DE2836555A1

DE2836555A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von fasern aus ausziehbarem material

Info

Publication number: DE2836555A1
Application number: DE19782836555
Authority: DE
Inventors: Jean A Battigelli; Marcel Levecque; Dominique Plantard
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1977-08-23
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1979-03-08
Also published as: FR2401110B1; ES472779A1; FI62812B; HU178343B; EG13561A; LU80134A1; BE869896A; NO782052L; AR221061A1; PH16141A; GR66475B; AU519477B2; JPS5496121A; RO76489A; NO145504B; MX149467A; NL7808642A; IE47311B1; NO145504C; SE437979B

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, das aufgeheizt und in schmelzflüssigem Zustand zugeführt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Herstellung von Fasern aus bestimmten organischen Materialien, wie z.B. Polystyrol, Polypropylen, Polykarbonaten oder Polyamiden, während die Vorrichtung besonders für den Fall interessant ist, wo die Herstellung von Fasern aus Glas oder ähnlichen thermoplastischen Materialien erfolgt; die Beschreibung bezieht sich daher lediglich beispielshalber auf die Herstellung von Fasern aus Glas.

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

Insbesondere ist in der FR-PS 2 223 318 die Bildung von sich in entgegengesetzten Richtungen drehenden Paaren von Wirbeln in einer Wechselwirkungszone beschrieben, die dadurch hervorgerufen wird, daß man einen sogenannten sekundären Gasstrahl oder Trägerstrahl auf einen Hauptgasstrom mit größeren Abmessungen ausrichtet und in diesen eindringen lässt, wobei ein Glasstrom aus schmelzflüssigem Glas in dieser Wechselwirkungszone zugeführt und dort ausgezogen wird.

Bei der zur Durchführung des oben angegebenen Verfahrens verwendeten Vorrichtung befindet sich die Öffnung für die Zuführung des Glases, die den Glasstrom in die so geschaffene Wechselwirkungszone einleitet, an der Grenze des Gashauptstromes oder praktisch an dieser Grenze. Es ist

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jedoch auch möglich, wie es beispielsweise in der FR-Patentanmeldung 75 04 970 beschrieben ist/ die Öffnung zur Zuführung des Glases im Abstand von der Grenze des Hauptgasstromes anzuordnen und den Glasstr unter der Einwirkung der Schwerkraft in die Wechselwirkungszone eintreten zu lassen.

Man hat auch bereits daran gedacht, sowohl die öffnungen für die Zuführung des Glases als auch die Öffnungen für die austretenden sekundären Gasstrahlen im Abstand von der Grenze des Hauptgasstromes anzuordnen, wobei die Glasströme dann¹durch die Wirkung der Gasstrahlen selbst in die entsprechenden Wechselwirkungszonen eingeführt werden, so daß sie zwei Ausziehstufen unterworfen werden, von denen die eine im sekundären Gasstrahl und die andere im Hauptgasstrom erfolgt. Diese Anordnung ist insbesondere in den FR-Patentanmeldungen 76 03 416 und 76 37 884 beschrieben.

Darüber hinaus wird bei der Anordnung nach der FR-Patentanmeldung 76 37 884 in dem sekundären Gasstrahl oder Trägerstrahl, der das Glas in die Wechselwirkungszone mit dem Hauptgasstrom einführt, die Bildung einer stabilen Zone mit laminarer Strömung erzeugt, die sich zwischen zwei, sich in entgegengesetzter Richtung drehenden Wirbeln

befindet. Der Glasstrahl wird dieser laminaren Zone zugeführt und tritt dann in den Bereich der Wirbel

ein, die sich dann in stromabwartiger Richtung des Trägerstrahles schließlich vermischen, bevor der Trägerstrahl den Hauptgasstrom erreicht. Auf diese Weise findet die erste Ausziehstufe statt, während der Glasstrom in dem Paar von Wirbeln des Trägerstrahles mitgenommen wird und ihrer Wirkung ausgesetzt ist, während die vorteilhafte, aber manchmal fakultative zweite Ausziehstufe in der Wechselwirkungszone stattfindet, die mit dem Hauptgasstrom gebildet

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wird, nachdem der Trägerstrahl und der teilweise ausgezogene Glasstrom eingetreten sind.

Bei dem in Rede stehenden Verfahren werden die Zone der laminaren Strömung und die Wirbel des zu jedem Zentrum gehörenden Trägerstrahles der Fasererzeugung durch eine Störung des Strahles erzeugt, die seine Ablenkung hervorruft. Diese Störung wird dadurch bewirkt, daß man in der Bahn des im jeweiligen Zentrum der Fasererzeugung emittierten Strahles ein Ablenkorgan oder ein Führungsorgan zwischenschaltet, das diese Bahn modifiziert; die daraus resultierende Ablenkung des Strahles trägt zur Stabilität und zur Regelmässigkeit des Betriebsablaufes bei, und zwar trotz des Abstandes zwischen dem Ort, wo das Glas in den Trägerstrahl eingeführt wird, und dem Hauptgasstrom.

