DE2755721C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Nach einem bekannten Verfahren (DE-OS 24 14 779) erfolgt die Faserherstellung dadurch, daß durch Zufuhr eines Gasstrahls zu einem Hauptgasstrom im Mischungsbereich beider Gasstrahlen eine Wechselwirkungszone erzeugt wird, in welche infolge der Wechselwirkung zwei gegenläufige Wirbel entstehen. Zwischen diesen beiden Wirbeln bildet sich ein Bereich mit verhältnismäßig geringem Druck aus, der nahe der Begrenzungsfläche des Abgasstromes und stromabwärts der Zuführung des Gasstrahls zum Hauptgasstrom liegt. In dieser Wechselwirkungszone wird der auszuziehende Gasstrom dem Einfluß der Wirbel ausgesetzt, wodurch das Ausziehen zur Faser erfolgt. Beim bekannten Verfahren besteht ein Problem insbesondere in der Zufuhr des auszuziehenden Materialstroms zur turbulenten Wechselwirkungszone, da die Gefahr einer Aufteilung des auszuziehenden Materialstroms besteht, wodurch die Bildung von Fasern beeinträchtigt wird. Um eine sichere Zufuhr der auszuziehenden Materialströme zu gewährleisten, ist man beim bekannten Verfahren bestrebt, die Ziehdüse möglichst nahe am Hauptgasstrom anzuordnen, woraus allerdings eine gegenseitige Temperaturbeeinflussung der für die Durchführung eines solchen Verfahrens erforderlichen Aggregate resultiert.

Zur Intensivierung der Faserbildung sind auch andere Verfahren bekannt, etwa die Hintereinanderanordnung mehrerer Blaseinheiten (DE-OS 14 21 678), um die Zerfaserung durch die Blaseinheiten noch zu intensivieren oder das Gemisch aus Blasmittel und auszuziehenden Materialströmen wiederholten Geschwindigkeitsänderungen auszusetzen (DE-AS 10 05 885).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine sichere Zufuhr der auszuziehenden Materialströme zu den Gasstrahlen gewährleistet wird, der auch eine entfernte Anordnung der Ziehdüsen von den Gasstrahlen erlaubt, und gleichzeitig die Faserbildung stabilisiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Nach Maßgabe der Erfindung erfolgt die Erzeugung gegenläufiger Wirbel durch einen in einem Gasstrahl geführten Ablenkkörper und wird das auszuziehende Material in den beruhigten Bereich zwischen die Wirbel der Gasstrahlen eingeführt, in welchem laminare Strömungsverhältnisse wirken. Dadurch ergibt sich nicht nur eine sehr gleichmäßige und präzise Zufuhr der Materialströme zu den Gasstrahlen, was eine entfernte Anordnung der Ziehdüse von den Gasstrahlen und damit eine Verringerung der Temperaturbeeinflussungen der einzelnen Aggregate mit sich bringt, sondern die Wirbelbildung hat auch einen wesentlichen Einfluß auf den Ausziehvorgang selbst, weil durch den Kontakt mit den Wirbeln und einer damit einhergehenden Bahnänderung die Materialströme innerhalb der Gasstrahlen entsprechend stark gezogen werden können. Hinzu kommt, daß eine sehr hohe Stabilität der Wirbel der Gasstrahlen erreicht werden kann, aber auch der laminare Strömungsbereich der Gasstrahlen zwischen den Wirbeln stabil ist, in den die Zufuhr der Materialströme erfolgt. Das hat nicht nur eine Stabilisierung der Faserbildung selbst zur Folge, sondern vereinfacht auch deswegen die Verfahrensdurchführung, da eine präzise Zuführung der Materialströme selbst dann erhalten bleibt, wenn eine Fehlfluchtung der Auslaßöffnung der Ziehdüse bezüglich der Gasstrahlen vorliegt. Da sich ein vergleichsweise breiter laminarer Strömungsbereich unmittelbar hinter dem Ablenkkörper ausbildet, kommt es praktisch zu einer automatischen Kompensation einer solchen Fehlausfluchtung.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das im Gasstrahl gezogene Material mit diesem in einen Hauptgasstrom eingeführt. Dann erfolgt nämlich in einer ersten Ausziehstufe in den Gasstrahlen sowohl das Ausziehen des Materials wie auch eine Stabilisierung des zugeführten Materialstromes als auch eine gesicherte Zufuhr des im Gasstrahl mitgenommenen Materials in den Kreuzungsbereich der Gasstrahlen mit dem Hauptgasstrom. Dies ermöglicht die entfernte Anordnung der einzelnen Aggregate für das Ausziehen des Materialstromes, für die Gasstrahlen und für den Hauptgasstrom, was wiederum eine gegenseitige Temperaturbeeinflussung der für die Verfahrensdurchführung erforderlichen Bauteile mindert. Dies führt zu einer größeren Flexibilität beim Aufrechterhalten von Temperaturunterschieden zwischen diesen Bauteilen, wodurch sich auch harte Gläser unter guten Bedingungen zu Fasern formen lassen, welche zum Schmelzen erhöhte Temperaturen erfordern.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens sowie eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus ausziehbarem Material, in der die wichtigsten Vorrichtungsteile zum Teil im Schnitt dargestellt sind,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 4,

