DE3536137C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Werkstoffen,insbesondere von Glasfasern - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischen Werkstoffen,insbesondere von Glasfasern

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DE3536137C1 DE3536137A DE3536137A DE3536137C1 DE 3536137 C1 DE3536137 C1 DE 3536137C1 DE 3536137 A DE3536137 A DE 3536137A DE 3536137 A DE3536137 A DE 3536137A DE 3536137 C1 DE3536137 C1 DE 3536137C1
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Description

diglich eines relativ kleinen Meßfleckes erfaßt wird, so besteht die Möglichkeit, selektiv unterschiedliche Höhenbereiche der Umfangswand des Schleuderrihges abzutasten, so etwa den erfahrungsgemäß in bezug auf Überhitzung kritischsten Höhenbereich des Schleuderringes. Die von der heißesten Stelle erzeugte Strahlungsemission und die daraus abgeleitete Temperatur werden dann nicht durch die gleichzeitig erfaßte Strahlungsemission kühlerer Stellen in gewissem Umfang verfälscht, und es wird nicht nur eine Durchschnittstemperatur eines größeren Flächenbereiches ermittelt. Wenn gemäß Anspruch 3 der Meßfleck ständig über die Höhe der Umfangswand wandert, so werden sämtliche Bereiche der Umfangswand erfaßt, jedoch sequentiell hintereinander mit der Möglichkeit der Ermittlung und Auswertung des dabei auftretenden Maximalwertes. Ferner ist es gemäß Anspruch 4 sehr vorteilhaft, daß die ermittelte Temperatur des Schleuderringes als Regelgröße zur Einstellung der Luftmenge als auch der Gasmenge herangezogen wird.
Gemäß Anspruch 5 ist zur Lösung der gestellten Aufgabe eine geeignete Vorrichtung zur automatischen Regelung der Oberflächentemperatur des Schleuderringes vorgesehen, die neben dem Schleuderring mindestens ein ortsfest angeordnetes Strahlungspyrometer aufweist, welches den Bereich der Umfangswand des Schleuderringes ständig abtastet und vorzugsweise die Strahlungsemission etwa im Übergangsbereich des sichtbaren Lichtes zum Infrarotbereich sowie im nahen Infrarotbereich mißt. Bei den in Rede stehenden Temperaturen erfolgt in diesem Spektralbereich zwischen 0,6 und 1,1 μΐπ eine Abstrahlung relativ hoher Intensität bzw. Leistung, so daß ein störgrößenarmes Meßsignal erhalten wird. Dabei stehen für diesen Spektralbereich Detektoren etwa in Form von Silicium-Fotoelementen preisgünstig zur Verfugung.
Gemäß Anspruch 6 wird bevorzugt ein Strahlungspyrometer mit Maximalwertspeicher und Schwenkoptik eingesetzt, wie dies für eine Temperaturerfassung von schwingenden Drähten, Schweißnähten, schlechtgerührten Teilen, verzunderten Schmiedestücken und Walzblöcken usw., bei denen also das Meßobjekt ständig aus dem Meßbereich auswandert, bekannt ist. Der Maximalwertspeicher speichert bei jeder Schwenkbe-Austrittsöffnungen 9, von wo aus ein zunächst radiales Abschleudern erfolgt. Sogleich nach Austritt aus den Austrittsöffnungen 9 werden die feinen Schmelzenstrahlen von einem nach unten gerichteten Gasstrom 10 hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit erfaßt, wie dies durch Pfeile angedeutet ist. Der Gasstrom 10 umgibt ringförmig die Umfangswand 8 und erzeugt einen Schmelzenschleier 11, in dessen Anfangsbereich das Ausziehen der feinen Schmelzefäden aus den Austrittsöffnungen 9 zu Fasern einer gewünschten Feinheit erfolgt, die im weiteren Verlauf abkühlen und erstarren.
Zur Erzeugung des Gasstroms 10 ist eine ringförmige Brennkammer 12 vorgesehen, in der durch die Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches der Gasstrom 10 mit einer bestimmten Temperatur und Druck erzeugt wird, wobei während des eigentlichen Zerfaserungsvorganges dessen Druck mittels eines Druckaufnehmers 14 gemessen wird. Bei Erhöhung der Gaszufuhr und entsprechender Verminderung der Luftzufuhr erhält der Gasstrom 10 eine höhere Temperatur, während umgekehrt bei Erhöhung der Luftzufuhr und entsprechender Verminderung der Gaszufuhr eine Verminderung der Temperatur des Gasstromes 10 erfolgt.