Ein besonders wichtiges Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, eine gute Stabilität des Strom aus Glas oder einem anderen ausziehbaren Material zu erhalten, und zwar durch Schaffung einer Zone laminarer Strömung in der Gasströmung zwischen den Wirbeln Die gemäß der Erfindung erzeugte Gasströmung resultiert jedoch nicht aus der Störung eines Trägerstrahles durch ein mechanisches Bauteil oder ein Ablenkorgan und führt darüber hinaus zu verschiedenen, spezifischen und besonders wichtigen Vorteilen, die in der nachstehenden Beschreibung noch näher erläutert werden sollen.

Gemäß der Erfindung verwendet man für jedes Zentrum der Fasererzeugung ein Paar von Trägerstrahlen, deren konvergierende Achsen sich in der gleichen Ebene befinden, so daß die Trägerstrahlen in dieser Ebene aufeinander-

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treffen. In jedem Zentrum der Fasererzeugung bewirkt das Zusammenstoßen der beiden Strahlen eine seitliche Entfaltung oder Aufweitung der Strömung zu beiden Seiten der gemeinsamen Ebene, die aus dem Paar von kombinierten Strahlen, d.h. der kombinierten Strömung resultiert. Diese seitliche Entfaltung ist begrenzt, vorzugsweise dadurch, daß man Paare von Strahlen ausreichend dicht zueinander anordnet, um das Zusammenstoßen jeder kombinierten Strömung mit der Strömung von benachbarten Zentren der Fasererzeugung zu ermöglichen, und zwar ebenfalls während deren Entfaltung oder Aufweitung. Die Tatsache der Begrenzung dieser Entfaltung bewirkt und begünstigt in diesen Strömungen die Entwicklung von Paaren von getrennten Wirbeln und von Zonen laminarer Strömung, die sich jeweils zwischen zwei Wirbeln desselben Paares befinden.

Die Ströme aus Glas oder einem anderen ausziehbaren Material werden den Gasstrahlen in der Nähe jeder Zone laminarer Strömung zugeführt, und zwar aus einer Position, die sich in der gemeinsamen Ebene und von einer Seite des dem Paares von Strahlen eines Zentrums der Fasererzeugung befindet; sie werden somit in die Zonen der laminaren Strömung und zwischen den Wirbelströmen eingeführt, wo sie dann ausgezogen werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, für jedes Zentrum der Fasererzeugung zwei Gasstrahlen zu verwenden, die ungefähr die gleichen Abmessungen aufweisen. Die kinetischen Energien pro Volumeneinheit dieser beiden Gasstrahlen sind vorzugsweise im wesentlichen gleich groß.

Obwohl ein derartiges System mit Doppelgasstrahlen es er-

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möglicht, das Ausziehen in einer einzigen Stufe und lediglich in den Wirbeln vorzunehmen, die in der aus den beiden Gasstrahlen kombinierten Strömung erzeugt werden, ist es vorzuziehen, die Fasern in einem Verfahren mit zwei Stufen herzustellen, bei dem die sich aus dem Paar von Gasstrahlen ergebende, kombinierte Strömung auch als Mittel dafür verwendet wird, um den Glasstrom in eine Wechselwirkungszone mit einem Hauptgasstrom einzuführen, dessen Bahn die kombinierte Strömung schneidet; ein derartiges Verfahren führt aufgrund des komplementären Ausziehens zu feineren Fasern.

In jedem Zentrum der Fasererzeugung konvergieren die Wirbel, die in der Strömung jedes Paares von Strahlen erzeugt werden, stromabwärts der Zone der laminaren Strömung und die kombinierte Strömung schreitet in Richtung des Hauptgasstromes fort, um in diese einzudringen und somit eine Wechselwirkungszone zu schaffen, die auch ein Paar von Wirbeln enthält und deren Eigenschaften in der FR-PS 2 223 318 beschrieben sind.

Jeder Glasstrom wird somit einem primären Ausziehvorgang in einem Gasstrom und genauer gesagt zwischen zwei von jedem Paar von Trägerstrahlen erzeugten Wirbeln unterworfen, und der teilweise ausgezogene Glasstrom wird dann einem zweiten AusziehVorgang in der Wechselwirkungszone ausgesetzt, die durch das Eindringen der Strömung aus kombinierten Trägerstrahlen in den Hauptgasstrom gebildet wird. Dieses Verfahren des Ausziehens einer einzigen Faser, das in zwei Stufen durchgeführt wird, ermöglicht es, lange Fasern ohne dazwischen liegende Brüche zu erhalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen im

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folgenden anhand der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Hauptelernente einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Fasern und deren Aufnahme, wobei einige Teile im Schnitt wiedergegeben sind;

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

Fig. 3 einen senkrechten Längsschnitt in vergrößertem Maßstab der Elemente, die in der Ebene der Austrittsöffnungen der Strahlen ein Zentrum der Fasererzeugung bilden;

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fasererzeugung, wobei insbesondere bestimmte Abmessungen angegeben sind, die zur Schaffung der Betriebsbedingungen bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu berücksichtigen sind;

Fig. 6 eine Detaildarstellung im Schnitt zur Erläuterung der Abmessungen zwischen benachbarten Strahlaustrittsöffnungen; und in

Fig. 7 einen Querschnitt einer Zuführungsleitung zur Zuführung (Düsenwarze) von ausziehbarem Material, wobei ebenfalls

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bestimmte wichtige Abmessungen angegeben sind.