Fig. 3 eine Detailaufsicht auf einige der Gasstrahl- Austrittsöffnungen und einige der Glasabgabeöffnungen, gesehen in Richtung der Pfeile 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 eine seitliche Ansicht eines Teils der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung, gesehen von der rechts gelegenen Seite von Fig. 2 her,

Fig. 5 eine Aufsicht auf den in Fig. 4 gezeigten Vorrichtungsteil, gesehen in Richtung der Pfeile 5-5 von Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Gasstrahlen abgebenden Kammer, die bei der in den Fig. 1-5 gezeigten Vorrichtung verwendet wird,

Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnittes der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Vorrichtung,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung ähnlich zu Fig. 2,

Fig. 9 eine Aufsicht auf mehrere Gasstrahlen und einen Abschnitt des Hauptgasstromes, welche der Schnittdarstellung von Fig. 8 entspricht, wobei jedoch die Glaszuführung und die in Bildung begriffene Glasfaser weggelassen sind,

Fig. 10 einen schematischen Schnitt durch drei benachbarte Gasstrahlen, in dem die Drehrichtungen der gegenläufigen Wirbel des Gasstrahles dargestellt sind,

Fig. 11 einen Längsschnitt, gesehen in seitlicher Richtung, durch die Vorrichtung,

Fig. 11a einen Teilschnitt, in dem der Abstand zwischen zwei benachbarten Gasstrahl-Austrittsöffnungen gezeigt ist, und

Fig. 11b einen Schnitt durch einen Teil der Einrichtung für die Zufuhr des ausziehbaren Materials.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Faserherstellung. In der linken Seite von Fig. 1 ist schematisch ein Generator 15 gezeigt, welcher einen Hauptgasstrom 18 erzeugt. Dieser Generator weist eine Düse 16 mit einer Auslaßöffnung 17 auf. Die Breite der letzteren ist so groß, daß dem Hauptgasstrom 18 eine Anzahl von Ziehdüsen zugeordnet werden kann. Ein Speiserohr 19 für ein unter Druck stehendes gasförmiges Strömungsmittel ist mit Strahlkammern 20 verbunden, über welche Austrittsdüsen 21, aus denen die sekundären Gasstrahlen austreten, mit Gas versorgt werden. In Fig. 1 ist eine derartige Austrittsdüse 21 gezeigt.

Eine Ziehdüse 22, die einem Vorherd 23 oder einer anderen geeigneten Einrichtung zum Bereitstellen von Glas zugeordnet ist, weist eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen 24 für Glas auf, die jeweils einen Strom aus flüssigem Glas abgeben. Die Abgabe des Stromes erfolgt jeweils in Richtung auf einen der Gasstrahlen, so daß der Strom dann in Stromabwärtsrichtung zu der Wechselwirkungszone gefördert wird, die durch den Gasstrahl im Hauptgasstrom 18 erzeugt wird. Wie im nachstehenden Teil der Beschreibung noch genauer dargelegt werden wird, erfolgt die Faserbildung im Gasstrahl, aber auch im Hauptgasstrom. Der letztere fördert die Fasern in der Zeichnung nach rechts, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Man erhält dann eine Matte 25 aus Fasern, die sich auf einem mit Durchbrechungen versehenen Förderband 26 oder einem mit Durchbrechungen versehenen Förderriemen absetzt. Unterhalb des oberen Trums dieses Förderers befindet sich eine Unterdruckkammer 27, die mit einem den Unterdruck erzeugenden Ansaugventilator 28 verbunden ist. Auf diese Weise wird das Sichabsetzen der Fasern in Form einer Matte oder Bahn auf dem mit Durchbrechungen versehenen Förderband 26 unterstützt.