Zur Unterbrechung des kontinuierlich aus einem nicht dargestellten Speiser austretenden Schmelzenstrahles 2 ist eine sog. Frittenrinne 15 vorgesehen, die gemäß Doppelpfeil 16 in den fallenden Schmelzenstrahl 2 hineingefahren werden kann (strichpunktiert bei 15' dargestellt) und diesen dann vor Eintritt in die Hohlwel-Ie 3 abfängt und ableitet. Ein derartiges Vorgehen wird z. B. bei einer Betriebsunterbrechung angewandt, wobei dann der Schleuderring 5 plötzlich keine quasi kühlende Schmelze mehr erhält, wodurch die Gefahr einer Überhitzung des Schleuderringes 5 besonders gegeben ist. Zur Erfassung der für eine Regelung der angestrebten Schleuderringtemperatur durch den Gasstrom 10 der Brennkammer 12 ist ein Strahlungspyrometer 17 vorgesehen, welches über einen Meßumformer 18 mit einem Maximalwertspeicher auf einen Regler 19 einwirkt, welcher mit einer Gasleitung 20 und einer Luftleitung 21 verbunden ist. Die Empfindlichkeit des Strahlungspyrometers 17 liegt im nahen Infrarotbereich zwischen etwa 0,6 und 1,1 μπι, wobei der für die Messung wirksame Spektralbereich zwischen 0,6 μπι, also am En-
wegung nur den Maximalwert und bringt diesen zur 45 de des sichtbaren Lichtes, und 1,1 μπι, also am Endbe-Anzeige, was bei auswandernden Meßobjekten dazu reich des nahen Infrarotbereiches, liegen kann.
mit
benutzt wird, überhaupt das Meßobjekt als solches zu erfassen, im vorliegenden Zusammenhang jedoch dazu benutzt wird, die heißeste Stelle des Meßobjektes zu erfassen und die Messung daran zu orientieren. so
Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung eine optimale Temperaturführung des Schleuderringes erreicht und eine Automatisierung des Zerfaserungsprozesses ermöglicht, wobei gleichzeitig hierdurch eine schädliche Überhitzung sowie schockartige Temperaturwechsel des Schleuderringes vermieden und somit dessen Standzeit günstig beeinflußt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.
In der Zeichnung ist mit 1 schematisch eine Zerfaserungseinrichtung gezeigt, bei der ein Schmelzenstrahl 2 durch eine Hohlwelle 3 in einen mit 4 bezeichneten Korb eines Schleuderringes 5 fällt. Der Korb 4 besitzt umfangsseitig relativ große Abgabeöffnungen 6 für die Schmelze. Letztere wird in radialen, relativ dicken Strahlen 7 auf die Innenseite einer Umfangswand 8 des Schleuderringes 5 aufgegeben und durchtritt dort feine Der Strahlungspyrometer 17 ist ferner mit einer Schwenkoptik 22 versehen, die einen Meßfleck von etwa 13 mm Durchmesser erzeugt, der über die Höhe der Umfangswand 8 des Schleuderringes 5 auf- und abwandert. Auf diese Weise erfolgt mehrfach pro Sek. die Abtastung der gesamten Höhe der Umfangswand 8 des Schleuderringes 5. Die Optik ist dabei in einem Abstand von etwas mehr als 1 m von der Umfangswand 8 des Schleuderringes 5 angeordnet.
Der mit dem Strahlungspyrometer 17 in Verbindung stehende Meßumformer 18 ist — wie bereits erwähnt — mit einem Maximalwertspeicher ausgestattet, so daß als Nutzsignal der oszillierenden Bewegung lediglich die heißeste Stelle erfaßt und deren Temperatur dem Regler 19 zugeführt wird, während kältere Stellen negiert werden. Auf diese Weise erfolgt eine Ausrichtung der Temperaturerfassung auf die höchste Durchschnittstemperatur der vom Meßfleck erfaßten Flächenteile und ist vermieden, daß die Durchschnittstemperatur einer zu großen Fläche erfaßt wird, die wiederum über den dort herrschenden Maximalwert nur eine höchst mittelbare und ungenaue Angabe liefert. Für den Über-
hitzungsschutz des Schleuderringes 5 kommt es natürlich nur auf die heißeste Stelle an.
Die Möglichkeit der kontinuierlichen Erfassung der Temperatur an der Umfangswand 8 des Schleuderringes 5 ist Grundlage für eine Automatisierung der Verfahrenssteuerung der Zerfaserungseinrichtung 1.