Im folgenden soll zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen werden, in der 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 Hauptgasstrom 10 austreten läßt. Dieser Hauptgasstrom 10 kann selbstverständlich auch in andere Richtungen ausgerichtet sein.

Ein Sammelbehälter 13, der über ein Verbindungsteil 12 an einen Strahlverteiler (Strahlspeiser) 11 angeschlossen ist, versorgt diesen mit unter Druck stehendem Gas, beispielsweise mit Druckluft.

Aus den Fig. 2 und 3 erkennt man, daß der Strahlverteiler 11 Paare von öffnungen 14 und 15 für die Emission von Gasstrahlen aufweist, wobei aufeinanderfolgende Paare von öffnungen die Bezugszeichen 14ει - 15<ä, 14b_ - 15b, 14£ 15c_, 14d - 15d und 14e - 15e_ tragen; die aus diesen Paaren von öffnungen emittierten Gasstrahlen sind mit den entsprechenden Buchstaben bezeichnet. Fig. 2 lässt in perspektivischer Darstellung drei Paare von Gasstrahlen erkennen, während ein einziges Paar von Gasstrahlen a - ει 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 - ai, in ihrer gemeinsamen Ebene gegeneinander und erzeugen eine kombinierte Strömung, die in Fig. 1 mit A bezeichnet ist und in der ein Strom aus ausziehbarem Material einer ersten Ausziehstufe oder einem primären Ausziehvorgang unterworfen ist. Die kombinierte Strömung oder der kombinierte

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Trägerstrahl schreitet nach unten fort und dringt in den Hauptgasstrom 10 ein, wobei er mit letzterem eine Wechselwirkungszone erzeugt, die bei einer zweiten Stufe des Ausziehvorganges Verwendung findet.

In den Figuren der Zeichnung ist eine Quelle zur Versorgung mit Glas schematisch bei 16 angedeutet; die Quelle 16 weist eine Düse 17 mit einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Spinn- oder Düsenwarzen 18 zur Zuführung von Glas auf, wobei die Düsenwarzen 18 jeweils mit einer Zuführungsöffnung 18a und stromaufwärts einer Dosieröffnung 19 versehen sind. Das Glas wird somit in Form von Konen oder Zwiebeln G zugeführt, aus denen sich dann die nach unten fließenden Glasströme S ergeben, wobei jedes Zentrum der Fasererzeugung einen derartigen Konus und einen Strom 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 aus Fasern B 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, welche schematisch bei 24 angedeutet sind.

Die mit der oben angegebenen Vorrichtung stattfindende Fasererzeugung sail im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 genauer erläutert und analysiert werden.

Wie oben bereits angegeben, ist der eigentliche Vorgang in jedem Zentrum der Faserherstellung vorzugsweise mit der Wirkung von Gasstrahlen benachbarter Zentren verbunden. Fig. zeigt den Ausziehvorgang in vollständiger Weise für das Zen-

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trum 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 im Zentrum der Faserherstellung mit den Gasstrahlen a - a stattfindet; um diesen Vorgang oder die Wirkungsweise zu analysieren, darf zunächst einmal darauf hingewiesen werden, daß jeder Gasstrahl eine Bewegung der ümgebungsluft induziert, sobald er aus einer Austrittsöffnung ausgetreten ist. Infolgedessen weist jeder Gasstrahl ει einen zentralen Bereich oder einen Kern j_ auf, der von einer Einhüllenden oder Enveloppe aus Gas umgeben ist, die die induzierte Luft enthält und mit dem Buchstaben jL bezeichnet ist. Diese Enveloppe vergrößert sich rasch in Abhängigkeit von der fortschreitenden Strömung des Gasstrahles, während der Kern 2_ ein relativ kurzer zentraler Bereich bleibt, der die Form eines Konus aufweist. Die den Kern 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 in dem Maße abnimmt, wie die Strömung fortschreitet. Die in den Fig. 2 und 3 eingetragenen Pfeile zeigen die Induktion oder die Einführung der Luft durch die Strömung der Gasstrahlen, aber auch die Strömung des Gashauptstromes.

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 aufeinander prallen, so findet eine seitliche Entfaltung bzw. Aufweitung der kombinierten Strömung strom-

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abwärts vom Zusammenstoßbereich der beiden Gasstrahlen statt, d.h. die Strömung weitet sich in quer zur Ebene der Achsen der Gasstrahlen liegenden Richtungen auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Paare von Gasstrahlen oder die ihrer Achsen enthaltenden Ebenen ausreichend dicht zueinander 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 wird. Dieses Zusammentreffen von benachbarten 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, 3 und 4 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 Wirbelströme gegeneinander drehen und im unteren Bereich in der entgegengesetzten Richtung drehen, wie es durch die Pfeile in Fig. 4 angedeutet ist. Demgegenüber drehen sich die mit der Bezeichnung _tl - _tl versehenen Wirbel

des unteren Paares in der entgegengesetzten Richtung.

