DE2836457A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von fasern aus ausziehbarem material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material, insbesondere aus thermoplastischem Material, speziell aus Mineralien, wie z.B. Glas oder ähnlichen Zusammensetzungen, die aufgeheizt und in schmelzflüssigem Zustand zugeführt werden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet für das Ausziehen von Glas und ähnlichen thermoplastischen Materialien ist, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung lediglich beispielshalber auf die Herstellung von Fasern aus Glas.

Es sind bereits einige Verfahren unter Verwendung von Wirbelströmen bekannt, um Fasern durch Ausziehen von schmelzflüssigem Glas herzustellen.

Insbesondere ist in der FR-PS 2 223 318 die Bildung von in entgegengesetzter Richtung rotierenden Paaren von Wirbeln

in einer Wechselwirkungszone beschrieben, die dadurch hervorgerufen wird, daß man einen Gasstrahl, einen sogenannten sekundären Gasstrahl oder Trägergasstrahl auf einen Hauptgasstrom mit größeren Abmessungen ausrichtet und in diesen eindringen lässt, während ein Glasstrom aus schmelzflüssigem Glas in diese Wechselwirkungszone eingeleitet und dort ausgezogen wird.

In der FR-PS 2 223 318 und den FR-Patentanmeldungen 76 03 und 76 37 884 sind bereits verschiedene Arten von Vorrichtungen beschrieben, die zum Ausziehen eines derartigen Materials in einer Wechselwirkungszone Verwendung finden. In sämtlichen Fällen lässt man in einen Hauptgasstrom eine Strömung oder einen Gasstrahl eindringen, dessen kinetische Energie pro Volumeneinheit größer als die des Hauptgasstromes ist, wobei der Gasstrahl einen Querschnitt besitzt, dessen Abmessung quer zum Hauptgasstrom geringer als die des Hauptgasstromes ist.

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Ein Strom aus ausziehbarem Material wird in die Wechselwirkungszone des Gasstrahles mit dem Hauptgasstrom eingeführt, und zwar entweder direkt unter der Einwirkung der Schwerkraft oder indem man den Glasstrom _zu Beginn dem Gasstrahl zuführt, damit er auf diese Weise in die Wechselwirkungszone mitgenommen wird.

Bei der nachstehenden Unters achung wird die Tatsache berücksichtigt, daß der Ausziehvorgang von thermoplastischen Materialien, wie z.B. Glas, notwendigerweise bei hoher Temperatur stattfinden muß. Das aufgeheizte Glas befindet sich somit in schmelzflüssigem Zustand, beispielsweise auf einer Temperatur, die oberhalb von etwa 125O⁰C liegt; um hohe Leistungen zu erzielen, muß die Temperatur der zum Ausziehen verwendeten Gase in Kontakt mit dem Strom des auszuziehenden Materials und der in der Entstehung befindlichen Faser ausreichend hoch sein, um das Glas auf einer zum Ausziehen geeigneten hohen Temperatur zu halten.

Bei der Anordnung nach der FR-PS 2 223 318 besitzen sowohl der sekundäre Gasstrahl als auch der Hauptgasstrom relativ hohe Temperaturen, die beispielsweise für den Gasstrahl in der Größenordnung von 800⁰C und für den Hauptgasstrom in der Größenordnung von 1580⁰C liegen.

Obwohl in der FR-Patentanmeldung 76 03 416 die Möglichkeit angegeben ist, für den Gasstrahl niedrige Temperaturen zu verwenden, beispielsweise in der Größenordnung der Umgebungstemperatur, sind dort für den Hauptgasstrom relativ hohe Temperaturen vorgesehen, die in der Größenordnung der oben genannten Temperaturen liegen.

Da einerseits der Hauptgasstrom große Gasvolumina enthält und andererseits nur ein Teil für den Ausziehvorgang des

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thermoplastischen Materials in der Wechselwirkungszone verwendet wird, hat die Aufheizung des gesamten Gases des Hauptgasstromes auf relativ hohe Temperaturen beträchtliche Energie- oder Wärmeverluste zur Folge.

Diese Energieverluste lassen sich durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung vermeiden; im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ermöglicht es die Erfindung, nicht nur einen Gasstrahl mit niedriger Temperatur, sondern auch einen Hauptgasstrom zu verwenden, dessen Temperatur relativ niedrig ist. Gemäß der Erfindung erfolgt eine lokalisierte Verbrennung eines Brennmaterials in unmittelbarer Nähe des Stromes aus ausziehbarem Material in der Wechselwirkungszone des Gasstrahles mit dem Hauptgasstrom, so daß die gewünschte Temperatur für den Ausziehvorgang in dieser Zone erreicht und aufrecht erhalten wird, ohne daß es erforderlich ist, den gesamten Hauptgasstrom aufzuheizen. Auf diese Weise kann die Temperatur der vom Generator des Hauptgasstromes emittierten Gase beträchtlich reduziert werden, was mit einer entsprechenden Energieeinsparung einhergeht.

Die Lokalisierung der Energie beim erfindungsgemäßen Verfahren führt zu einer beträchtlichen Energieeinsparung sowie einer Reihe weiterer Vorteile. Beispielsweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die rasche Abkühlung der Fasern nach dem AusziehVorgang, was die mechanischen Widerstandseigenschaften der Fasern für eine große Anzahl von thermoplastischen Materialien verbessert. Außerdem ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, sehr lange Fasern zu erhalten, wobei dieses Ergebnis für bestimmte Anwendungszwecke besonders wünschenswert ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen im folgen-

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den anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Fasern und deren Aufnahme, bei der ein Paar von Gasstrahlen in jedem Zentrum zur Faserherstellung verwendet wird und bei der einige Teile im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Darstellung in vergrößertem Maßstab zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt in vergrößertem Maßstab der ein Zentrum zur Faserherstellung bildenden Elemente in der Ebene der öffnungen, die die Gasstrahlen emittieren ι

Fig. 4 einen Vertikalschnitt der Elemente eines Zentrums zur Faserherstellung bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Draufsicht auf mehrere benachbarte Gasstrahlen und Teile des Hauptgasstromes, die der Anordnung nach Fig. 4 und 5 entsprechen, jedoch unter Weglassung der Zuführungseinrichtung für das Glas und der im Entstehen befindlichen Fasern;

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Fig. 7 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung mit einer zusätzlichen Einrichtung;

Fig. 8 eine Seitenansicht, teilweise im Vertikalschnitt, zur Erläuterung der Anwendung der Eigenschaften der Erfindung auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern nach Fig. 11 der FR-PS 2 223 318;

Fig. 9a und 9b schematische Darstellungen im Schnitt eines Zentrums zur Faserherstellung, wobei Fig. 9a die Bedingungen und den Vorgang der Faserherstellung in einer Wechselwirkungszone ohne Lokalisierung der Energie zeigt, während in Fig. 9b dasselbe Zentrum zur Faserherstellung aber unter Verwendung der Lokalisierung der Energie dargestellt ist; und in

Fig. 10 eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Vorteiles des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn man für die Faserherstellung bestimmte Arten von thermoplastischen mineralischen Materialien verwendet .

Bei der nachstehenden detailierten Beschreibung wird zunächst auf die in den Figuren der Zeichnung angegebene Vorrichtung Bezug genommen und anschließend verschiedene Aspekte analysiert, die sich auf die Lokalisierung der Energie während des Betriebes dieser Vorrichtung beziehen.

Zunächst soll im folgenden auf Fig. 1 Bezug genommen werden, wo schematisch bei 8 ein Generator für einen Hauptgasstrom gezeigt ist, beispielsweise ein Brenner, der mit einem Rohr (Düse)9 versehen ist, das in einer ungefähr horizontalen Richtung einen Hauptgasstfom 10 austreten lässt. Dieser Hauptgasstrom kann selbstverständlich auch in andere Richtungen ausgerichtet

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Ein Sammelbehälter 13, der über ein Verbindungsteil 12 an einen Strahlverteiler 11 angeschlossen ist, versorgt diesen mit unter Druck stehendem Gas, beispielsweise mit Druckluft. Man erkennt aus den Fig. 2 und 3, daß der Strahlverteiler 11 Paare von öffnungen 14 und 15 für die Emission von Gasstrahlen aufweist, wobei aufeinanderfolgende Paare von öffnungen die Bezugszeichen 14a - 15a., 14b - 15b, 14£ - 15<c, 14d - 15d tragen; die aus diesen Paaren von öffnungen emittierten Gasstrahlen sind mit den entsprechenden Buchstaben bezeichnet. Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung drei Paare von Gasstrahlen, während ein. einziges Paar von Gasstrahlen a. - a in den Fig. 1 und 3 wiedergegeben ist. Jedem Paar von Gasstrahlen entspricht ein Zentrum der Fasererzeugung.

