DE2830586C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung von Glasfäden - Google Patents

Description

• Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von Glasfäden, die von Spinnkegeln abgezogen werden, bei dem in den Spinnraum ein in einem rohrschlangenförmigen Wärmetauscher durch die Abstrahlungswärme erhitztes Gas oder Gasgemisch eingeleitet wird.
• Das Verfahren dieser Gattung wird in großem Umfang bei der Herstellung feiner Glasfäden eingesetzt, wobei heutzutage meist ein intermittierend oder kontinuierlich, im Maße des Verbrauchs mit Glasrohstoff gespeister Behälter aus einem hitzebeständigen Material verwendet wird. Nur selten noch werden zu diesem Zweck batterieweise in mehreren Reihen nebeneinander angeordnete Glasstäbe eingesetzt, deren in Anpassung an den Verbrauch kontinuierlich vorgeschobenen Enden durch eine Erwärmungseinrichtung abgeschmolzen werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird aber von einem mit Glasrohstoff fortlaufend gespeistem Behälter ausgegangen. Aus in dem Boden des Behälters befindlichen Öffnungen strömt das aufgeschmolzene Glas, in Einzelströme aufgeteilt und an der Außenseite der Öffnung einen sogenannten Spinnkegel bildend, aus. Diese Einzelströme erhärten an der Luft und bilden so die Glasfäden, die fortlaufend, z. B. durch eine Ziehtrommel, Spule oder dgl., abgezogen und weiterverarbeitet werden.
• Es ist ferner grundsätzlich bekannt, den sich in Ziehrichtung an die Ausströmöffnungen anschließenden und der Abstrahlungshitze des die Öffnungen enthaltenden Behälters ausgesetzten Raum, dem sogenannten "Spinnraum", ein den Fadenabzug förderndes und/oder die Fäden behandelndes Gas oder Gasgemisch zuzuleiten (z. B. DE-OS 24 60 270, US-PS 32 48 192).
• Durch die DE-OS 22 11 150 ist auch ein Verfahren und eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei dem zu dem Zweck, ein Benetzen der Außenfläche von Spinnwarzen oder Durchflußöffnungen durch das Glas zu verhindern, dem Spinnraum, und zwar den Ausflußöffnungen möglichst direkt, mit Hilfe eines Gases oder Gasgemisches ein kohlenstoffhaltiges oder kohlenstoffähnliches Material zuzuleiten, das sich an den Flächen, die nicht benetzt werden sollen, ablagert.
• Hierzu wird ein inertes Gas mit einer vergleichsweise geringen Menge eines organischen Gases bzw. Kohlenstoff-Wasserstoff-Gases zugeführt, das im Gebiet der Glasströme eine Wasserstoffkomponente enthält. Dabei werden beide Gase in der Hitze zerlegt. Die Zuführung des Gases bzw. Gasgemisches wird mit Hilfe in Längsrichtung des Glasbehälters verlaufenden, eventuell schräg zu den Fadenebenen liegenden, flachen Rohren bewerkstelligt, deren obere, den Spinnöffnungen und damit auch dem heißesten Bereich des Spinnraumes am nächsten liegenden Krümmungen eine Vielzahl von Ausströmschlitzen aufweisen.
• Da für die Erzeugung jeweils einer in Schlitze aufgeteilten Gasströmung nur ein einziges flachgedrücktes radiatorähnliches Verteilungsrohr vorhanden ist und die heißesten Bestandteile des Gases nach unten abzusinken bestrebt sind, wird sich in den Rohren eine Verteilung einstellen, nach der die kältesten Teile des Gases ganz unten und die praktisch bereits zerlegten Bestandteile an den Verteilerschlitzen sich befinden. Dies wird als nachteilig angesehen, weil es nicht ausschließt, daß sich im unteren Teil der Rohre nicht verdampfendes Gas sammelt, d. h. nicht laufend verbraucht wird, und weil die sowieso dem heißesten Bereich der Spinnzone am nächsten liegenden Bereiche der Rohre, die auch den heißesten Teil des Gases führen, durch die Hitzeeinwirkung der vorzeitigen Zerstörung ausgesetzt sind. Auch wird die Entmischung gefördert.
• Außerdem treten bei dem bekannten Verfahren Verteilungsprobleme auf. Je näher nämlich der durch die Schlitze aufströmende Gasnebel an den Ausströmöffnungen für das Glas und damit an den eventuell hier noch nicht ganz erhärteten Fäden liegt, desto weniger Zeit und Raum hat der Gasnebel, sich nach den Seiten verteilend auszubreiten. Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß durch die fortlaufend mit hoher Geschwindigkeit abgezogenen Glasfäden ein ständiger, in Abzugsrichtung gerichteter Luftstrom entsteht, der den Nebel, sobald er in seinen Bereich gelangt, erfaßt und mitnimmt.