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 induzierter Luft sehr intensiv ist; genau in diese Zone L laminarer

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Strömung wird der Glasstrom S neben den oberen Wirbeln

eingeführt. Dieser Glasstrom S bildet sich ausgehend von einer Art Zwiebel oder Kegel aus Glas G, dessen Position gegenüber dem Ausgang der Gasstrahlen verschoben ist. Während sich jedoch der Glaskonus G in ausziehbarem oder schmelzflüssigem Zustand am Ausgang der Düsenwarze befindet, wird der ausziehbare Glasstrom S gegenüber der Ausgangsstellung des Glaskonus G in Richtung der Zone L laminarer Strömung ausgelenkt, und zwar infolge des intensiven Zuges von induzierter Luft, und dieser Effekt gewährleistet die Zuführung des Stromes aus ausziehbarem Material in der Zone laminarer Strömung. Selbst wenn ein leichter Fehler in der Ausfluchtung der Düsenwarzen 18 zur Versorgung mit Glas gegenüber dem Paar von Gasstrahlen vorliegt, so kompensiert der Zug von induzierter Luft aufgrund der genannten Tatsache automatisch diesen Fehler und führt den Glasstrom in die geeignete Stellung.

Es ist somit 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 Str om aus ausziehbarem Material von den Strömen induzierter Luft automatisch in diese Zone gezogen wird, wobei diese Ströme induzierter Luft, wie oben bereits erwähnt, eventuelle Ausfluchtungsfehler automatisch kompensieren, was zu einer Stabilisierung der Einführung von ausziehbarem Material in das System führt. Diese Stabilität wird auch dann erhalten, 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

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emittierenden Einrichtungen zu erleichtern.

Stromabwärts von der Zone L laminarer Strömung haben die beiden Wirbel tu - tu, aber auch die Wirbel

ti - _tl 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 wiedergegeben ist, der die beiden Paare von Wirbel

zeigt; 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, und zwar in dessen Innerem die Wechselwirkungszone, die in der oben genannten Veröffentlichung vollständig analysiert ist, wobei diese Zone ein zusätzliches Paar von Wirbeln τ aufweist.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß jede Ebene, die die Achsen der Gasstrahlen desselben Paares enthält, den Gashauptstrom längs einer Geraden schneidet, die vorzugsweise praktisch parallel zu seiner Ausbreitungsrichtung 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 Gasstrahles in den Gashauptstrom unterworfen, wobei der teilweise ausgezogene Glasstr dann einem zusätzlichen Ausziehvorgang in der Wechselwirkungszone der Strömung mit dem Gashauptstrom unterworfen wird. Man erkennt aus den Zeichnungen, daß diese beiden

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Stufen des Ausziehvorganges ohne Bruch des Glasstromes stattfinden, so daß jeder Glasstrom eine einzige Faser liefert.

Um in jedem Zentrum der Faserherstellung den oben beschriebenen Vorgang zu erhalten, insbesondere die Ausbildung von Paaren von Wirbeln , 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 Gasstrahlen weisen ebenfalls vorzugsweise identische Flächen auf, jedoch ist es auch möglich, eine kleine Differenz zwischen diesen Oberflächen zuzulassen, insbesondere dann, wenn die kinetischen Energien pro Volumeneinheit der beiden Gasstrahlen praktisch gleich groß sind. Ferner haben die Querschnitte der beiden Gasstrahlen eines Zentrums der Faserherstellung vorteilhafterweise dieselbe Form.

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, und 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 identisch oder sehr benachbart sind, und zwar im Inneren eines Gasstrahles, aber auch bei den beiden Gasstrahlen eines Zentrums der Faserherstellung. Außerdem ist es wünschenswert, wenn die Paare von benachbarten Gasstrahlen im wesentlichen die gleichen Abmessungen besitzen, um eine gleichmässige Ausbildung der Paare von Wirbel

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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 Faserherstellung in den verschiedenen Wechselwirkungszonen, die durch das Eindringen der Gasstrahlen in den Gashauptstrom erzeugt werden. Die durch jedes Paar von Gasstrahlen hervorgerufene Strömung kann dazu verwendet werden, Fasern herzustellen, ohne den Gashauptstrom zu verwenden. Jedoch wird man in den meisten Fällen und insbesondere für die Herstellung von relativ feinen Fasern es bevorzugen, nicht nur den primären Ausziehvorgang zu verwenden, der in der Strömung eines Paares von Gasstrahlen stattfindet, sondern man wird auch den zusätzlichen Verstreckungsvorgang verwenden, der in der Wechselwirkungszone stattfindet und der aus dem Eindringen dieser Strömung in den Gashauptstrom resultiert.