In jedem Zentrum der Fasererzeugung stoßen die Gasstrahlen eines Paares, beispielsweise die Gasstrahlen a. - a_·, in ihrer gemeinsamen Ebene gegeneinander und-erzeugen eine kombinierte Strömung, die in Fig. 1 mit dem Buchstaben A bezeichnet ist und in der ein Strom aus ausziehbarem Material einer ersten Stufe des Auszxehvorganges oder einem primären Ausziehvorgang unterworfen wird. Die kombinierte Strömung oder der kombinierte Trägergasstrahl schreitet nach unten fort und dringt in den Hauptgasstrom 10 ein, wobei er mit letzterem eine Wechselwirkungszone erzeugt, die bei einer zweiten Stufe des Auszxehvorganges Verwendung findet.

In den Figuren der Zeichnung ist eine Quelle zur Versorgung mit Glas schematisch bei 16 angedeutet; die Quelle 16 weist eine Spinndüse 17 mit einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Düsenwarzen ' 18 zur Zuführung von Glas auf, wobei die Düsenwarzen 18 jeweils mit einer

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Zuführungsöffnung 18ci und stromaufwärts mit einer Dosieröffnung 19 versehen sind. Das Glas wird somit in Form von Zwiebeln,Konen oder Kegeln G zugeführt, aus denen sich dann die nach unten fließenden Glasstrora S ergeben, wobei jedes Zentrum der Fasererzeugung einen derartigen Kegel und einen solchen Glasstrom enthält. Die Fasern, die mit einer Reihe von quer über die Breite des Hauptgasstromes 10 verteilten Zentren zur Fasererzeugung gebildet worden sind, werden dann auf einem perforierten oder Bandförderer 20 in Form einer Schicht oder eines Vlieses B aus Fasern abgelegt. Die Verteilung der Fasern auf dem Bandförderer 20 erfolgt im Inneren einer Kammer, die beispielsweise durch eine Wand 21 begrenzt ist, unter der Wirkung von Ansaugkammern 22, die vorzugsweise unter dem Bandförderer 20 angeordnet sind und die über Leitungen 23 an einen oder mehrere Ansaugventilatoren angeschlossen sind, die schematisch bei 24 angedeutet sind. Die mit der oben angegebenen Vorrichtung stattfindende Fasererzeugung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher erläutert und analysiert werden.

Wie oben bereits angedeutet, ist der in jedem Zentrum der Fasererzeugung ablaufende Vorgang vorzugsweise mit der Wirkung von Gasstrahlen benachbarter Zentren verbunden. Fig. 2 zeigt den Ausziehvorgang in vollständiger Weise für das Zentrum der Faserherstellung, das den Gasstrahlen b - b entspricht, und lediglich teilweise für die Zentren der Faserherstellung, die sich auf die Gasstrahlen a - a und £ - £ beziehen. Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab, was sich im Zentrum der Fasererzeugung mit den Gasstrahlen a. - a abspielt; um diesen Vorgang oder diese Wirkungsweise zu analysieren, darf zunächst einmal darauf hingewiesen werden, daß jeder Gasstrahl eine Bewegung der Umgebungsluft induziert oder einleitet, sobald er aus einer Austrittsöffnung ausgetreten ist. Infolgedessen weist jeder Gasstrahl cl einen zentralen Bereich oder einen Kern j_ auf,

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der von einer Einhüllenden oder Enveloppe aus Gas umgeben ist, die die eingeleitete Luft enthält und die mit dem Buchstaben jL bezeichnet ist. Diese Enveloppe O₁ vergrößert sich rasch in dem Maße wie die Strömung des Gasstrahles fortschreitet, während der Kern j_ ein relativ kurzer, zentraler Bereich bleibt, der die Form eines Konus aufweist. Die den Kern j des Gasstrahles bildenden Gase besitzen die gleiche Geschwindigkeit wie der Gasstrahl in dem Moment, wo er aus der Öffnung austritt, während die Geschwindigkeit der Gase der Enveloppe i. in dem Maße abnimmt, wie die Strömung fortschreitet. Die in den Fig. 2 bzw. 3 eingetragenen Pfeile zeigen die Induktion oder die Einleitung der Luft durch die Strömung der Gasstrahlen aber auch die durch die Strömung des Hauptgasstromes.

Wenn man ein Paar von Gasstrahlen verwendet, die ungefähr die gleiche kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzen und vorzugsweise auch ungefähr die gleichen Abmessungen aufweisen, und wenn diese beiden Gasstrahlen Achsen haben, die sich in derselben Ebene befinden und in der Weise konvergieren, daß sie vorzugsweise unter einem spitzen Winkel aufeinanderprallen, so findet eine seitliche Entfaltung bzw. Aufweitung der kombinierten Strömung stromabwärts vom Zusammenstoßbereich der beiden Gasstrahlen statt, doh. die Strömung weitet sich in quer zur Ebene der Achsen der Gasstrahlen liegenden Richtungen auf.

Die Paare von Gasstrahlen oder die ihre Achsen enthaltenden Ebenen sind ausreichend dicht nebeneinander angeordnet, damit in jedem Zentrum der Fasererzeugung die seitliche Aufweitung der aus einem Paar von Gasstrahlen entstandenen, kombinierten Strömung durch ein Zusammentreffen mit der Strömung von Paaren benachbarter Gasstrahlen während der Aufweitung gestört oder begrenzt ivird. Dieses Zusammentreffen von benach™

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harten, kombinierten Strömungen ruft zwei Paare von Wirbeln kleiner Abmessungen in jeder Strömung hervor, wobei die Spitzen der Wirbel desselben Paares sich im Abstand voneinander und zu beiden Seiten der Ebene der Achsen der Gasstrahlen befinden. In den Fig. 2 und 3 sind schematisch obere und untere Paare von Wirbeln dargestellt. Die Wirbel. des oberen Paares mit der Bezeichnung tu - tu werden von Strömen gebildet, die sich im oberen Bereich der Wirbel gegeneinander drehen und im unteren Bereich in der entgegengesetzten Richtung drehen. Demgegenüber drehen sich die Wirbel des unteren Paares mit der Bezeichnung ti - jtl in der entgegengesetzten Richtung wie die Wirbel des oberen Paares. Zwischen den beiden Paaren von Wirbeln bildet sich in dem Bereich des gegenseitigen Zusammentreffens der Gasstrahlen eine an diese Wirbel anschließende Zone L laminarer Strömung, auf deren Höhe der Zustrom bzw. der Zug eingeleiteter Luft sehr intensiv ist; genau in dieser Zone L laminarer Strömung wird der Glasstrom S neben den oberen Wirbeln : eingeführt. Dieser Glasstrom s bildet sich ausgehend von einer Art Zwiebel, oder Kegel G aus Glas, dessen Position gegenüber dem Ausgang der Gasstrahlen verschoben ist. Während sich jedoch der aus Glas bestehende Kegel G in ausziehbarem oder schmelzflüssigem Zustand am Ausgang der 'Düsenwarze ' befindet, wird der ausziehbare Glasstr ahl s gegenüber der Ausgangsstellung des Kegels G in Richtung der Zone L laminarer Strömung ausgelenkt, und zwar infolge des intensiven Zuges von eingeleiteter Luft, und dieser Effekt gewährleistet die Zuführung des Stromes aus ausziehbarem Material in der Zone laminarer Strömung. Selbst wenn eine leichte Abweichung in der Ausfluchtung der Düsenwarze 18 zur Versorgung mit Glas gegenüber dem Paar von Gasstrahlen vorliegt, so kompensiert der Zug von eingeleiteter Luft aufgrund der genannten Tatsache diesen Fehler automatisch und führt den Glasstrom

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in die geeignete Stellung.

Somit ist es einsichtig, daß durch die Bildung von mindestens einem Paar von Wirbeln/ das an eine Zone laminarer Strömung angrenzt/ in jedem Zentrum der Faserherstellung und durch die Zuführung von Material in ausziehbarem Zustand in einen dieser Zone benachbarten Bereich der Strom aus ausziehbarem Material von den Strömen eingeleiteter Luft automatisch in diese Zone gezogen wird, wobei diese Ströme eingeleiteter Luft, wie oben bereits erwähnt, eventuelle Ausfluchtungsfehler automatisch kompensieren, was zu einer Stabilisierung bei der Einführung von ausziehbarem Material in das System führt. Diese Stabilität wird auch dann erreicht, wenn die Düsenwarzen für die Zuführung von Glas beträchtlich von den die Gasstrahlen emittierenden Einrichtungen entfernt sind, wobei ein derartiger Abstand deswegen wünschenswert ist, um die Einstellung, Regulierung und Aufrechterhaltung der geeigneten Temperatur sowohl bei den Düsenwarzen als auch bei den die Gasstrahlen emittierenden Einrichtungen zu erleichtern.