Gemäß den Fig. 2 bis 6 sind der Generator zur Erzeugung des Hauptgasstroms und die Einrichtung zum Erzeugen der Gasstrahlen auf einem Rahmen 29 der Vorrichtung in ihrer Lage justierbar angeordnet. Auf diese Weise kann man die Relativstellung zwischen dem Hauptgasstrom und dem sekundären Gasstrahl in vertikaler Richtung abändern, aber auch die Relativstellung auch in Stromaufwärts- und Stromabwärtsrichtung des Hauptgasstromes 18 einstellen.

Insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ist ersichtlich, daß die den Hauptgasstrom bereitstellende Düse 16 eine recht große Breite aufweist und somit eine breite Auslaßöffnung 17 hat. Aus den Fig. 2 und 3 sind Dosieröffnungen 24 a und untere Speicherkammer 24 b der Ziehdüse ersichtlich.

Die Austrittsöffnungen 21 sind in vorderen, geneigten Wänden einer Mehrzahl von Strahlkammern 20 ausgebildet, welche auf Tragstangen 30 angeordnet sind. Die letzteren sind auf dem Rahmen 29 angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge der Ziehdüse 22. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, durchsetzen die Tragstangen 30 zudem Löcher 31, die in Montageflanschen 32 ausgebildet sind. Diese Montageflansche sind bei jedem der Enden einer jeden der Strahlkammern 20 angeordnet. Auf diese Weise können die verschiedenen Strahlkammern - bei der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung sind hiervon vier vorgesehen - in den Fig. 4 und 5 nach rechts oder links bewegt werden.

Die Stellung der Strahlkammern auf den Tragstangen 30 ist durch weitere Stangen 33, 34, 35 und 36 vorgegeben. Eine jede von diesen ist an ihrem einen Ende mit einem Gewinde versehen, mit dem sie in einer Gewindebohrung 37 läuft, die in einem der Montageflansche 32 der Strahlkammern ausgebildet sind, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist. An ihrem anderen Ende 38 ist eine jede der Stangen 33 bis 36 in einem Lagerblock angeordnet, durch den sie in ihrer axialen Stellung fixiert ist. Die Stangen 33 bis 36 sind an ihren Enden 38 ferner mit einer Ausnehmung versehen, in die ein Werkzeug eingesetzt werden kann, um die entsprechende Stange zu drehen und so die entsprechende Strahlkammer zu verschieben und deren Position in seitlicher Richtung einzujustieren.

Eine jede der Strahlkammern 20 ist durch zwei flexible Verbindungsteile 39 mit dem Speiserohr 19 verbunden, über das das Strömungsmittel für die Gasstrahlen bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann die Stellung der Strahlkammern unabhängig von der des Speiserohres 19 eingestellt werden.

Wie oben schon ausgeführt worden ist, werden die von den Austrittsdüsen 21 bereitgestellten Gasstrahlen abgelenkt. Dies erfolgt unter Verwendung eines Ablenkkörpers, der mit den Gasstrahlen derart zusammenarbeitet, daß Paare von gegenläufigen Wirbeln erzeugt werden, die zumindest zum Durchführen des ersten Ausziehschrittes verwendet werden, jedoch auch dazu, die teilweise ausgezogenen Glasströme in die Wechselwirkungszonen zu fördern, die durch das Eindringen der Gasstrahlen in den Hauptgasstrom erzeugt werden. Der aus den Figuren ersichtliche Ablenkkörper ist durch eine Ablenkplatte 40 gebildet, die gleichzeitig einer ganzen Gruppe von Austrittsdüsen 21 für Gasstrahlen zugeordnet ist. Sind die Gasstrahlen in Gruppen unterteilt, wobei jeweils eine Gruppe einer Strahlkammer 20 zugeordnet ist, so weist vorzugsweise jede der Strahlkammern eine Ablenkplatte 40 auf. Wie insbesondere aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich ist, hat eine jede der Ablenkplatten die Form eines abgewinkelten Bleches, dessen einer Abschnitt die Strahlkammer überdeckt, auf der das Blech befestigt ist, und dessen anderer Abschnitt eine freie Kante 41 aufweist, die im Strömungsweg des Gasstrahles angeordnet ist, und zwar zweckmäßigerweise im Zentrum der von den Austrittsdüsen 21 abgegebenen Gasstrahlen. Zweckmäßigerweise streckt sich die freie Kante 41 längs einer Linie, die die Achsen der Austrittsdüsen 21 schneidet.