Damit dieses Eindringen stattfindet, muß die kombinierte Strömung eine größere kinetische Energie pro Volumeneinheit aufweisen als der Gashauptstrom, wenn sie ihn 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 Glasstrom ohne Bruchstückbildung (Abriß) eingeführt wird. Tatsächlich ist es von Bedeutung, daß ihre Achsen sich praktisch in derselben Ebene befinden und sich in dieser Ebene vorzugsweise unter einem spitzen Winkel treffen, der vorteilhafterweise einen Wert zwischen den nachstehend angegebenen Grenzen besitzt» Außerdem sind

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weitere Parameter, die unter Bezugnahme auf die Fig. 5, 6 und 7 genau angegeben sind, ebenfalls zu berücksichtigen.

Fig. 5 zeigt im Schnitt in gleicher Weise wie Fig. 3 die drei Hauptteile der Vorrichtung, die zur Bildung mindestens eines Zentrums zur Faserherstellung verwendet wird: Nämlich den Generator für den Hauptgasstrom, die die Gasstrahlen emittierende Einrichtung und die Quelle für die Zuführung von ausziehbarem Material. In Fig. 5 sind, ebenso wie in den Fig. 6 und 7, die Bezeichnungen oder Symbole zur Identifizierung der verschiedenen Parameter angegeben, wie z.B. die Abmessungen und Winkel auf die sich die nachstehenden Tabellen beziehen, welche die geeignetsten Bereiche von Änderungen oder Schwankungen der Abmessungen und der Winkel sowie ihre bevorzugten Werte angeben.

Tabelle I Düse und Düsenwarzen für die Zuführung von auszieh.-

barem Material

Symbol Bevorzugter Wert Bereich

d_ 2 mm 1 - 5 mm

1 1 mm 1 - 5 mm

1_, 5 nun 0 - 10 mm

d_ 2 mm 1-5 mm

D_, 5mm 1 - 10 mm

Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck "Zuführungsöffnung" für ausziehbares Material ist in einem sehr allgemeinen Sinne zu verstehen; in der Tat kann er entweder eine einem einzigen Paar von Gasstrahlen zugeordnete, isolierte öffnung, oder eine Reihe von öffnungen, die sich beispielsweise jeweils am Ende einer Düsenwarze be-

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finden, oder einen Zuführungsschlitz bezeichnen, der gemeinsam für eine Vielzahl von Zentren zur Faserherstellung vorgesehen ist, wie es beispielsweise in der FR-PS 2 223 318 angegeben ist. Wenn eine Reihe von Öffnungen durch einen Schlitz ersetzt wird, der einer Reihe von Paaren von Luftstrahlen zugeordnet und quer zum Hauptgasstrom angeordnet ist, so wird das aus dem Schlitz austretende, ausziehbare Material dann in eine Reihe von Kegeln und Ströme unterteilt, und zwar unter dem Einfluß der Paare von Luftstrahlen und den Luftströmen, welche sie in den verschiedenen Zentren der Faserherstellung induzieren. Jeder gebildete Glasstrom wird von den induzierten Strömen in die entsprechende Zone laminarer Strömung mitgenommen. In diesem Falle befindet sich die Achse jedes Glaskegels automatisch in der Ebene, die die Achsen des entsprechenden Paares von Gasstrahlen enthält.

Tabelle II

Emissionseinrichtung für die Paare von Gasstrahlen Symbol Bevorzugter Wert Bereich

d_. 2 mm 0,5 - 4 mm

d_T? 2 mm 0,5 - 4 mm

1_T 3 mm 1 - mm

L_T„ 5mm 2-10 mm

c*jj 45° 10° - 90°

45° 20° - 90°

Was die Emissionsvorrichtung für die Paare von Gasstrahlen anbetrifft, so darf darauf hingewiesen werden, daß diese auch aus zwei übereinander angeordneten Verteilern für Gasstrahlen bestehen kann, welche jeweils an der Vorderwand eine einzige Reihe von Öffnungen aufweist, die so angeordnet

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sind, daß die Umgruppierung der beiden Verteiler Paare von Öffnungen bildet, die die oben aufgeführten Eigenschaften besitzen.

Tabelle III Gashauptstrom

Symbol Bevorzugter Wert Bereich

L· , 10 nun 5 - 20 mm

Tabelle IV

Relative Stellung der verschiedenen Elemente Symbol Bevorzugter Wert Bereich .

Zj 8 mm 1 - 15 nun

Z_Tn 17mm 12- 30 mm

Χ_πτ 0 mm -20 - + 5 mm

X__ 5 mm 0 - 8 mm

Die negativen Werte für das Symbol X entsprechen dem in Fig. 5 wiedergegebenen Fall, wo der Schnittpunkt der Bahnen oder Achsen der beiden in jedem Zentrum der Fasererzeugung emittierten Gasstrahlen sich stromabwärts vom Ausgang der den Hauptgasstrom emittierenden Rohrleitung (Düse), bezogen auf seine Ausbreitungsrichtung, befindet.

Die Anzahl der Zentren der Fasererzeugung kann bis zu 150 betragen, aber bei einer normalen Anlage zur Herstellung

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νοη Fasern aus Glas oder einem ähnlichen thermoplastischen Material wird eine entsprechende Spinndüse beispielsweise 70 Düsenwarzen aufweisen.