Stromabwärts von der Zone L laminarer Strömung haben die beiden Wirbel tu - tu, aber auch die Wirbelströme ti - ti die Tendenz, sich miteinander zu vermischen, und wenn die Strömung sich weiter in stromabwärtiger Richtung fortsetzt, haben sie die Tendenz, ihre Identität zu verlieren, wie es in Fig. 2 im Schnitt dargestellt ist, wo die beiden Paare von Wirbeln wiedergegeben sind, die ihren Ursprung in den Gasstrahlen £ - £ haben. Die kombinierte Strömung jedes Paares von Gasstrahlen schreitet dann nach unten fort, um in den Gashauptstrom 10 einzudringen, wie es für die Strömung gezeigt ist, die aus dem Paar von Gasstrahlen b - b entsteht; der kombinierte Gasstrahl bildet dann mit dem Gashauptstrom,

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und zwar in dessen Innerem, die Wechselwirkungszone, die in der FR-PS 2 223 318 im einzelnen analysiert ist, wobei diese Zone ein zusätzliches Paar von Wirbeln - T aufweist.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß jede Ebene, die die Achsen des Gasstrahles desselben Paares enthält, den Hauptgasstrom vorzugsweise längs einer Geraden schneidet, die praktisch parallel zu seiner Stxömungsrichtung verläuft. '

Jeder Glasstrom s wird somit einem primären Ausziehvorgang in der Strömung kombinierter Gasstrahlen zwischen der Zone laminarer Strömung oder dem Einführungspunkt des Glases und dem Eindringungspunkt des Glasstromes in dem Hauptgasstrom unterworfen, wobei der teilweise ausgezogene Glasstrom dann einen zusätzlichen Ausziehvorgang in der Wechselwirkungszone der Strömung mit dem Hauptgasstrom unterworfen wird. Aus der Zeichnung erkennt man, daß diese beiden Stufen des Ausziehvorganges ohne Bruch des Glasstrahles stattfinden, so daß jeder Glasstrom eine einzige Faser liefert.

Um in jedem Zentrum der Fasererzeugung den oben beschriebenen Vorgang zu erhalten, insbesondere die Ausbildung von Paaren von Wirbel, die jeweils an eine Zone laminarer Strömung angrenzen, verwendet man ein Paar von Gasstrahlen, die vorzugsweise die gleiche kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzen. Die Querschnitte dieser beiden Gasstrahlen¹ weisen ebenfalls vorzugsweise die gleiche Fläche auf, jedoch kann man auch eine kleine Differenz zwischen diesen Flächen zulassen, insbesondere dann, wenn die kinetischen Energie pro Volumeneinheit der beiden Gasstrahlen praktisch gleich groß sind. Ferner haben die Querschnitte der beiden Gasstrahlen eines Zentrums der Faserherstellung vorteilhafterweise dieselbe Form.

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Außerdem ist es nicht erforderlich, daß der Querschnitt eines Gasstrahles exakt die gleichen Abmessungen in den parallel und quer zu der ihre Achsen enthaltenden Ebene verlaufenden Richtungen besitzt; ferner müssen diese beiden Abmessungen nicht notwendigerweise ebenso groß wie die entsprechenden Abmessungen des zweiten Gasstrahles desselben Paares sein. Es ist jedoch vorteilhaft und vorzuziehen, wenn diese Abmessungen im Inneren eines Gasstrahles identische oder sehr ähnliche Werte haben, was aber auch für die Abmessungen der beiden Strahlen eines Zentrums der·Fasererzeugung gilt. Außerdem ist es wünschenswert, wenn die Paare von benachbarten Gasstrahlen im wesentlichen die gleichen Abmessungen besitzen, um eine gleichmässige Ausbildung der Paare von Wirbeln . zu ermöglichen, die während des Auftreffens jeder kombinierten Strömung auf die benachbarte Strömung während der seitlichen Aufweitung auftreten und die an die Zonen laminarer Strömung angrenzen. Diese Identität der Gasstrahlen der aufeinanderfolgenden Zentren der Faserherstellung ermöglicht die Erzielung von gleichmässigen und homogenen Bedingungen bei der Fasererzeugung in den verschiedenen Wechselwirkungszonen, die durch das Eindringen der Gasstrahlen in den Hauptgasstrom erzeugt werden.

Damit dieses Eindringen stattfindet, muß die kombinierte Strömung eine größere kinetische Energie pro Volumeneinheit aufweisen als der Hauptgasstrom, wenn sie diesen erreicht.

Es darf auch darauf hingewiesen werden, daß die paarweise gruppierten Gasstrahlen bestimmte spezifische Eigenschaften aufweisen müssen, um die Zone laminarer Strömung auszubilden, in die der Gasstrom ohne Bruchbildung eingeführt wird. Tatsächlich ist es von Bedeutung, daß ihre

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Achsen sich praktisch in derselben Ebene befinden und sich in dieser Ebene vorzugsweise unter einem spitzen Winkel treffen.

Bei dem oben in Zusammenhang mit den Fig. 1,2 und 3 beschriebenen System können die sich auf die Lokalisierung der Energie beziehenden Eigenschaften auf verschiedene Art und Weise verwendet werden. Zunächst einmal ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß die Gasströme in der durch das Eindringen des Gasstrahles in den Hauptgasstrom gebildete Wechselwirkungszone brennbare Bestandteile und Verbrennungsmittel/in entsprechenden Anteilen enthält, so daß die Mischung brennbar ist. Vorzugsweise ist brennbares Material und Verbrennungsmittel ungefähr in stöchiometrischen Verhältnissen in unmittelbarer Nähe des ausziehbaren Materials vorhanden. Die Art der Einführung dieser Bestandteile in die Wechselwirkungszone wird im einzelnen weiter unten im Anschluß an die Beschreibung weiterer in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsformen beschrieben.

Im folgenden soll auf die in den Fig. 4 ,5 und 6 wiedergegebene Vorrichtung Bezug genommen werden, die auch in der FR-Patentanmeldung 76 37 884 beschrieben ist. Bei dieser Vorrichtung erzeugt man eine Reihe von sekundären Gasstrahlen oder Trägergasstrahlen, denen eine Ablenkeinrichtung zugeordnet ist; die Gasstrahlen werden auf diese Weise abgelenkt und in Richtung eines Hauptgasstromes geleitet, in den sie eindringen, während die Glasströme, in die Strömung dieser Gasstrahlen eingeführt und dann von diesen in die im Hauptgasstrom gebildeten entsprechenden Wechselwirkungszonen mitgenommen werden. Im folgenden soll zunächst auf Fig. 4 Bezug genommen werden, wo die wesentlichen Elemente eines Zentrums zur Fasererzeugung

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wiedergegeben sind. Auf der linken Seite der Anordnung nach Fig. 4 ist ein Teil eines Brenners oder eines Generators 25 mit einem Rohr 26 zur Emission eines Hauptgasstromes 27 erkennbar.

Ein Strahlverteiler 28 besitzt eine Reihe von öffnungen 29 durch welche Gasstrahlen emittiert werden, die in Fig. 5 mit den Buchstaben a, b und c, d bezeichnet sind. Der Strahlverteiler 28 kann üler ein Verbindungsteil 31, das an eine Versorgungsleitung 30 angeschlossen ist, mit unter Druck stehendem Fluid versorgt werden. An diesem Strahlverteiler 28 ist eine Ablenkklappe oder Ablenkplatte 40 montiert, die die Reihe von Gasstrahlen überdeckt und deren Rand 41 eine solche Stellung besitzt, daß die Gasstrahlen gegen diese Ablenkplatte 40 prallen.

Eine Spinndüse 32, die an einen.Vorherd oder an eine geeignete Versorgungseinrichtung 33 zur Zuführung von Glas angeschlossen ist, weist Düsenwarzen 34 auf, und jeder aus Gasstrahlen bestehenden Strömung wird ein Glasstrom, in der nachstehend beschriebenen Weise zugeführt, damit er anschließend in stromabwärtiger Richtung der Wechselwirkungszone des Hauptgasstromes 27 zugeführt wird. Wie in der nachstehenden Beschreibung näher ausgeführt, erfolgt die Fasererzeugung in dem Gasstrahl, aber auch in dem Hauptgasstrom, während letzterer die Fasern der rechten Seite der Anordnung nach Fig. 4 zuführt, um eine Schicht oder ein Vlies zu bilden, das sich auf einer perforierten Transporteinrichtung oder einem Bandförderer ablagert.