• Aus der US-PS 33 45 147 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Glasfasern bekannt, bei dem die Glasausflußdüsen zur Einhaltung einer bestimmten Viskosität des durchfließenden Glases durch zwischen den Glasausflußdüsenreihen liegende Rohre gekühlt werden, die die Form lamellenartiger Rippen haben. Aus diesen lamellenartigen Rippen tritt eingeführte Kühlluft oder eine Kühlflüssigkeit direkt an die Spinnkegel aus. Bei einem Betrieb mit Kühlflüssigkeit sammelt sich dabei im Bodenbereich der Lamellen die kühlere Flüssigkeit, während verdampfte Flüssigkeit aus dem oberen Bereich der Lamellen ausströmt, womit auch hier in dem heißesten Bereich der Spinnzone der heißeste Teil der erhitzten Flüssigkeit geführt wird, während sich die vergleichsweise kühlere Flüssigkeit in dem unteren, weniger heißen Bereich der Spinnzone befindet. Bei diesem bekannten Verfahren wird keine zufriedenstellende Verteilung des Gasnebels erreicht, und die das Kühlmedium führenden Lamellen sind einer sehr großen Hitzeeinwirkung ausgesetzt, die zu ihrer vorzeitigen Zerstörung führen kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so weiter zu entwickeln, daß die vorhandene Wärme besser ausgenutzt und trotzdem die für seine Durchführung bestimmte, in der Abstrahlungswärme des Spinnraumes liegende Vorrichtung weitgehend geschont wird, wobei eine den ganzen Spinnraum erfassende Verteilung des erzeugten Gasnebels gewährleistet sein soll. Diese Aufgabe schließt die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 3 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß zuerst das noch verhältnismäßig kühle Druckgas und dann die verhältnismäßig kühle Flüssigkeit in die heißeste Zone des Rohrsystems einströmt, diese kühlt und dabei gleichzeitig verdampft, woraufhin der aufgeheizte Fördergas-Flüssigkeits-Nebel einem Verteiler zugeführt wird, der weiter vom Spinnraum entfernt ist und sich damit in einer kühleren Zone des Rohrsystems befindet, von wo der Fördergas-Flüssigkeits-Nebel in Richtung des Spinnraumes über die abgezogenen Fäden verteilt wird. Damit wird das Rohrsystem vor übermäßiger Hitzeeinwirkung bewahrt und eine gleichmäßige, den ganzen Spinnraum erfassende Verteilung des erzeugten Gasnebels gewährleistet. Es kann vorgesehen sein, daß der erzeugte Fördergas-Flüssigkeits-Nebel gegen eine Verteilerfläche geblasen wird, wobei dies insbesondere für größere Anlagen besonders vorteilhaft ist.
• Das Verfahren nach der Erfindung ist anhand zweier Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung desselben zur Anschauung gebracht und nachfolgend beschrieben. Es stellt dar
• Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, sehr schematisch im Teil-Vertikalschnitt;
• Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Fig. 1 entsprechenden schematischen Darstellung, jedoch einem dieser gegenüber kleineren Maßstab;
• Fig. 3 einen wesentlichen Bestandteil einer Vorrichtung nach Fig. 2, gesehen in Pfeilrichtung III der Fig. 2.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in zunächst üblicher Weise aus einem in einzelnen nicht dargestellten, durch einen Profilrahmen zusammengehaltenen Mantel 1 aus feuerfestem Material, der eine sogenannte Düsenleiste 2 aus Platin oder einer Platinlegierung einschließt, die oben offen ist, so daß sie z. B. nach der DE-OS 23 26 975 im Maße des durch den Fadenabzug entstehenden Verbrauchs mit Rohglas intermittierend oder kontinuierlich gespeist werden kann. Der Boden der Düsenleiste weist Durchflußöffnungen, hier in Gestalt von sogenannten Spinnwarzen 3 auf, an denen sich jeweils ein Spinnkegel 4 bildet, aus dem der Faden 5 fortlaufend abgezogen wird. Da in der Düsenleiste eine Temperatur zwischen 1000 und 1250°C herrscht, und der Düsenleistenboden 6 natürlich nicht durch den z. B. aus Schamotte bestehenden Mantel 1 abgedeckt sein kann, herrscht in dem Raum unterhalb der Öffnungen oder Spinnwarzen 3, dem sogenannten Spinnraum 7, eine verhältnismäßig hohe, durch Abstrahlungswärme entstehende Temperatur.