Es darf auch darauf hingewiesen werden, daß die Betriebsbedingungen beim erfindungsgemäßen Verfahren sich in Abhängigkeit verschiedener Faktoren ändern, beispielsweise in Abhängigkeit von den Eigenschaften des in Faserform zu bringenden Materials.

Wie bereits angedeutet lässt sich das oben beschriebene Verfahren auf einen breiten Bereich von ausziehbaren Materialien anwenden. Wenn es sich um das Ausziehen von Glas oder anderen nicht organischen thermoplastischen Materialien handelt, so wird sich die Temperatur der Spinndüse oder der Düsenwarzen selbstverständlich in Abhängigkeit von dem speziellen, in Faserform zu bringenden Material ändern, und zwar im allgemeinen in einem Temperaturbereich, der ungefähr zwischen 1400⁰C und 1800⁰C liegen kann. Bei einem Glas mit einer üblichen Zusammensetzung liegt die Temperatur der Düse in der Größenordnung von 1480⁰C.

Der spezifische Durchsatz kann zwischen 20 und 150 kg/Öffnung in 24 Stunden schwanken,wobei typische Werte zwischen 40 und 60 kg/Öffnung in 24 Stunden liegen.

Ferner sind bestimmte Werte, die sich auf den Gasstrahl oder auf den Hauptgasstrom beziehen, ebenfalls von Wichtigkeit, wie es in den nachstehenden Tabellen angegeben ist, wo folgende Symbole verwendet werden:

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ρ = Druck

T = Temperatur

V = Geschwindigkeit

Q = spezifische Masse

Tabelle V Emission jedes Gasstrahles

Symbol

(bar) ( ⁰C) (m/s) (bar)

Bevorzugter Wert

2,5 20 330 2,1

Bereich	15
ι _	1500
0	900
330	40
0,8 -

Tabelle VI Gashauptstrom

Symbol

Bevorzugter Wert

Bereich

(mbar)	95
( ⁰C )	1450
(m/s)	320
(bar)	0,2

30	—	250
1350	—	1800
200	-	550
0,	06 -	0,5

Wenn man einen Ausziehvorgang in zwei Stufen ausführt und dabei gleichzeitig das System des doppelten Gasstrahles und des Hauptgasstromes verwendet, so weist die Strömung der kombinierten Gasstrahlen eine geringere Breite und vorzugsweise einen geringeren Querschnitt als der Hauptgasstrom auf , und sie dringt in den Hauptgasstrom ein, um dort eine Wechselwirkungszone zu erzeugen, in der die zweite

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Stufe des Ausziehvorganges stattfindet. Zu diesem Zweck muß diese Strömung aus kombinierten Gasstrahlen eine größere kinetische Energie pro Volumeneinheit als der Hauptgasstrom in dem Bereich besitzen, wo sie miteinander zusammenwirken. Wenn sie den Hauptgasstrom erreicht, kann die Strömung beispielsweise eine kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzen, die ungefähr zehnmal so groß wie die des Hauptgasstromes ist, d.h. es gilt:

= 10.

Bei demselben Ausziehvorgang in zwei Stufen zieht man es, wie oben bereits erwähnt, hinsichtlich der Paare von Gasstrahlen vor, wenn diese beiden Gasstrahlen ungefähr die gleichen Dimensionen, aber auch die gleichen Geschwindigkeiten und kinetischen Energien aufweisen. Es ist jedoch eine bestimmte Differenz zulässig, zumindest für einige dieser Parameter.

Das oben beschriebene Verfahren weist eine große Anzahl von Vorteilen auf, insbesondere für die Faserherstellung aus verschiedenen Materialien und speziell für mineralische thermoplastische Zusammensetzungen, wie z.B. Glas oder ähnliche Materialien.

Insbesondere sind dabei folgende Vorteile und wichtige Eigenschaften von Bedeutung:

Bei der bevorzugten Ausführungsform, wo das zu jedem Zentrum der Fasererzeugung gehörige Paar von Gasstrahlen außerdem dazu dient, das ausziehbare Material in die Wechselwirkungszone einzuführen, die durch das Eindringen der kombinierten Strömung in einem Gashauptstrom erzeugt wird, sorgt die Verwendung eines derartigen Paares von Gasstrahlen für eine

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Stabilität bei der Einführung des Stromes aus ausziehbarem Material einerseits in der aus den Gasstrahlen entstandenen Strömung, aber auch in der Wechselwirkungszone mit dem Gashauptstrom. Ferner wird diese Stabilität bei der Versorgung auch im Falle eines Abstandes oder einer beträchtlichen Entfernung zwischen den wesentlichen Elementen jedes Zentrums zur Fasererzeugung, d.h. der Versorgungsquelle mit ausziehbarem Material, der Vorrichtung zur Emission der Gasstrahlen und dem Generator für den Hauptgasstrom. Eine derartige Trennung ist aus zahlreichen Gründen sehr wichtig, insbesondere deswegen, weil es wünschenswert ist, den übergang übermässiger Wärmemengen zwischen den verschiedenen Elementen des zur Faserherstellung dienenden Systems,zu vermeiden; die Trennung ermöglicht es insbesondere, für jedes dieser Elemente die gewünschten Temperaturbedingungen zu schaffen und aufrecht zu erhalten, wobei diese präzise Einstellung der Temperaturen wünschenswert ist, um eine regelmässige Fasererzeugung und infolgedessen Fasern mit guter Qualität zu erhalten.