Das den Hauptgasstrom 27 emittierende Rohr 26 hat eine Ausgangsöffnung beträchtlicher Breite. Vorzugsweise besitzt die Spinndüse 32 ebenfalls eine größe Abmessung in der senkrecht zur Ebene der Fig. 4 verlaufenden Richtung

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und ermöglicht die Zuführung von Glas für sämtliche Düsenwarzeh 34.

Die von den öffnungen 29 emittierten Gasstrahlen werden einer Führung oder Ablenkung mittels einer Ablenkeinrichtung unterworfen, die mit diesen Gasstrahlen zusammenwirkt,, um Paare von in entgegengesetzter Richtung rotierenden Wirbel^ .\ · zu erzeugen, die zumindest bei der ersten Stufe des Ausziehvorganges, aber auch für die Zuführung der teilweise ausgezogenen Glasstr.öme in die Wechselwirkungszonen Verwendung finden, welche durch das Eindringen der Gasstrahlen in den Hauptgasstrom erzeugt werden. Um die Paare von in entgegengesetzter Richtung rotierenden Wirbelin den Gasstrahlen zu erzeugen, ist die Ablenkplatte 40 einer Gruppe von zur Emission der Gasstrahlen dienenden öffnungen zugeordnet. Wie man beispielsweise aus Fig. 5 erkennt, hat die Ablenkplatte 40 vorzugsweise die Form eines gebogenen Bleches, bei dem der eine Teil den Strahlverteiler, auf dem die Ablenkplatte 40 befestigt ist, überdeckt, während der andere Teil einen freien Rand 41 besitzt, der längs der Bahn der aus den öffnungen 29 emittierten Gasstrahlen angeordnet ist, und zwar vorteilhafterweise längs einer Linie,so daß die Platte die Achaen dieser Öffnungen 29 schneidet.

Diese Position der Ablenkplatte 40 und ihres Randes 41 bewirkt den Aufprall jedes dieser Gasstrahlen gegen die Innenseite der Ablenkplatte 40 was zu einer Aufweitung dieser Gasstrahlen führt. Aus diesem Grunde ist in Fig. die Strömung von vier Gasstrahlen a_, b, £ und d dargestellt, die aus den entsprechenden öffnungen 29 austreten, und man erkennt, daß jeder dieser Gasstrahlen sich seitlich aufweitet, wenn er sich dem Rand 41 der Ablenkplatte 40 nähert.

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Die Anordnung ist so ausgelegt, daß die zur Emission der Gasstrahlen dienenden Öffnungen 29 ausreichend dicht nebeneinander angeordnet sind und daß die Ablenkplatte 40 in der Weise angeordnet ist, daß die benachbarten Gasstrahlen im Augenblick ihrer seitlichen Aufweitung im Bereich des Randes 41 der Ablenkplatte 40 aufeinandertreffen. Vorzugsweise erfolgt dieses gegenseitige Zusammentreffen benachbarter Gasstrahlen so dicht wie möglich am freien Rand 41 der Ablenkplatte 40, wie es in Fig. 5 angedeutet ist. Daraus resultiert die Bildung von Paaren von in entgegengesetzter Richtung rotierenden Wirbell, die in Fig. 5 jeweils im Zusammenhang mit den drei Gasstrahlen a^ b und £ dargestellt sind, die aus den entsprechenden Öffnungen emittiert werden.

Um die Bildung der Wirbel in jedem Gasstrahl zu analysieren, wird insbesondere auf die Wirbel 42b und 43b_ Bezug genommen, die zu dem aus der entsprechenden Öffnung austretenden Gasstrahl b gehören. Man erkennt, daß die Spitzen dieser Wirbel. sich im wesentlichen am Rand der Ablenkplatte 40 auf gegenüberliegenden Seiten des Gasstrahles in der Nähe der Zone befinden, in der der Gasstrahl während der Aufwertung auf die benachbarten Gasstrahlen a. und c trifft, welche aus entsprechenden Öffnungen austreten und sich ihrerseits in einer Aufweitungsphase befinden. Die Wirbel 42b und 4 3b rotieren in entgegengesetzten Richtungen und verbreitern sich immer mehr, je weiter sie sich vorwärtsbewegen, bis sie im Abstand und stromabwärts vom Rand 41 der Ablenkplatte 40 aufeinandertreffen. Diese Wirbel. 4 2b und 43b besitzen ferner eine stromabwärts gerichtete Komponente.

Aufgrund des Abstandes zwischen den Spitzen oder Punkten

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der Bildung der Wirbel. 42b_ und 43b und unter Berücksichtigung ihrer fortschreitenden Verbreiterung bildet sich eine ungefähr dreieckige Zone 44b zwischen den Wirbeln und dem Rand 41 der Ablenkplatte 40; diese dreieckige Zone 44b weist einen relativ geringen druck auf und ist einem beträchtlichen Zustrom von eingeleiteter Luft ausgesetzt, ihre Strömung bleibt jedoch quasi-laminar. Genau in diese Zone 44b wird der Strom aus schmelzflüssigem Glas oder einem anderen ausziehbaren Material eingeleitet, und aufgrund der laminaren Strömung in dieser dreieckigen Zone wird der Glasstrom nicht beschädigt (zerrissen), sondern in den zwischen den beiden Wirbeln befindlichen Bereich' eingeleitet.

Die Rotationsrichtung der Ströme in den Wirbeln . . 42b und 43b des Gasstrahles b sind entgegengesetzt, wobei sich der Wirbel 42b bei der Darstellung nach Fig. 5 im Uhrzeigersinn dreht, während der Wirbel 43b in entgegengesetzter Richtung rotiert. Auf diese Weise nähern sich die beiden Wirbel. , einander im oberen Bereich und strömen dann nach unten in Richtung der mittleren oder laminaren Zone 44b.

Für das Paar von Wirbeln 45a, und 46ει, das dem aus der entsprechenden Öffnung austretenden Gasstrahl a zugeordnet ist, sind die vorstehend erörterten Rotationsrichtungen durch Pfeile angedeutet. Selbstverständlich ist es so, daß für die Strömung des aus der entsprechenden öffnung austretenden Gasstrahles a ein Schnitt auf der Höhe des stromabwärtigen Endes der Zone 44ei laminarer Strömung gezeigt ist, d.h. in der Nähe der Zone, in der die beiden Wirbel nach ihrer Verbreiterung zu Fusionieren beginnen, wobei dieser Effekt sich in dem Maße fortsetzt wie die Strömung des Gasstrahles in strom-

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abwärtiger Richtung fortschreitet. Außerdem sieht man deutlich, daß die Strömung des aus der entsprechenden öffnung austretenden Gasstrahles a. nicht nur das Paar von Wirbel.ⁿ 45ai und 46a^ aufweist, sondern auch ein weiteres Paar von Wirbel. 47a^ und 48^, die im Verhältnis zueinander entgegengesetzte Rotationsrichtungen besitzen, wie en in Fig. 5 angedeutet ist; in diesem Falle rotiert jec.och der Wirbel 48a^ in Uhrzeigerrichtung, während der Wirbel 47a in entgegengesetzter Richtung rotiert. Selbstverständlich werden derartige Doppelpaare von Wirbeln von jedem der Gasstrahlen erzeugt und sind dem jeweiligen Gasstrahl zugeordnet.

Im Zusammenhang mit Fig. 5 stellt man ferner fest, daß dann, wenn die Strömung ausgehend von der Ebene, in der die Wirbel dem aus der entsprechenden öffnung austretenden Gasstrahl a. zugeordnet sind, weiter fortschreiten, diese vier Wirbel die Tendenz besitzen, zu fusionieren und eine weniger deutlich charakterisierte Strömung zu bilden, wie es der Querschnitt 49£ durch die Strömung des aus der entsprechenden öffnung austretenden Gasstrahles £ zeigt. Die Wirbelstrombewegungen nehmen hinsichtlich ihrer Intensität ab, und sämtliche Strömungen, einschließlich der laminaren Strömung der mittleren Zone des Gasstrahles, mischen sich in dem Bereich, dessen Querschnitt mit 49£ bezeichnet ist, während der Gasstrahl dann stromabwärts in Richtung des Hauptgasstromes 27 fortschreitet.

In Fig. 5 ist die Darstellung der verschiedenen Teile des Gasstrahles der Klarheit halber schematisch dargestellt. Beispielsweise erscheinen die Paare von Wirbeln die in den jeweiligen Gasstrahlen ihren Ursprung haben, in der etwas stromabwärts von ihrem Ursprung befindlichen

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Zone etwas entfernt vom Paar von Wirbeln . das seinen Ursprung in dem benachbarten Gasstrahl hat, während diese verschiedenen Wirbel · in Wirklichkeit praktisch aneinandergrenzen.