• Zu dem Zweck, diesen Spinnraum 7 mit einem die einzelnen Fäden, und zwar auch die innerhalb der Fadenkolonne ablaufenden Fäden, umhüllenden Nebel anzufüllen, ist ein allgemein mit 8 bezeichneter Wärmeaustauscher vorgesehen, dem von einer nicht dargestellten Quelle Druckluft zugeführt wird. Der Begriff "Nebel" dient hier der allgemeinen Bezeichnung eines zum Ausströmen gebrachten Gases oder Gasgemisches oder einer verdampften Flüssigkeit, die z. B. ein Schmälzöl, ein Antistatikum, aber auch einfach Wasser bzw ein Gemisch sein kann. Mit dem sich auf den ablaufenden Fäden niederlassenden Nebel können diese z. B. geschmälzt und bzw. oder ihre elektrostatische Aufladung verhindert werden.
• Der Wärmeaustauscher 8 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel neben der Düsenleiste 2 teilweise in die Unterseite des Mantels 1 eingelassen und besteht aus mindestens einem Mischrohr 9 und einem Abgaberohr 10, die beide durch einen Krümmer 11 miteinander verbunden sind. In das Mischrohr 9 wird zunächst Druckluft von 0,5 bar und dann die Behandlungsflüssigkeit, z. B. ein Schmälzöl, eingeführt. Diese beiden Komponenten kommen als verhältnismäßig kühle Medien in das dem heißeren Teil des Spinnraumes 7 nähergelegene Mischrohr 9, werden in diesem erwärmt und als Luft-Flüssigkeits-Gemisch verdampft, gelangen dann in den dem Spinnraum abgewandten kälteren Bereich des Wärmeaustauschers und treten hier durch Düsenöffnungen oder dgl. 12 aus. Auf diese Weise wird der Temperaturunterschied zwischen den für die Erzeugung eines den Fadenabzug fördernden und/ oder die entstehenden Fäden behandelnden Gasgemisches dienenden Medien für die Kühlung der dem heißeren Teil des Spinnraumes näherliegenden Teil des Wärmetauschers ausgenutzt.
• Der Austrittsnebel tritt gegen eine Verteilerfläche, hier in Gestalt einer Siebwand 13, und verteilt sich an dieser über die Länge der Rohre und d. h., die Breite der Düsenleiste tritt durch die Siebmaschen hindurch und wird an der Rückseite der Verteilerfläche durch den durch den Fadenabzug erzeugten Luftstrom 14 mitgerissen, so die einzelnen Fäden 5 einhüllend.
• Druckluft und Flüssigkeit können auch bereits vor Eintritt in das Rohr 9 gemischt werden.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 ist ein allgemein mit 15 bezeichneter Wärmeaustauscher vorgesehen, in den zunächst von einer nicht dargestellten Quelle bei 16 Druckluft eingeleitet wird. Die kalte Luft strömt durch ein Einführungsrohr 17 und gelangt dann in das Mischrohr 18, dem die Behandlungsflüssigkeit durch ein Zuführungsrohr 19 zugeführt wird. Aus dem Mischrohr gelangt das erhitzte und verdampfende Gemisch über ein Zwischenrohr 20 in das Abgaberohr 21, aus dessen Öffnungen 21&min; der Nebel austritt.
• Auch bei diesem Ausführungsbeispiel folgt die Rohranordnung dem Prinzip der sich vom Eintritt des Druckgases bis zum Ausströmen des Nebels vom Spinnraum und damit auch der Wirkung seiner Abstrahlungswärme entfernenden Führung, und hierzu sind die Rohre 17, 18 und 20 an der Außenseite des schräg abstehenden Schenkels 22 eines Blechwinkels 23 befestigt.
• Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Wärmeaustauscher 15 als auswechselbare Einheit gestaltet, in dem der Blechwinkel 23 mit seinem Horizontalschenkel 24 auf durch am Maschinengestell befestigte Winkel 25 gebildeten Schienen 26 so weit eingeschoben werden kann, bis er einen Anschlag erreicht, z. B. mit seiner Seitenwandstirnfläche 27 gegen die Außenwand der hitzefesten Verkleidung 28 der Düsenleiste 29 anstößt.
• Das vertikal und horizontal vom heißesten Bereich des Spinnraumes am weitesten entfernt liegende Abgaberohr 21 hängt hierzu in an der Unterseite des Horizontalschenkels 24 angebrachten Laschen 30.