Hinsichtlich dieser Temperaturen darf noch darauf hingewiesen werden, daß es vorteilhaft ist, für den Gasstrahl ein Fluid, wie z.B. Druckluft, mit einer in der Größenordnung der Umgebungstemperatur liegenden Temperatur zu verwenden, während die Versorgungsquelle mit ausziehbarem Material, beispielsweise Glas, und der Generator für den Hauptgasstrom beide auf relativ hohen Temperaturen gehalten werden. Diese Temperaturdifferenzen lassen sich bei dem erfindungsgemäßen System in der Tat berücksichtigen, und zwar aufgrund der Möglichkeit der beträchtlichen Trennung der verschiedenen Organe.

Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Erzielung der oben angegebenen Vorteile, ohne daß

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es erforderlich ist, ein mechanisches Element längs der Bahn des einzelnen Gasstrahles oder des Paares von kombinierten Gasstrahlen, die in jedem Zentrum der Fasererzeugung austreten, einzuführen und dessen präzise Stellung einzustellen. Tatsächlich ist es so, daß einerseits die seitliche Aufweitung der Strömung von dem gegenseitigen Zusammentreffen der Gasstrahlen jedes Paares herrührt und daß andererseits diese Aufweitung dadurch begrenzt oder gestört ist, daß man den Abstand zwischen den benachbarten Gasstrahlenpaaren einstellt, um das Zusammentreffen der Strömung eines Zentrums der Fasererzeugung mit den benachbarten Strömungen zu erhalten. Diese spezielle Anordnung ermöglicht es, die seitliche Aufweitung der kombinierten Gasstrahlen zu begrenzen und somit die Paare von Wirbelströmen zu entwickeln, die an die Zonen laminarer Strömung angrenzen, ohne irgendein mechanisches Element in den Bahnen der Gasstrahlen anzuordnen und infolgedessen ohne sich mit den Problemen der Abnutzung, des Verschleißes, der Zerstörung durch Wärme oder der präzisen Positionierung dieser Elemente befassen zu müssen; diese Probleme treten jedoch sonst notwendigerweise auf, wenn die Entwicklung und Ausbildung von Wirbelströmen in den Gasstrahlen mit der Verwendung derartiger mechanischer Elemente verknüpft ist. Diese besonders vorteilhafte Möglichkeit der Verwendung eines Minimums an mechanischen Anordnungen in der Nähe der Versorgung mit ausziehbarem Material verringert darüber hinaus die Gefahr des Anhaftens oder der Ansammlung von nicht in Fasern umgewandeltem Material an derartigen Anordnungen.

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Leerseite

Claims

Saint-Gobain Industries
62, Bd. Victor Hugo

F-92209 Neuilly-sur-Seine
Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material

Patentansprüche

V Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem ausziehbaren Material, bei dem das Ausziehen unter Verwendung von Gasströmen erfolgt, dadurch gekennzeichnet , daß man mindestens ein Paar von Gasstrahlen verwendet, deren kinetische Energien pro Volumeneinheit im wesentlichen gleich groß sind und deren Achsen sich praktisch in derselben Ebene befinden, wobei die beiden Gasstrahlen konvergieren, um ihr gegenseitiges Zusammentreffen sowie eine seitliche Aufweitung der von

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den beiden kombinierten Gasstrahlen gebildeten Strömung hervorzurufen, und daß man das Material in Form eines Stromes in ausziehbarem Zustand in eine Zone von einem der beiden Gasstrahlen induzierten Gase einleitet, wobei diese Zone sich außerhalb des zwischen den beiden Gasstrahlen befindlichen Winkels befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch . gekennzeichnet , daß man das ausziehbare Material aus einer Position, die sich neben dem Paar von Gasstrahlen in der die Achsen dieser Gasstrahlen enthaltenden Ebene befindet, in die Zone induzierter Gase einleitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Querschnitte der. beiden Gasstrahlen desselben Paares gleiche Flächeninhalte aufweisen.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man die seitliche Aufweitung der Strömung kombinierter Gasstrahlen begrenzt, um an den Rändern dieser Strömung ein Paar von im Abstand angeordneten Wirbeln entwickeln, die sich zu beiden Seiten der gemeinsamen Ebene befinden und zwischen denen eine Zone laminarer Strömung verläuft, und daß das Material in die Zone laminarer Strömung in Form eines Stromes in ausziehbarem Zustand zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Hauptgasstrom in einer Richtung erzeugt, die die Strömung der kombinierten Gasstrahlen schneidet, daß die Strömung kombinierter Gasstrahlen eine größere kinetische