Aufgrund der Form der Strömung des Gasstrahles in der laminaren Zone und in den Paaren von Wirbeln insbesondere in dem oberen Paar jeder Gruppe, hat die Einführung des Stromes · aus ausziehbarem Material, der für das Zentrum der Fasererzeugung des aus der entsprechenden öffnung austretenden Gasstrahles b mit dem Buchstaben S bezeichnet ist, die Mitnahme des Strahles in die laminare Strömung dieser zentralen Zone zur Folge. Diese nimmt den Strom in die zwischen den beiden Wirbeln befindliche Zone hoher Geschwindigkeiten mit, und infolge dessen wird der Strom in der in Fig. angedeuteten Weise ausgezogen. Dieser Ausziehvorgang findet im wesentlichen in einer der Ebene P entsprechenden Zone statt. Die Wirkung der Paare von Wirbeln des Gasstrahles bewirkt die peitschenförmige Ausbildung der Faser, die im wesentlichen in der Zone der Ebene P ausgezogen wird, so daß der Ausziehvorgang nicht dazu führt, daß die Fasern während ihrer Herstellung in benachbarte Gasstrahlen hineingeschleudert werden.

Der Gasstrahl strömt dann bis zur oberen Grenze des Hauptgasstromes 27 und nimmt dabei die Faser während des Ausziehvorganges mit; der Gasstrahl muß eine noch ausreichend hohe kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzen, um in diesen Hauptgasstrom 27 einzudringen.

Es beginnt dann eine zweite Stufe der Fasererzeugung, die sich gemäß den Prinzipien abspielt, die im einzelnen in der FR-PS 2 223 318 beschrieben sind.

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Selbstverständlich bleiben die Strömung und die Geschwindigkeit jedes Gasstrahles im Bereich des Eintritts der sekundären Gasstrahlen in den Hauptgasstrom noch ausreichend konzentriert in der Nähe der Achse, damit jeder dieser Gasstrahlen eine eigene Wechselwirkungszone mit dem Hauptgasstrom entwickelt. Somit wird bei der Anordnung nach Fig. 5 ein Paar von in entgegengesetzter Richtung rotierenden und mit T bezeichneten Wirbeln in der Wechselwirkungszone erzeugt, so daß Ströme entstehen, die einen weiteren Ausziehvorgang der Faser während seiner Erzeugung bewirken. Diese Faser wird anschließend von der kombinierten Strömung des Gasstrahles und des Hauptgasstromes einer geeigneten Aufnahmeeinrichtung zugeführt, beispielsweise dem in Fig. 1 dargestellten Bandförderer

Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist die Einleitung von Luft durch die in Strömungsrichtung des Gasstrahles ausgerichteten Pfeile angedeutet, und man erkennt, daß die Luft in der laminaren Zone in der Nähe des Randes der Ablenkplatte eingeleitet wird, aber auch dort, wo der Gasstrahl in stromabwärtiger Richtung weiterströmt.

Die Betriebsbedingungen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der oben beschriebenen Vorrichtung verwendet werden können, sind in der nachstehenden Beschreibung näher angegeben, die auch die Bereiche angibt, in denen diese Betriebsbedingungen schwanken können.

Wie bei der ersten Ausführungsform der oben beschriebenen Vorrichtung können die brennbaren Bestandteile und Verbrennungsmittel auf verschiedene Art und Weise in das in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellte System eingeleitet werden.

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was im folgenden noch näher erläutert werden soll.

Es soll nun auf die Vorrichtung nach Fig. 7 Bezug genommen werden, die bei entsprechenden Bauteilen die gleichen Bezugszeichen aufweist wie die Vorrichtung nach Fig. 4.

In der Anordnung nach Fig. 7 tritt ein zusätzliches Organ in Erscheinung, um die brennbaren Bestandteile oder die Verbrennungsmittel in die Wechselwirkungszone einzuleiten. Eine Versorgungsleitung 35 für Brennstoffe und/oder Verbrennungsmittel ist an eine Reihe von Austrittsdüsen 36 angeschlossen, die im Abstand voneinander angeordnet und gegenüber dem Hauptgasstrom in der Weise ausgerichtet sind, daß sie das Fluid in einen Bereich einleiten, der der Wechselwirkungszone Z benachbart ist und sich unmittelbar stromaufwärts von ihr befindet. Wie aus Fig. 8 erkennbar, wird der vom Generator 50 erzeugte Hauptgasstrom durch das Rohr 51 in eine Zone emittiert, die oben durch die Platte 52 und an der Unterseite durch die nach unten gekrümmte Platte 53 begrenzt ist, so daß sich letztere von der Mittelebene des Hauptgasstromes entfernt. Kühlrohre 53a^ können gegebenenfalls auf dieser unteren Platte 53 montiert sein. Eine Spinndüse 55 zur Versorgung mit Glas ist mit einer Reihe von Öffnungen 56 versehen, die im Abstand voneinander über die Breite des Hauptgasstromes quer zu seiner Ausbreitungsrichtung angeordnet sind, um die .Ströme aus ausziehbarem Material in den Hauptgasstrom einzuleiten. Unmittelbar stromaufwärts von den öffnungen 56 für die Zuführung von Glas besitzt die obere Platte 52 eine Reihe von öffnungen für die Emission von Gasstrahlen, wobei jeder dieser Gasstrahlen eine: entsprechenden öffnung 56 für die. Zuführung von

(ausgerichtet)

Glas zugeordnet und mit dieser ausgefluchtet ist. Die

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öffnungen 29 werden über die an Leitungen 54a und 54b angeschlossene Sammelleitung 54 mit unter Druck stehendem Fluid versorgt.

Die Platte 52 weist ■'ferner eine weitere Sammelleitung 57 auf, die an eine Reihe von aufeinanderfolgenden öffnungen 57a. angeschlossen ist, welche quer zum Hauptgasstrom angeordnet sind, wobei jede dieser öffnungen 57a einer öffnung 56 für die Zuführung von Glas und einer entsprechenden Öffnung 29 für die Emission eines Gasstrahles zugeordnet und mit ihnen ausgefluchtet ist.

Die Sammelleitung 57 wird über eine Leitung 59, die an eine Hauptversorgung 60 angeschlossen sein kann, mit gasförmigem Brennmaterial versorgt.

Eine stromabwärtige Platte 58, die längs eines Randbereiches des Hauptgasstromes angeordnet ist, bildet eine obere Grenze des Hauptgasstromes und ist mit einem Kühlrohr 58£ ausgestattet. Bestimmte Elemente dieser Vorrichtung sind ähnlich ausgebildet wie bei der Anordnung nach Fig. 11 der FR-PS 2 223 318.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 wird das Brennmaterial beispielsweise durch die öffnungen 57a eingeleitet, während die für die sekundären Glasstrahlen verwendete Luft durch die Öffnungen 29 eintritt, so daß es möglich ist, eine Mischung von Brennmaterial und Verbrennungsmittel in der Wechselwirkungszone mit dem Hauptgasstrom zu erhalten.

Ferner kann eine Einleitung zusätzlicher Luft in den Hauptgasstrom stromaufwärts von der Wechselwirkungszone mit den oberen und unteren Versorgungsleitungen 61 bzw. 62 erfolgen.

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welche sich in dem Bereich des Anschlusses des Generators für den Hauptgasstrom an das Rohr 51 befinden. Jede Versorgungsleitung 61 bzw. 62 endet in einem Schlitz oder einer Vielzahl von Zuführungsöffnungen 63, die in Fig. schematisch angedeutet sind. Diese Einleitung von zusätzlicher Luft in den Hauptgasstrom dient insbesondere dazu, bestimmte vorteilhafte Bedingungen zu erhalten, beispielsweise eine geeignete Temperatur für den Hauptgasstrom, wobei diese Bedingunjen mit der Technik der. Lokalisierung der Energie verbunden sind. Wenn nämlich die Verbrennung des Brennmaterials in der Wechselwirkungszone vorgenommen wird, ist es nicht erforderlich, einen Hauptgasstrom zu verwenden, dessen Temperatur ebenso hoch ist, wie es die Abwesenheit einer derartigen lokalisierten Verbrennung erfordert. Daraus ergibt sich, daß eine beträchtliche Einsparung an Brennmaterial während der Ausbildung des Hauptgasstromes stattfinden kann.

Es ist einsichtig, daß es zur Erzeugung eines Hauptgasstromes mit relativ niedriger Temperatur und gewünschter Geschwindigkeit möglich ist, anstatt die Einleitung von zusätzlicher Luft vorzunehmen, die Verwendung eines Brenners vollständig in Wegfall zu bringen und ihn durch jedes andere geeignete System zu ersetzen, das beispielsweise eine Vorrichtung mit einem Wärmeaustauscher aufweist, in dem die Gase des Hauptgasstromes erwärmt werden.