• Die Druckluft büßt zwar durch die Erwärmung auf dem Wege von ihrem Eintritt durch das Rohr 16 bis zum Abgaberohr 21 einen Teil ihres Druckes ein, aber er reicht aus, um das Gemisch durch die Rohre des Wärmeaustauschers zu drücken und es aus den Öffnungen 21&min; als Nebel auszustoßen.
• Der austretende Nebel wird auf eine allgemein mit 31 bezeichnete Verteilereinrichtung geblasen.
• Diese besteht bei dem dargestellten Beispiel aus einem in Richtung auf die Düsenleiste schräg ansteigenden Blech 32. Dadurch, daß der Nebel gegen die durch das Blech 32 gebildete Wand geblasen wird, verteilt er sich in der Breite. Falls die Öffnungen oder Spinnwarzen 33 gruppenweise angeordnet sind, z. B. in der Weise, daß immer nach fünf, sechs oder mehr Spinnwarzen einer Reihe der insgesamt z. B. zwölf Reihen ein Abstand von der Breite einer Düse oder mehr vorhanden ist, können den Nebel an diese Gruppen leitende Rippen 34 auf das Blech 32 gestellt sein.
• Ebenso wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird auch in diesem Fall der nach oben in Pfeilrichtung steigende Nebel durch den von den abgezogenen Fäden erzeugten Luftstrom mitgerissen.
• Auch die Verteilereinrichtung 31 kann als auswechselbare Einheit gestaltet sein und hierzu auf am Maschinengestell befestigte Konsolen 35 aufschiebbar sein.
• Obwohl es in der Regel ausreicht, wenn der Nebel von einer oder beiden Seiten des Spinnraumes zugeführt wird, können auch zusätzliche Abgaberohre in erfindungsgemäßer Weise in den Mittelzonen unterhalb der Düsenleiste angeordnet werden, wenn deren durch die hohe Zahl der Spinnwarzen-Reihen bedingte Breite die Verteilung des Nebels von außen bis in die mittleren Fadenreihen nicht mehr sichern würde. Die Ausströmlöcher können dann versetzt nach beiden Seiten gerichtet sein, und die Leiteinrichtung, z. B. entsprechend dem Blech 32 nach Fig. 2, kann dann in Gestalt eines V-förmigen Bleches den erzeugten Nebel nach beiden Seiten verteilen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Kühlung von Glasfäden (5), die von Spinnkegeln (4) abgezogen werden, bei dem in den Spinnraum (7) ein in einem rohrschlangenförmigen Wärmetauscher durch die Abstrahlungswärme erhitztes Gas oder Gasgemisch eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Luft oder Fördergas in den Wärmetauscher im spinnkegelnahen Bereich des Spinnraumes eingeführt, erhitzt, in das ausströmende Fördergas eine Flüssigkeit eingeleitet, diese verdampft und der sich mit zunehmender Erwärmung zunehmend vom Spinnraum entfernende Fördergas-Flüssigkeits-Nebel einem Verteiler (10, 21) zugeführt und über diesen in Richtung des Spinnraumes über die abgezogenen Fäden verteilt wird.

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Gemischnebel gegen eine Verteilerfläche geblasen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einem von einer hitzebeständigen Umkleidung umgebenen, flüssiges Gas aufnehmenden Behälter, aus dessen in seinem Boden befindlichen Öffnungen Glasfäden abgezogen werden, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher (8, 15) aus mindestens zwei Rohren, deren eines als Mischrohr (9, 18) mit einer Druckluftquelle und einer Zuleitung (19) für eine Behandlungsflüssigkeit dem Spinnraum (7) näher als das andere, mit Öffnungen (12, 21&min;) versehene Abgaberohr (10, 21) liegt, in dessen Öffnungsbereich eine Verteilerwand (13, 32) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (18) mit Zuführung (19) für das flüssige Medium zwischen einem Zuleitungsrohr (17) für die Druckluft und einem Zwischenrohr (20) liegt.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (17, 18, 20) an einem in Richtung auf den Boden des Glasbehälters (29) schräg aufwärts gerichteten Vertikalschenkel (22) eines eine auswechselbare Einheit bildenden Blechwinkels (23) befestigt sind, dessen Horizontalschenkel (24) verschiebbar auf Konsolen (25) ruht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerwand eine Siebwand (13) ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerwand ein in Richtung auf den Boden des Glasbehälters schräg aufsteigendes Blech (32) ist.