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Energie pro Volumeneinheit und eine kleinere Dimension als der Hauptgasstrom aufweist, damit die Strömung unter Bildung einer Wechselwirkungszone in den Hauptgasstrom eindringt und den Strom aus ausziehbarem Material in die mit dem Hauptgasstrom erzeugte Wechselwirkungszone mitnimmt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ,daß man einem Hauptgasstrom mehrere Paare von seitlich im Abstand voneinander angeordneten Gasstrahlen zuordnet, wobei der Abstand zwischen den Paaren von aufeinanderfolgenden Gasstrahlen so gewählt ist, daß eine kombinierte Strömung auf eine benachbarte kombinierte Strömung trifft und dieses seitliche Zusammentreffen somit in jeder Strömung von zwei kombinierten Gasstrahlen Paare von Wirbeln entwickelt, zwischen denen eine Zone laminarer Strömung verläuft, und daß man das Material in Form eines Stromes in ausziehbarem Zustand in jede Zone laminarer Strömung einleitet, wobei die Ströme aus ausziehbarem Material dann in diesen verschiedenen Wechselwirkungszonen mitgenommen werden, welche von den kombinierten Strömungen in dem Hauptgasstrom gebildet werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Querschnitt eines Gasstrahles in der Ebene der Achsen des Paares von Gasstrahlen und quer zu dieser Abmessungen aufweist, die im wesentlichen ebenso groß wie die entsprechenden Abmessungen des zweiten Gasstrahles desselben Paares sind.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche

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1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert des Winkels zwischen den Achsen der Gasstrahlen jedes Paares zwischen 10° und 90° liegt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die die Achsen des Paares von Gasstrahlen enthaltende Ebene den Hauptgasstrom längs einer Linie schneidet/ die praktisch parallel zur Strömungsrichtung des Hauptgasstromes verläuft.
10. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material unter Verwendung von Gasströmen, mit mindestens einem Emissionsorgan für die Gasstrahlen und einer Versorgungsquelle für ausziehbares Material, die mit mindestens einer Zuführungsöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Emissionsorgan (11) für die Gasstrahlen öffnungen (14, 14a_ - 14>e, 15, 15a - 15eJ für die Emission von Gasstrahlen aufweist, die paarweise (14 - 15, 14ja - 15a., ..., 14d - 15d) angeordnet sind, wobei die aus den beiden öffnungen desselben Paares austretenden Gasstrahlen im wesentlichen die gleiche kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzen und die Achsen der beiden Öffnungen praktisch in derselben Ebene liegen, in der sie konvergieren, um das gegenseitige Zusammentreffen der beiden Strahlen (a - a, ..., d - d) und die Bildung einer kombinierten Strömung zu ermögliche^ und daß die Zuführungsöffnung (18a) für die Zuführung von ausziehbarem Material sich außerhalb des Winkels ( ⁰^Jj) zwischen den Achsen der zur Emission dienenden öffnungen desselben Paares von Gasstrahlen befindet, so daß das Material in Form eines Stromes in ausziehbarem Zustand in die Zone der von einem der beiden Gasstrahlen induzierten Gase eingeführt wird.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Achse der Zuführungsöffnung (18a) für die Zuführung von ausziehbarem Material sich in der Ebene befindet, die die Achsen der Öffnungen (14-15/ 14a - 15a, ..., 14d - 15d) des Paares von Gasstrahlen (a - a, •••/d-d) enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Öffnungen (14 - 15, 14a^ - 15a, ..., 14d - 15d) desselben Paares im wesentlichen gleiche Flächen aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch einen Generator (8),.der einen Hauptgasstrom (10) in einer Richtung erzeugt, die die Bahn der kombinierten Strömungen schneidet, wobei der Hauptgasstrom (10) eine größere Breite als die in ihn eintretenden kombinierten Strömungen besitzt.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die aufeinanderfolgenden Paare (14 - 15, 14a- 15<a, ..., 14d - 15d) von Emissionsöffnungen von Gasstrahlen (a - a, ..., d - d) in einem seitlichen Abstand voneinander angeordnet sind, so daß jede kombinierte Strömung auf eine benachbarte kombinierte Strömung trifft, um in jeder dieser Strömungen eine Zone laminarer Strömung zu entwickeln, die an Paare von Wirbeln grenzt, und daß jede Zuführungsöffnung (18a) für ausziehbares Material der jeweiligen Zone laminarer Strömung gegenüberliegend angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Öffnungen (14 - 15, 14a - 15a, ..., 14d - 15d) für die Emission desselben Paares von Strahlen (^a - <a, ..., d - d) die gleiche Form besitzen.

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16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Achsen der beiden Strahlen (a_ - a., ... , d - d) desselben Paares definierte Winkel (od ) zwischen 10° und 90° liegt.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Paare von Öffnungen (14- 15, 14ci - 15a, ..., 14d 15d) für die Emission der Gasstrahlen sich an der Vorderwand desselben Strahlverteilers (11) befinden.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß jede gemeinsame Ebene der Achsen der beiden Öffnungen (14 - 15, 14ci- 15cL, ..., 14d - 15d_ ) desselben Paares von Gasstrahlen (ja - a, ... , el - d) die Austrittsrichtung der Ausgangsöffnung des Generators (8) für den Hauptgasstrom (10) enthält.

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