Vor der Erläuterung weiterer Einrichtungen für die Zuführung von Brennmaterial und Verbrennungsmittel soll auf Fig. 9a und 9b Bezug genommen werden,welche miteinander verglichen werden sollen, um den Vorgang der Lokalisierung der Energie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und die daraus resultierende Einsparung an Energie und Brennmaterial zu analysieren.

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so

Fig. 9a zeigt die Bedingungen, unter denen der Ausziehvorgang in einer zwischen einem Gasstrahl und einem
Hauptgasstrom erzeugten Wechselwirkungszone stattfindet, und zwar ohne Verwendung des Prinzips der Lokalisierung der Energie. Das Austrittsrohr 64 erzeugt einen Hauptgasstroiti/ der vorzugsweise eine beträchtliche Breite aufweist/ d.h. eine große Abmessung in einer senkrecht zur Ebene der Fig. 9a verlaufenden Richtung, so daß mehrere Paare von Versorgungsorganen 65 für die Zuführung von
Glas und Emissionseinrichtungen 66 für die Emission von Gasstrahlen dem Hauptgasstrom zugeordnet werden können, um die Herstellung einer großen Anzahl von Fasern zu
ermöglichen. Der Glasstrom . und der sekundäre Gasstrahl sind mit S bzw. J bezeichnet, während die Wechselwirkungszone zwischen dem Gasstrahl J und dem Hauptgasstrom
mit Z bezeichnet ist. Mit einer derartigen Anordnung und mit Glas üblicher Zusammensetzung kann die Temperatur
des Gasstrahles sich in der Größenordnung von 800⁰C bewegen, wie es aus der FR-PS 2 223 318 bekannt ist, oder aber weitaus niedriger sein und Werte der Umgebungstemperatur besitzen, wie es in der FR-Patentanmeldung
76 03 416 angegeben ist. In diesen beiden Fällen schwankt die Temperatur des Hauptgasstromes zwischen 1500⁰C und
1750⁰C, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des Gasstrahles, um in der Wechselwirkungszone die gewünschte Temperatur zur Durchführung des Ausziehvorganges des Glasstrahles zu erhalten» In Fig. 9a ist eine Temperatur von 1700⁰C in der Nähe der Lippen des Rohres (Düse) des Hauptgasstromes angegeben, dessen Kern C sich bis zur
Wechselwirkungszone mit dem Gasstrahl erstreckt,so daß
die Zone, in der der Ausziehvorgang tatsächlich stattfindet, eine Zwischentemperatur besitzt, die zwischen der des Hauptgasstromes und der des Gasstrahles liegt. Stromabwärts von der Wechselwirkungszone geben aufeinanderfolgende isotherme Linien die fortschreitende Abnahme der Temperaturen an, bei-

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spielsweise für 1600⁰C, 1400⁰C und 1200⁰C.

Fig. 9b zeigt in schematischer Form genau die gleichen Elemente der Vorrichtung wie Fig. 9a, jedoch zeigt sie die Bedingungen, die dann herrschen, wenn die Technik der Lokalisierung der Energie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendet wird. Zu diesem Zweck kann die Emissionseinrichtung 65 für die Gasstrahlen mit einer ein brennbares Gas enthaltenden und unter Druck stehenden Mischung versorgt werden, während zusätzliche Luft oder Sauerstoff durch das den Hauptgasstrom liefernde Rohr 64 zugeführt wird, wobei sich die aus letzterem austretenden Gase im Moment ihrer Emission auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur befinden als bei den Betriebsbedingungen nach Fig. 9a. Die Temperatur des Hauptgasstromes kann beispielsweise in der Größenordnung von 600⁰C am Ausgang des Austrittsrohres 64 liegen, wie es durch die isothermen Linien angedeutet ist, und die Temperatur eines Großteiles der Gase nimmt anschließend ab und erreicht beispielsweise Werte von ungefähr 400⁰C, 300⁰C und 200°e in stromabwärts vom Austrittsrohr 64 gelegenen Zonen, wobei die isothermen Linien denen von 1600⁰C, 1400⁰C und 1200⁰C bei der Anordnung nach Fig. $a entsprechen.

Obwohl es möglich ist, das Brennmaterial mit dem Hauptgasstrom zuzuführen, ist es vorzuziehen, wenn das Brennmaterial einen Teil des sekundären Gasstrahles bildet, d.h. daß es mit den Gasen des sekundären Gasstrahles eingeleitet wird, wie es oben beschrieben worden ist. Auf diese Weise dient der Gasstrahl J nicht nur dazu, die Wechselwirkungszone zu erzeugen, in die der Glasstrxjm S mitgenommen wird, sondern er führt ferner in diesem Gasstrahl eine brennbare Komponente mit, die mit dem Verbrennungsmittel innig vermischt wird, beispielsweise mit überschüssiger Luft, die von dem Hauptgasstrom in die Wechselwxrkungszone eingebracht

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wird. Aufgrund der Anwesenheit von Wirbelströmen in dieser Wechselwirkungszone ist es möglich, die gewünschte, sehr innige Mischung der Materialien zu erhalten.

Hinsichtlich der Anteile an Brennmaterial und Verbrennungsmittel darf zunächst darauf hingewiesen werden, daß es vorzuziehen ist, stöchiometrische Anteile zu verwenden. Es kann jedoch auch eine brennbare Mischung erhalten werden, wenn die Anteile vom stöchiometrischen Verhältnis abweichen. Somit kann bei einer Mischung mit Erdgas die Luftmenge in einem Bereich schwanken,der etwa zwischen der 0,8-fachen und 1,7-fachen Luftmenge liegt, die den stöchiometrischen Verhältnissen entspricht. Diese geeigneten Mengen an Brennmaterial und Verbrennungsmittel· bilden in der Wechselwirkungszone eine brennbare Mischung mit einem Flammpunkt, dessen Temperatur niedriger als die Temperaturen der normalerweise für die Herstellung von Fasern verwendeten schmelzflüssige Glaszusammensetzungen

liegen, so daß der zur Einleitung in die Wechselwirkungszone zugeführte Glasstrom . die in der Wechselwirkungszone gebildete brennbare Mischung entzünden oder entflammen kann. Infolge dessen kann die gewünschte Temperatur, beispielsweise 1700⁰C in der Wechselwirkungszone Z erreicht werden und somit das Ausziehen des aus dem entsprechenden Material bestehenden Stromes' ^unc* seine Verarbeitung zu Fasern ermöglichen, obwohl die Temperatur des Hauptgasstromes sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts von der Wechselwirkungszone wesentlich niedriger als dieser Wert ist. Ferner darf darauf hingewiesen werden, daß die mit den jeweiligen Gasstrahlen erzeugte Wechselwirkungszone nur einen sehr geringen Teil des Gesamtvolumens des Hauptgasströmes umfasst. Da weiterhin lediglich dieser Bereich notwendigerweise die für den Ausziehvorgang er-

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forderlichen hohen Temperaturen erreichen muß, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr große Energieersparnis erzielt/ verglichen mit den bisher bekannten Systemen, bei denen das gesamte Volumen des Hauptgasstromes auf die Temperatur für das Ausziehen des Materials gebracht worden ist.

Von Wichtigkeit ist ferner, daß der Ausziehvorgang in einer Wechselwirkungszone besc nders gut für eine Lokalisierung der thermischen Energie geeignet ist, und zwar deswegen, weil ein Bereich mit niedrigem Druck und niedriger Geschwindigkeit vorhanden ist, der in unmittelbarer Nähe jedes Glasstromes gebildet wird und diesen im allgemeinen umgibt, ohne daß es erforderlich ist, ein weiteres Element dazwischenzuschalten.

Das Brennmaterial oder das Verbrennungsmittel können somit in die Wechselwirkungszone injiziert werden, um die brennbare Mischung zu bilden, während die Anwesenheit des heißen Glases die Entzündung dieser Mischung ermöglicht. Die für die Wechselwirkungszone charakteristischen Wirbelströmungen enthaltenden Ströme hoher Geschwindigkeit oder Wirbel, werden bei der Technik der Lokalisierung der Energie dazu verwendet, um eine innige Mischung von Brennmaterial und Verbrennungsmittel in der bereits angegebenen Form zu erreichen. Da sich weiterhin diese Wirbelströme einerseits in Richtung des Stromes und andererseits gegenläufig verschieben, existieren in der Wechselwirkungszone zwangsläufig Bereiche mit relativ niedriger Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der Geschwindigkeit des Hauptgasstromes= Andererseits bildet die Existenz derartiger Bereiche mit niedriger Geschwindigkeit in der Strömung eine der Bedingungen, damit die Entzündung des brennbaren Gemisches stattfindet und damit eine stabile Verbrennung aufrecht-

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erhalten werden kann. Die Bedeutung dieser Eigenschaft wird unterstrichen, wenn man daran denkt, daß bei einer Mischung aus Erdgas und Luft die AusbreitungsgeschwindjLg-

bis einige Metei keit der Flamme in der Größenordnung von etwa 0,3/m pro Sekunde bei einer Temperatur von 20⁰C liegt« Obwohl diese Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme mit zunehmender Temperatur ansteigt, bleibt sie immer noch sehr niedrig verglichen mit der Geschwindigkeit des Hauptgasstromes. Da außerdem die Wechselwirkungszone in bestimmten Bereichen auch durch die Anwesenheit einer Strömung niedrigerer Geschwindigkeit als der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme charakterisiert ist, ist es möglich, die brennbare Mischung zu entzünden und eine stabile Verbrennung aufrecht zu erhalten» Auch wenn die oben angegebenen Gründe die Effekte der Entzündung und der Stabilität bei der Verbrennung in der Wechselwirkungszone erklären zu können scheinen, kann man wahrscheinlich auch weitere Erklärungen für diesen Effekt finden.