Durch diese Lage der Ablenkplatte 40 und ihrer freien Kante 41 wird erreicht, daß ein jeder der Gasstrahlen auf die innenliegende Oberfläche der Ablenkplatte 40 auftrifft. Dies führt zu einer Verbreiterung oder Abplattung der Gasstrahlen. In Fig. 7 ist das Strömungsbild von vier Gasstrahlen gezeigt, die aus vier Austrittsöffnungen a, b, c und d austreten. Man sieht deutlich, daß ein jeder der Gasstrahlen in seitlicher Richtung verbreitert wird, während er sich der Kante 41 der Ablenkplatte 40 nähert.

Wesentlich ist, daß die Austrittsdüsen 21 für die Gasstrahlen so nahe beieinander angeordnet sind und auch die Ablenkplatte 40 so angeordnet ist, daß sich einander benachbarte Gasstrahlen bei ihrer Verbreiterung in seitlicher Richtung gerade dann gegenseitig berühren, wenn sie sich im Bereich der Kante 41 der Ablenkplatte befinden. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, berühren sich benachbarte Gasstrahlen so nahe wie möglich bei der freien Kante 41 der Ablenkplatte 40. Dies führt zur Bildung von Paaren von gegenläufigen Wirbeln, wie dies in Fig. 7 für einen jeden der drei Gasstrahlen gezeigt ist, die durch die Austrittsöffnungen a, b und c abgegeben werden.

Zur Erläuterung der Wirbelbildung in den Gasstrahlen wird nun insbesondere auf Wirbel 42 b und 43 b Bezug genommen, die dem aus der Austrittsdüse b austretenden Gasstrahl zugeordnet sind. Man sieht, daß die obersten Punkte (Scheitel) dieser Wirbel im wesentlichen an der Kante 41 der Ablenkplatte 40 liegen, und zwar auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gasstrahles und in der Nachbarschaft der Zone, in der der in Verbreiterung begriffene Gasstrahl die benachbarten Gasstrahlen berührt, die von den Austrittsöffnungen a und c abgegeben werden und ihrerseits ebenfalls in Verbreiterung begriffen sind. Die Wirbel 42 b und 43 b sind gegenläufig, wie dies schematisch in Fig. 10 gezeigt ist. Die Wirbel werden im Laufe ihres weiteren Weges immer größer, bis sie sich dann eine gewisse Strecke stromab der Kante 41 der Ablenkplatte 40 treffen. Die Wirbel 42 b und 43 b haben auch eine in Stromabwärtsrichtung weisende Bewegungskomponente.

Wegen des Abstandes zwischen den Spitzen, d. h. gleichzeitig den Punkten der Bildung der Wirbel 42 b und 43 b, und wegen der progressiven Zunahme der Wirbelabmessungen bildet sich zwischen den Wirbeln und der Kante 41 der Ablenkplatte eine im wesentlichen dreieckige Zone aus, die dem schon oben angegebenen, quasi laminaren Strömungsbereich 44 b entspricht. In dieser dreieckigen Zone herrscht ein verhältnismäßig geringer Druck, und man hat dort eine große Zufuhr angesaugter Luft. Trotzdem bleibt die Strömung dort jedoch quasi laminar. In diese Zone wird der Strom aus geschmolzenem Glas oder aus einem anderen ausziehbaren Material eingeführt. Wegen des laminaren Charakters der Strömung in dieser dreieckigen Zone wird der Glasstrom nicht in mehrere Fragmente aufgeteilt; vielmehr wird er in Form eines einzigen, im Ausziehen begriffenen Stromes in den Bereich geleitet, der zwischen den beiden Wirbeln liegt.

Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß die Drehrichtung der Strömungen in den beiden Wirbeln 42 b und 43 b des Gasstrahles entgegengesetzt sind. Der Wirbel 42 b dreht sich in Fig. 7 im Uhrzeigersinn, während sich der Wirbel 43 b in entgegengesetztem Sinne dreht. Die Strömungen in den beiden Wirbeln laufen somit in den oberen Wirbelteilen aufeinander zu und verlaufen dann nach unten in Richtung auf die zentrale Zone, d. h. den laminaren Strömungsbereich 44 b.

