.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

Zum Vergleich wurde eine bekannte Düse mit einer Ausstoßöffnung mit den folgenden Abmessungen verwendet:

Länge 198 mm

Breite 7 mm

Querschnittsfläche 1.386 mm²

Anzahl von EinlaQrohren 10

Die Abmessungen der Luftblasdiisen-Reihe nach der Erfindung betragen:

Innendurchmesser	8,4 mm
Querschnittsfläche	55 mm²
Anzahl der Düsen	16
Gesamte Querschnittsfläche	887 mm²
Abstand	12 mm

Diese Luftdüsen wurden in Verbindung mit einer Lochplatte mit den folgenden Abmessungen verwendet:

ίο 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

ι > Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Stand der Technik Erfindung

/--cn lui !leimung jj iviiuüicn

Temperaturverteilung an der üüsenplatte ±50 C ±3¹C

Luftdurchflußmenge, die erforderlich ist. um die 3,0 m'/Minute 1,5 m'/Minute

Düsenplatte um 100 C abzukühlen

Ablenkung der Fasern ja vernachlässigbar

Beispiel 2
Drei Düsenplatten .-f. B und C mit den folgenden Abmessungen wurden zubereitet:

B C

Anzahl von Düsen
Breite der Düsenanordnung in mm
Länge der Düsenanordnung in mm
Durchsatz Gramm/Minute

800	2000	4000
2Ί	32	38
73	200	340
300	850	1500

Drei Luftblasdüsen-Reihen .4'. B' und C wurden jeweils für die Düsenplatten A, B bzw. C entsprechend der Erfindung zubereitet.

	.4'	7	B'	9	C	11
Innendurchmesser der
Luftblasdüse in mm	269	1018	2376
Gesamte Querschnittsfläche jn 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 kkinf.r ist so werden die Düsen außerhalb der Rächen, auf denen die Luftstrahlen auftreffen, nicht wirksam abgekühlt, so daß "iis Konen aus geschmolze-

nem Glas an diesen öffnungen dazu neigen, ineinander zu verfließen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, sind rohrförmige Luftblasdüsen mit elliptischem Querschnitt vorgesehen. In der vorliegenden Beschreibung soll unter einem »elliptischen Querschnitt« jede Art von Querschnitt verstanden werden, die Ähnlichkeit mit einer Ellipse aufweist d. h. mit einer längeren und mit einer kürzeren Achse und symmetrisch bezüglich dieser längeren und kürzeren Achse. Unter einem »elliptischen Querschnitt« soll also auch ein ovaler Querschnitt verstanden werden, und auch ein Querschnitt, der aus zwei parallelen Seiten mit gleicher Länge und konvexen halbkreisförmigen oder elliptischen Krümmungen, welche die Enden dieser Seiten verbinden, besteht Die 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 mW elliptischem Querschnitt kleiner als die dreifache Länge der kleinen Achse.

Nachfolgend werden nun einige Ausführungsbeispie-Ie der rohrförmigen Düsen mit ellitptischem Querschnitt beschrieben.

B e i s ρ i e ! 3

Es wurde eine Düsenpiatte mit den folgenden Abmessungen zubereitet:

Anzahl der Düsen 4.050

Breite der Anordnung von

Düsen 46.0 mm

Länge der Gruppe von

Düsen

Durchsatz

344.0 mm
1.600 Gramm/Minute

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:

Querschnitt	elliptisch
Lange Achse	13 mm
Kleine Achse	5 mm
Anzahl von Düsen	30
Abstand	11 mm
Gesamte Luttdurchtiulirate	s.i nv/Minute

Beispiel 4

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 Düsenplntte, die zufriedenstellend abgekühlt werden konnte, die folgende:

Anzahl von Düsen

Breite der Anordnung von

Düsen

Länge der Anordnung von

Düsen

2.008 32.0 mm 252.0 mm

LJ J\J

-„„..„/Μ.

nute

Ferner wurdt eine Liiftblasdiisen-Reihe mit den folgenden Abmessungen verwendet:

Querschnitt der Düsen
Lange Achse
Kleine Achse
Anzahl der Düsen
Gesamtdurchflußrate

elliptisch

11,0 mm

5,5 mm

20

1.7 mVMinute

Mit dieser Lukblasdüsen-Reihe war die größte Düsenplatte, die zufriedenstellend abgekühlt werden konnte, eine solche mit den folgenden Abmessungen:

Anzahl von Dü'.en

Breite der Anordnung von

Düsen

Länge der Anordnung von

Düsen

Ziehgeschwindigkeit:

2.008 38,0 mm

207,9 mm 850 Gramm/Minute

Fin stabiler Glasfaser-Spinnvorgang war möglich.

Im Ergebnis kann die Länge des Mündungsstücks um etwa 20 mm verkürzt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

X, 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 mm* beträgt
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden Austrittsöffnungen der Luftblasdüsen (iO') kleiner ist als das 3fache 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.