Außerdem hat die Vorderseite der Flamme bei dem anhand von Fig. 9b beschriebenen System die Tendenz, an der Entzündungsquelle anzuhaften, d.h. am Glasstrom, oder an dem Strom aus entsprechendem Material selbst, den man auf eine geeignete Temperatur für den Ausziehvorgang bringen oder auf dieser Temperatur halten will. In der Tat ist es möglich, dieses Anhaften der Flamme zu erreichen, und zwar einerseits weil die Temperatur des Glases wesentlich höher als die Entzündungstemperatur der Mischung ist und beispielsweise das Doppelte ihres Wertes erreichen kann, und andererseits weil sich bei dem Kontakt mit der Oberfläche des Glasstr^omes eine Grenzschicht der brennbaren Mischung entwickelt, die durch die vom Glas frei werdende Wärme auf Entzündungsbedingungen gebracht wird. Daraus ergibt sich somit eine Verbrennungsschicht , die das Glas umgibt und die in den benachbarten

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Schichten und in der Wechselwirkungszone eine lokalisierte und stabile Verbrennung auslöst, die während des Auszieh-, Vorganges am Glasstr;om- anhaftend bleibt.

Aufgrund der Tatsache, daß ein großer Teil des Wärmeaustausches mit dem Glasstrom sich durch den Kontakt der heißen Gase mit seiner Oberfläche stattfindet, gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren in wirksamer Weise den erforderlichen Wärmeübergang für die Aufrechterhaltung des Glasstr.omes in einem ausziehbaren Zustand, da ja die Zone, in der eine große Wärmemenge frei wird, genau diejenige Zone ist, welche den Strom unmittelbar umgibt und einhüllt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bebesteht darin, daß für eine große Anzahl von Glaszusammensetzungen der mechanische Widerstand der erzeugten Fasern erhöht wird, wenn die Temperatur der Faser nach Abschluß des Ausziehvorganges rasch abgesenkt wird. Wie die Isothermen in Fig. 9b deutlich erkennen lassen, werden diese günstigen Bedingungen im vorliegenden Falle realisiert.

Bei der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Vorrichtung kann somit das Paar von Gasstrahlen a - a die erforderlichen brennbaren Bestandteile enthalten, um das gewünschte Resultat zu erreichen, und das Paar dient infolgedessen nicht nur zur Mitnahme des Glases in die Wechselwirkungszone mit dem Hauptgasstrom, sondern auch zur Einleitung des Brennmaterials in diese Wechselwirkungszone, wobei die Luft beim vorliegenden System, wie bei der Anordnung nach Fig. 9b, mit dem Hauptgasstrom 10 zugeführt werden kann. Auf diese Weise und durch die Wahl der Tempe raturen für den Gasstrahl und den Hauptgasstrom in der anhand der Fig. 9b erläuterten Art und Weise lassen sich die ge-

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wünschte Lokalisierung der Energie und die Einsparung von Brennmaterial erreichen.

Ferner ist es bei der Ausführungsform nach Fig. 4, 5 und 6 " möglich, gegebenenfalls das gesamte Brennmaterial mit dem Gasstrahl einzuleiten, wobei die Luft gleichzeitig mit dem Hauptgasstrom zugeführt werden kann, vorzugsweise bei gleichzeitiger Absenkung der Temperatur des Hauptgasstromes auf Werte, wie sie oben im Zusammenhang mit Fig. 9b angegeben worden sind,,um eine maximale Einsparung an Energie zu erzielen.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 7 und 8 kann das Brennmaterial unabhängig vom Gasstrahl eingeleitet werden, d.h. in der oben angegebenen getrennten Form. Was das Verbrennungsmittel und insbesondere die Luft anbetrifft, so kann diese entweder mit dem Gasstrahl selbst oder mit dem Hauptgasstrom oder von beiden zugeführt werden.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, die zur Einleitung der Luft mit dem Hauptgasstrom verwendet wird, bei der die Luft mit dieser Strömung in der Nähe des Rohres (Düse) 51 zugeführt wird. Mit dieser Anordnung kann man das gesamte Volumen an erforderlichem Gas und die gewünschte Temperatur erhalten, indem man beispielsweise nur ein geringes Volumen an Gasen verbrennt, um den Hauptgasstrom auszubilden, während der Vorgang der lokalisierten Verbrennung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dann in den Wechselwirkungszonen stattfindet, die die Ströme aus dem jeweiligen Material umgeben, um die für den Ausziehvorgang erforderliche Erhöhung der Temperatur lokal zu erzeugen, wie es anhand von Fig. 9b erläutert worden ist.

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Der Vorgang der Lokalisierung der Energie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weist ferner spezielle Vorteile für den Ausziehvorgang bestimmter Materialsorten auf, wie z.B. für bestimmte Gesteinsarten und andere natürliche oder synthetische Mineralien, für die der Temperaturbereich für den Ausziehvorgang besonders schmal ist. In der graphischen Darstellung nach Fig. 10 sind die Veränderungen der Viskositäth in Abhängigkeit von der Temperatur t für zwei verschiedene Arten von ausziehbarem Material angegeben, wobei die eine Kurve 10a sich auf ein Glas bezieht, das üblicherweise für die Herstellung von Fasern Verwendung findet, während die Kurve 10b ein natürliches Gestein betrifft, bei dem der Temperaturbereich mit zugehörigen geeigneten Viskositäten für den Ausziehvorgang sehr beschränkt ist. In dieser Graphik erkennt man, daß der Viskositätsbereich, der zwischen den Punkten A₁ und B₁ liegt und ein Ausziehen des Materials ermöglicht, für Glas einem wesentlich breiteren Temperaturbereich t - t, entspricht als er

a id

für Gestein mit dem Temperaturbereich t¹ - t, der Fall ist.

Wenn man Brennmaterial in geeigneter Menge in die Wechselwirkungszone des Hauptgasströmes einführt, so kann die Zone, in der eine geeignete Temperatur für einen Ausziehvorgang des Gesteins oder eines ähnlichen Materials herrscht, in stromabwärtiger Richtung gestreckt werden, was die Aufrechterhaltung der gewünschten Viskosität während eines längeren Zeitraumes erleichtert.

Was die Vorrichtungen anbetrifft,in denen der Ausziehvorgang in der in Fig. 1 bis 3, 4 bis 6 und 7 dargestellten Form abläuft und bei denen der strom aus ausziehbarem Material der Wirkung des Gasstrahles vor dem Eindringen des Gasstrahles in den Hauptgasstrom unterworfen wird, so darf darauf

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hingewiesen werden, daß auch dann, wenn das Brennmaterial und das Verbrennungsinittel beide an dem Ort in der Strömung vorhanden sind, wo der Strom, aus ausziehbarem Material in diese Strömung eingeleitet wird, die Entzündung oder Entflammung nicht notwendigerweise an diesem Ort erfolgt. Sie kann auch, in Abhängigkeit von verschiedenen ausgewählten Betriebsbedingungen,' wie z.B. der Temperatur des Gasstrahles odersainer Geschwindigkeit, so lange nicht stattfinden, bis der Gasstrahl den Hauptgasstrom erreicht hat oder in den Hauptgasstrom eingetreten ist.

Die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Werte für bestimmte Parameter entsprechen Betriebsbedingungen, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren verwenden lassen und die keinesfalls einschränkenden Charakter besitzen. Obwohl das beispielsweise genannte Brennmaterial Erdgas sein kann, kann dieses Brennmaterial auch durch synthetisches Gas oder eine Mischung ersetzt werden, die aus bestimmten flüssigen Brennmaterialien bestehen kann, die auch in pulverisierter oder verdampfter Form Verwendung finden können.