Für ein Wirbelpaar 45 a und 46 a, das dem aus der Austrittsöffnung a stammenden Gasstrahl zugeordnet ist, sind die Drehrichtungen der Wirbel, auf die obenstehend abgehoben ist, durch Pfeile angegeben. Man sieht aus der Zeichnung, daß bei der Darstellung des Strömungsbildes des aus der Austrittsdüse a austretenden Gasstrahles ein Schnitt verwendet ist, der in Höhe des stromab gelegenen Endes des laminaren Strömungsbereiches 44 a liegt, d. h., in der Nachbarschaft des Bereiches, in dem die beiden Wirbel nach Vergrößerung ihrer Abmessungen sich zu verschmelzen und zu vermischen beginnen. Dieses Verschmelzen und Vermischen erfolgt immer stärker, je weiter sich der Gasstrahl in Stromabwärtsrichtung bewegt. Aus Fig. 7 ist auch deutlich ersichtlich, daß der aus der Austrittsdüse a stammende Gasstrahl nicht nur die beiden Wirbel 45 a und 46 a aufweist, sondern auch noch zwei weitere Wirbel 47 a und 48 a, die in untereinander entgegengesetztem Drehsinne umlaufen, wie dies auch aus Fig. 7 und 10 ersichtlich ist. Der in Fig. 7 links gelegene Wirbel 47 a läuft jedoch entgegen dem Uhrzeigersinne um, während der dort rechts gelegene Wirbel 48 a im Uhrzeigersinne dreht. Derartige Doppelpaare von Wirbeln werden natürlich in einem jeden der Gasstrahlen erzeugt und angefunden. Die Ursache für die Bildung des unteren Wirbelpaares eines Gasstrahles ist jedoch eine andere als die für die Bildung des oberen Wirbelpaares, was später unter Bezugnahme auf Fig. 8 noch erläutert werden wird.

Aus Fig. 7 ist ferner ersichtlich, daß, ausgehend von der Schnittebene, in der die der Austrittsdüse a zugeordneten Wirbel dargestellt sind, die vier Wirbel eines Gasstrahles sich zu verschmelzen suchen, wodurch sich ein weniger scharfes Strömungsbild einstellt. Dies ist in Fig. 7 an dem Schnitt 49 c dargestellt, der an dem aus der Austrittsöffnung c stammenden Gasstrahl vorgenommen ist. Die Wirbelströmungen nehmen an Intensität ab, und die Gesamtströmung, eingeschlossen die laminare Strömung in der zentralen Zone des Gasstrahles, vermischt sich in dem im Schnitt 49 c angegebenen Bereich. Der Gasstrahl bewegt sich dann weiter in Stromabwärtsrichtung auf den Hauptgasstrom 18 zu.

In Fig. 7 sind der Übersichtlichkeit der Darstellung wegen die verschiedenen Schnitte durch verschiedene Abschnitte der Gasstrahlen schematisiert gezeigt. An einer nur wenig stromab der Wirbelbildungszone gelegenen Stelle sind z. B. die in Bildung begriffenen Wirbelpaare der einzelnen Gasstrahlen so dargestellt, daß sie nur wenig von dem Wirbelpaar entfernt sind, die gerade in einem jeden der benachbarten Gasstrahlen erzeugt werden. In Wirklichkeit grenzen diese verschiedenen Wirbel praktisch aneinander an.

Nach Fig. 8 liegt der Entstehungsort des unteren Wirbelpaares in dem unterhalb der Ablenkplatte 40 gelegenen Bereich. In Fig. 8 ist nur der untere Wirbel 48 b gezeigt, der hinter dem laminaren Strömungsbereich 44 b entsteht. Die Drehung der unteren Wirbel ist das gemeinsame Resultat der Einwirkung des Gasstrahles auf die innenliegende Oberfläche der Abdeckplatte 40 und der angesaugten Luftströme, die sich mit der Strömung des Gasstrahles vereinen. Anscheinend hat diese Drehung keinen Einfluß auf das Fördern des Stromes aus ausziehbarem Material, während die Richtung der Strömungen der oberen Wirbel einen äußerst wichtigen Einfluß hat sowohl auf das Ausziehen selbst als auch zuvor schon auf das Fördern des Stromes aus ausziehbarem Material in dem laminaren Strömungsbereich als auch später auf die Strömungsverhältnisse im Gasstrahl stromab des Punktes, in dem die Wirbel miteinander verschmelzen.

Wegen der Form der Strömung des Gasstrahles im laminaren Strömungsbereich und in den Wirbelpaaren, insbesondere im obenliegenden Wirbelpaar einer jeden Gruppe, ergibt sich, daß der Strom in der laminaren Strömung der mittleren Zone mitgenommen wird. Auf diese Weise wird der Strom in den Bereich hoher Geschwindigkeiten gefördert, der zwischen den Wirbelpaaren liegt. Auf diese Weise wird der Strom ausgezogen, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Dieses Ausziehen des Stromes erfolgt im wesentlichen in einer Zone, die der in Fig. 7 dargestellten Ebene P entspricht. Die Wirbelpaare des Gasstrahles führen zu einem raschen Hin- und Herpeitschen der ausgezogenen Faser im wesentlichen im Bereich der Ebene P. Ein derartiges Ausziehen führt nicht dazu, daß die in Bildung begriffenen Fasern nach beiden Seiten in Richtung auf die benachbarten Gasstrahlen zu aus den Gasstrahlen herausgeschleudert werden.

Weiter stromab führt die Bewegung des Gasstrahles, der die im Ausziehen begriffene Faser mit sich trägt, zu einem Eindringen des Gasstrahles in die obere Begrenzungsfläche des Hauptgasstromes 18, wenn in der Strömung des Gasstrahles noch so viel kinetische Energie steckt, daß ein derartiges Eindringen möglich ist. Dann beginnt die zweite Stufe der Faserbildung.

Natürlich ist in dem Bereich, in dem die sekundären Gasstrahlen in den Hauptgasstrom eindringen, die Strömung und die Geschwindigkeit eines jeden der Gasstrahlen noch so auf die Umgebung der Strahlachse konzentriert, daß ein jeder der Gasstrahlen für sich gesondert eine Wechselwirkungszone mit dem Hauptgasstrom erzeugt. In Fig. 7 ist demgemäß ein Paar von gegenläufigen Wirbeln TT gezeigt, das in der Wechselwirkungszone erzeugt wird. Dieses Wirbelpaar führt zu Strömungen, die ein zusätzliches Ausziehen der in Bildung begriffenen Faser bewerkstelligen. Diese Faser wird dann von der durch den Gasstrahl und den Hauptgasstrom gebildeten Gesamtströmung zu einer geeigneten Auffangeinrichtung getragen, z. B. dem in Fig. 1 gezeigten, mit Durchbrechungen versehenen Förderband 26 oder einem mit Durchbrechungen versehenen Förderriemen.

Was zunächst die Relativstellung zwischen den Austrittsdüsen 21 der Gasstrahlen und der Ablenkplatte 40 betrifft, so läßt sich diese so einstellen, daß man eine solche Verbreiterung der Gasstrahlen erhält, bei der die einander benachbarten Gasstrahlen im wesentlichen in Höhe der Kante 41 der Ablenkplatte in Berührung zueinander treten. Diese Anordnung ist die in Fig. 7 gezeigte. In diesem Falle liegen die Ursprungspunkte oder Scheitel der oberen Wirbelpaare der Gasstrahlen auf der Kante 41 der Ablenkplatte 40.

Die Gasstrahlen und die Ablenkplatte können so angeordnet sein, daß sich die Gasstrahlen an Punkten gegenseitig berühren, die merklich stromauf oder stromab des Randes der Ablenkplatte liegen. Es wird jedoch vorgezogen, daß der Punkt des Zusammenstoßes zwischen benachbarten Gasstrahlen sehr nahe der Kante 41 eingestellt wird; in diesem Fall erhält man nämlich die maximale Stabilität der Wirbel der Gasstrahlen und damit auch die maximale Stabilität des laminaren Strömungsbereiches des Gasstrahles. Die Stabilität des laminaren Strömungsbereiches ist wiederum von großer Wichtigkeit für die Stabilisierung der Zuführung des Glases in der Vorrichtung.

Befindet sich der Punkt, an dem benachbarte Gasstrahlen aufeinandertreffen, in spürbar großem Abstand unterhalb des Randes der Ablenkplatte, so werden die Wirbel instabil. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ihre Bildung in einem freien Raum erfolgt, anstatt an der Kante der Ablenkplatte. Liegen dagegen die Spitzen der Wirbel an der Kante oder im wesentlichen an der Kante der Ablenkplatte, so scheinen die Wirbel des Gasstrahles an der Kante der Ablenkplatte in stabiler Stellung zu "haften".