Bei einem Zentrum zur Fasererzeugung der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Art, wird der Hauptgasstrom 10 aus aufgeheizter und komprimierter Luft erzeugt und besitzt eine Temperatur von ungefähr 600⁰C; seine Geschwindigkeit liegt in der Größenordnung von 300 m/s, und sein Druck beträgt ungefähr 0,18 bar. Die Achsen der beiden sekundären Gasstrahlen bilden einen Winkel von 60°. Einer dieser Gasstrahlen enthält eine Mischung von einem Volumenteil Erdgas und drei Teilen Luft, und der zweite Gasstrahl besteht aus vier Volumenteilen Luft. Die Temperatur der Gasstrahlen beträgt ungefähr 2O⁰C, sie besitzen weiterhin eine Geschwindigkeit in der Größenordnung von 330 m/s und einen

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Druck von ungefähr 2,5 bar. Der Glasstrom wird mit einer Temperatur von ungefähr 1300⁰C zugeführt.

Bei einem Zentrum zur Fasererzeugung der anhand von Fig. 7 beschriebenen Art können die gleichen Bedingungen wie die oben erwähnten für den Hauptgasstrom 27 Verwendung finden. Der Gasstrahl wird aus Luft mit einer Temperatur von 20⁰C, einer Geschwindigkeit von 330 m/s und einem Druck von 2,5bar gebildet. In diesem Falle erfolgt die Zuführung von Erdgas mit den Austrittsdüsen 36 bei einem Druck von ungefähr 0,5 bar und einer Geschwindigkeit von 200 m/s. Das Glas wird durch die Zuführungsleitung 34 mit einer Temperatur in der Größenordnung von 1300⁰C zugeführt.

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Claims (18)

Saint-Gobain Industries 62, Bd. Victor Hugo F-92209 Neuilly-sur-Seine (Frankreich) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem thermoplastischen mineralischen Material, bei dem ein Hauptgasstrom und ein sekundärer Gasstrahl erzeugt werden, wobei der Gasstrahl quer zum Hauptgasstrom einen Querschnitt mit kleinerer Abmessung als der Hauptgasstrom besitzt und die kinetische Energie pro Volumeneinheit des sekundären Gasstrahls größer als die des Hauptgasstromes ist, bei dem der Gasstrahl quer zum Hauptgasstrom ausgerichtet ist und in diesen eindringt, um eine Wechselwirkungszone zu erzeugen, die Wirbel aufweist und in die ein Strom aus ausziehbarem Material eingeleitet wird, dadurch g e k e η η -

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ORIGINAL INSPECTED

zeichnet , daß die Gasströme in der Wechselwirkungszone Brennstoff und Verbrennungsmittel (Zündstoff) in zu einer breni baren Mischung führenden Anteilen enthalten und daß der Strom aus ausziehbarem Material in die Wechselwirkungszone mit einer Temperatur eingeleitet wird, die mindestens ebenso hoch wie die Entzündungstemperatur des brennbaren Gemisches ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Brennmaterial und das Verbrennungsmittel in ungefähr stöchiometrischem Verhältnis in die Wechselwirkungszone eingeleitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß einer der in die Wechselwirkungszone eingeleiteten Bestandteile zumindest einen Teil des Gasstrahles oder des Hauptgasstromes bildet.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß einer der in die Wechselwirkungszone eingeleiteten Bestandteile zumindest einen Teil des Gasstrahles bildet, während der in die Wechselwirkungszone eingeleitete andere Bestandteil zumindest einen Teil des Hauptgasstromes bildet.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das in die Wechselwirkungszone eingeleitete Brennmaterial einen Teil des Gasstrahles und das Verbrennungsmittel zumindest einen Teil des Hauptgasstromes bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das in die Wechselwirkungszone eingeleitete Verbrennungsmittel einen Teil des sekundären Gasstrahles oder des Hauptgasstromes bildet und daß der brenn-

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bare Bestandteil in die Wechselwirkungszone eingeleitet wird , vermittels eines unter Druck stehenden brennbaren Gasstrahles, . der in Richtung des Hauptgasstromes ausgerichtet ist und in den Bereich der Wechselwirkungszone eintritt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Hauptgasstrom ausgerichtete brennbare Gasstrahl an einer Stelle in den Hauptgasstrom eintritt, die stromaufwärts vom sekundären Gasstrahl liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der brennbare Bestandteil in die Wechselwirkungszone eingeleitet wird, wobei er einen auf den Hauptgasstrom ausgerichteten, unter Druck stehenden brennbaren Gasstrahl erzeugt und in den Hauptgasstrom stromaufwärts vom sekundären Gasstrahl eintritt, und daß das Verbrennung smi t te 1 in den Hauptgasstrom in Form von Luft eingeleitet wird, die dem Hauptgasstrom stromaufwärts vom brennbaren Gasstrahl unter Druck zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Hauptgasströmes in einem stromaufwärts von der Wechselwirkungszone gelegenen Bereich niedriger als die des Stromes aus ausziehbarem Material ist, der in diese Wechselwirkungszone eingeführt wird.

10. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus mineralischem thermoplastischem Material, bei dem ein Hauptgasstrom und ein sekundärer Gasstrahl erzeugt werden, wobei der Querschnitt des Gasstrahles quer zum Hauptgasstrom eine kleinere Abmessung als der Hauptgasstrom besitzt und die kinetische Energie pro Volumeneinheit des sekundären Gasstrahles größer als die des.

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Hauptgasstromes ist, und bei dem der Gasstrahl quer zum Ilauptgasstrom ausgerichtet ist und in diesen eindringt, um eine Wechselwirkungszone zu erzeugen, die Wirbel

aufweist und in die ein Strom aus ausziehbarem Material eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströme in der Wechselwirkungszone .Brennstoff und Zündstoffbestandteile in solchen Anteilen enthalten, daß sich eine brennbare Mischung bildet, die sich in der Wechselwirkungszone entzündet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Verbrennungsmittel in die Wechselwirkungszone in Form zumindest eines Teiles des Hauptgasstromes eingeleitet wird, während der brennbare Bestandteil unabhängig vom Gasstrahl und vom Hauptgasstrom in die Wechselwirkungszone eingeführt wird.

12. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Erzeugung eines Hauptgasstromes und einer Vielzahl von sekundären Gasströmen, die jeweils in einer quer zum Hauptgasstrom verlaufenden Richtung einen Querschnitt mit kleinerer Abmessung als der Hauptgasstrom aufweisen und jeweils eine größere kinetische Energie pro Volumeneinheit als der Hauptgasstrom besitzen, wobei jede sekundäre Gasströmung quer zum Hauptgasstrom ausgerichtet ist und in diesen zur Erzeugung einer Wechselwirkungszone eindringt,

- Zuführung eines Stromes aus ausziehbarem .thermoplastischen Material in jede dieser Wcchselwirkungszonen,

- Bildung einer brennbaren Mischung aus einem Verbrennungsmittel und einem brennbaren Material in jeder der Wechselwirkungszonen und Entzündung dieser Mischung in jeder dieser Wechselwirkungszonen.

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13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß jede Wechselwirkungszone von den entsprechenden sekundären Gasströmungen mit brennbarem Material versorgt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wechselwirkungszone durch die entsprechenden sekundären Gasst römungen mit Verbrennungsmittel versorgt wird.

15. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus einem mineralischen thermoplastischen Material, mit einem Generator für einen Hauptgasstrom, mit einem Emissionsorgan mit einer Emissionsöffnung für einen sekundären Gasstrahl, deren Abmessung oder Breite quer zum Hauptgasstrom kleiner als die der Austrittsöffnung des Hauptgasstroirtes ist und die den Gasstrahl auf den Hauptgasstrom ausrichtet, so daß er in diesen unter Erzeugung einer Wechselwirkungszone eindringt, und mit einer Versorgungsquelle für die Zuführung eines Stromes aus schmelzflüssigem Material in die Wechselwirkungszone, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein unabhängiges Organ (35, 36, 52, 57, 57a, 59, 60) für die Einführung von brennbarem Material in die Wechselwirkungszone (Z) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Organ (52, 57, 57a, 59, 60) für die Einleitung von brennbarem Material mit einer Öffnung (57a) versehen ist, die.an der Grenze des Hauptgasstromes (27) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ (35, 36) zur Einführung von

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brennbarem Material eine Emissionseinrichtung (36) aufweist, deren Öffnung im Abstand von der Grenze des Hauptgasstromes (27) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß das Organ (35, 36, 52, 57, 57a, 59, 60) für die Einführung von brennbarem Material an einem Ort angeordnet ist, daß es das brennbare Material stromaufwärts von der Zone (Z), in der der sekundäre Gasstrahl in den Hauptgasstrom eindringt, in den Hauptgasstrom (27) einführt.

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