Treffen gerade umgekehrt benachbarte Gasstrahlen an einem Punkt aufeinander, der um eine spürbar große Strecke stromauf der Kante der Ablenkplatte liegt, so wird die Wirbelbildung durch die Ablenkplatte selbst behindert.

Damit die Bildung des oberen Wirbelpaares an der Kante 41 der Ablenkplatte erfolgt, ist es auch wichtig, daß diese Kante in Höhe der Mittenachsen der Gasstrahlen oder im wesentlichen auf dieser Höhe steht. Befindet sich die Kante der Ablenkplatte geringfügig höher, so nimmt die Ablenkung der Gasstrahlen entsprechend stark ab, diese Ablenkung kann jedoch auch ganz verschwinden, und in diesem Fall wird überhaupt kein Wirbel mehr gebildet. Liegt dagegen die Kante der Ablenkplatte zu weit unten, befindet er sich z. B. unterhalb der unteren Begrenzungsfläche des Gasstrahles, so besteht die Gefahr einer weniger gleichförmigen Wirbelbildung, und die Wirbelgeometrie ist nicht so schön ausgebildet.

Werden die Wirbel unter den vorteilhaftesten Bedingungen erzeugt, d. h. dann, wenn ihre Spitzen an der Kante der Ablenkplatte "kleben", so haben die Wirbel die beste Stabilität, und man erhält dann das gleichförmigste Arbeiten und das stabilste Arbeiten der Vorrichtung, was das Zuführen des Stromes aus ausgeschmolzenem Glas und sein Ausziehen im Bereich der oben beschriebenen Ebene P betrifft.

Betrachtet man die Fig. 11, 11a und 11b sowie die in den nachstehenden Tabellen aufgeführten Angaben, so ist zunächst darauf hinzuweisen, daß die Darstellung der verschiedenen Bauelemente der Anlage, insbesondere in Fig. 11, derart erfolgt, daß sich die Variationsbreite für die Abmessungen und Winkel leichter darstellen lassen; diese Darstellung gibt jedoch nicht unbedingt in allen Variationsbereichen die bevorzugten Werte für Arbeitsparameter an.

In Fig. 11 sind die drei wichtigsten Elemente der Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus ausziehbarem Material, nämlich der Generator für den Hauptgasstrom, die Einrichtung zur Erzeugung der Gasstrahlen und die Einrichtung zum Zuführen ausziehbaren Materials im Schnitt gezeigt, wie auch in den Fig. 2 und 8. Die Fig. 11, 11a und 11b sind jedoch mit Bezeichnungen versehen, die bestimmten Abmessungen und bestimmten Winkeln der Bauelemente entsprechen, auf die in den nachstehenden Tabellen Bezug genommen ist.

Tabelle I

Abmessungsangaben für die Spinndüse und die Spinnwarzen

Tabelle II

Abmessungsangaben für die Strahlkammer und die Ablenkplatte

Was die angegebenen Werte für das Verhältnis l _JD /d _J betrifft, so entspricht der Wert 0 der Stellung der Ablenkplatte, bei der der unterste Teil der Kante der Ablenkplatte sich auf der Achse der Gasstrahlen befindet. Negative Werte entsprechen Stellungen der Kante der Ablenkplatte oberhalb der Achsen der Gasstrahlen.

Tabelle III

Abmessungsangaben betreffend die Einrichtung zum Erzeugen des Hauptgasstromes

Zusätzlich zu den oben angegebenen Abmessungsangaben und Winkelangaben, die die drei Hauptteile der Vorrichtung betreffen, sollen noch einige Angaben zur gegenseitigen Lage der Vorrichtungsteile gegeben werden, die in der nachstehenden Tabelle enthalten sind.

Tabelle IV

Angaben zur Relativlage der verschiedenen Vorrichtungsteile

Zu der Größe X _BJ ist noch anzumerken, daß die negativen Werte dem in Fig. 11 gezeigten Fall entsprechen, bei dem der Ausgang der den Hauptgasstrom 18 abgebenden Düse 16 sich stromauf der Austrittsdüsen 21 für die sekundären Gasstrahlen befindet (bezogen auf die Fortpflanzungsrichtung des Hauptgasstrahls).

Auch gewisse Betriebsparameter, die den Zustand des Gasstrahles und des Hauptgasstromes betreffen, sind von Wichtigkeit. Diese werden in der nachstehenden Tabelle angegeben, wobei die nachstehenden Abkürzungen verwendet werden:

T = Temperatur p = Druck V = Geschwindigkeit ρ = Dichte

Tabelle V

Angaben betreffend die Zustandsgrößen des Gasstrahles

Tabelle VI

Angaben betreffend die Zustandsgrößen des Hauptgasstromes

Obwohl in der Tabelle V die Temperatur des sekundären Gasstrahles als nahe bei Raumtemperatur liegend angegeben ist, versteht sich, daß diese Temperatur auch nicht ganz so tief gewählt werden kann. Ganz allgemein gilt, daß der Gasstrahl vorzugsweise eine Temperatur hat, die ganz erheblich niedriger liegt als der Erweichungspunkt des auszuziehenden thermoplastischen Materials. Im Fall von Glas oder ähnlichen mineralischen Materialien wählt man die Temperatur vorzugsweise niederer als 200°C, eine Temperatur von weniger als 100°C eignet sich besonders gut.

Nachstehend wird noch ein konkretes Beispiel für die Herstellung von Glasfasern gegeben:

In einer Vorrichtung mit 70 Faserbildungszentren, die den in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Aufbau hat, wird ein Glas mit der nachstehenden Zusammensetzung in Gewichts-% zu Fasern verarbeitet:

SiO₂63,00 Fe₂O₃ 0,30 Al₂O₃ 2,95 CaO 7,35 MgO 3,10 Na₂O14,10 K₂O 0,80 B₂O₃ 5,90 BaO 2,50

Die Temperatur der Düse liegt in der Nähe von 1500°C, die Temperaturen des Gasstrahles und des Hauptgasstromes liegen größenordnungsmäßig bei 20°C bzw. bei 1500°C.

Das Verhältnis zwischen der kinetischen Energie pro Volumeneinheit des Gasstrahles und der kinetischen Energie pro Volumeneinheit des Hauptgasstromes liegt nahe bei 10, und man arbeitet mit einem Einheitsdurchsatz von 55 kg/24 h pro Abgabeöffnung der Ziehdüse. Der mittlere Durchmesser der am Ende des zweistufigen Ausziehens erhaltenen Fasern beträgt unter diesen Arbeitsbedingungen etwa 6 µm.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material in einem Gasstrahl unter Verwendung gegenläufiger Wirbel, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenläufigen Wirbel durch einen auf einen Ablenkkörper gerichteten Gasstrahl erzeugt werden und daß aus einer Ziehdüse austretende Material in den laminaren Bereich zwischen den Wirbeln des Gasstrahls eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Gasstrahl gezogene Material mit diesem in einen Hauptgasstrom eingeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Wirbel zweier paralleler Gasstrahlen aneinanderstoßen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gasstrahls unter 200 Grad Celsius, vorzugsweise auf Umgebungstemperatur eingestellt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Ziehdüse und einem mit Auslaßöffnungen versehenen Generator zur Erzeugung von Gasstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Ablenkkörper (40) aufweist, der mindestens teilweise in die Bahn eines jeden Gasstrahles zwischen der Auslaßöffnung des Generators (20) und dem aus der Ziehdüse austretenden Materialstrom hineinragt, wobei die Ziehdüse oberhalb einer Zone angeordnet ist, welche zwischen den durch den Ablenkkörper (40) gebildeten Wirbeln liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen für die Gasstrahlen ausreichend nahe zueinander angeordnet sind, wodurch benachbarte Gasstrahlen nach Ablenkung durch den Ablenkkörper (40) seitlich aneinanderstoßen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zur Erzeugung eines Hauptgasstromes mit größerem Querschnitt als die Gasstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator in einem der Ablenkkörper (40) mit Abstand oberhalb des Generators zur Erzeugung des Hauptgasstromes angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Auslaßöffnungen des Generators zur Erzeugung der Gasstrahlen im wesentlichen parallel gerichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkkörper (40) eine unter einem Winkel zur Bahn der Gasstrahlen angeordnete Fläche aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen 35 Grad und 55 Grad beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Kante (41) des als Platte ausgebildeten Ablenkkörpers (40) sich längs einer Linie erstreckt, die im Bereich der Achsen der Gasstrahlen angeordnet ist.