Bei einer Inbetriebnahme der Zerfaserungseinrichtung 1 erfolgt zunächst eine Spülung der Brennkammer 12 mit Luft und dann bei Zurücknahme der Luftmenge die Zufuhr von Gas, und zwar in einem vorbestimmten Verhältnis so lange, bis ein zündfähiges Gas-Luft-Gemisch vorliegt. Danach erfolgt die Zündung des Gas-Luft-Gemisches, wodurch ein Druckanstieg in der Brennkammer 12 erfolgt und der Gasstrom 10 aus dieser austritt, wobei gleichzeitig der Schleuderring 5 mit hoher Geschwindigkeit umläuft. Sobald bei diesem Hochverfahren der Temperatur die Umfangswand 8 des Schleuderringes 5 beispielsweise eine Temperatur von 670° C erreicht hat, spricht das Strahlungspyrometer 17 an und übernimmt nun die weitere temperaturabhängige Steuerung, und zwar derart, daß eine weitere Temperaturerhöhung der Umfangswand 8 in einer für die dortige Legierung geeigneten Weise erfolgt, beispielsweise mit einem Anstieg von 50° C pro Min. Hierdurch ergibt sich eine entsprechende Erhöhung der Gas- und Luftmenge bis zu einem möglichen maximalen Endverhältnis von beispielsweise 1:12. Bis zum Erreichen der gewünschten Ringtemperatur wird die Temperatur des Schleuderringes ständig durch das Strahlungspyrometer 17 überwacht, damit keine Überhitzung desselben auftreten kann. Nach Erreichen der für die Zerfaserung notwendigen Temperatur des Schleuderringes 5 kann der eigentliche Zerfaserungsprozeß beginnen, indem die Frittenrinne 15 aus dem Schmelzenstrahl 2 zurückgefahren wird, wobei eine Außerbetriebnahme der Zerfaserungseinrichtung 1 in umgekehrter Reihenfolge erfolgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
40
45
50
60
65

Claims (6)

1 2 Patentansprüche chung der Produktion, bei der die Zufuhr der Schmelze zum Schleuderring durch ein Zwischenschalten einer
1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus ther- sog. Frittenrinne unterbrochen wird, und die kühlende moplastischen Werkstoffen, insbesondere von Wirkung der Schmelze nicht mehr gegeben ist, vollkom-Glasfasern, bei dem der Werkstoff in geschmolze- 5 men einem mehr als 1400° C heißen Gasstrom ausgenem Zustand radial aus dem Innenraum eines trom- setzt, was dann ohne rechtzeitige Reduzierung der Temmelartigen Schleuderringes (5) durch Austrittsöff- peratur des Gasstromes zu einer schädlichen Überhitnungen (9) hindurch abgeschleudert und mittels ei- zung des Schleuderringes führen kann. Es ist zwar mögnes Gasstromes (10) hoher Temperatur und großer lieh, bei einer Produktionsunterbrechung eine Erhö-Geschwindigkeit unter Bildung eines glockenarti- io hung der Temperatur an der Umfangswand des Schieugen Schmelzenschleiers (11) ausgezogen wird, da- derringes dadurch zu begrenzen, daß man diese mittels durch gekennzeichnet, daß die von der Umgangs- eines Pyrometers manuell mißt, und demzufolge auch wand (8) des Schleuderringes (5) oberflächenseitig die Temperatur des Gasstromes manuell reduziert, was ausgehende Strahlungsemission kontinuierlich er- jedoch eine unbefriedigende Temperaturführung darfaßt und als Istwert in einem Regelkreis für den 15 stellt, die eine mögliche Überhitzung bzw. eine schock-Gasstrom (10) zur Prozeßsteuerung verwendet artige Abkühlung des Schleuderringes nicht ausschließt, wird. Es ist zwar bekannt, die Temperatur des Gasstromes
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- durch ein Thermoelement zu bestimmen, indem man zeichnet, daß die Strahlungsemission durch minde- dieses im Verbrennungsraum des Gas-Luft-Gemisches stens einen Meßfleck der eine gegenüber der Höhe 20 vorsieht, welches jedoch nur eine Referenztemperatur der Umfangswand (8) des Schleuderringes (5) ge- angibt, die sich nicht proportional zur Temperatur des ringere Höhe besitzt, erfaßt wird. Schleuderringes verhält und sich somit weniger für eine
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Temperaturführung für den Schleuderring eignet, zeichnet, daß der Meßfleck ständig über die Höhe Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunder Umfangswand (8) hin- und herbewegt wird. 25 de liegt, für das Verfahren nach dem Oberbegriff des
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei Anspruchs 1 eine vollautomatische Temperaturführung dem der Gasstrom (10) durch Verbrennung eines des Schleuderringes zu schaffen, wobei insbesondere Gas-Luft-Gemisches erzeugt wird, dadurch ge- sichergestellt sein muß, daß dieser bei sämtlichen Bekennzeichnet, daß die ermittelte Temperatur des triebszuständen nicht überhitzt wird, und daß darüber Schleuderringes (5) als Regelgröße zur Einstellung 30 hinaus z. B. auch, bei einer In- oder Außerbetriebnahme sowohl der Luftmenge als auch der Gasmenge her- eine gleichmäßige Temperaturerhöhung bzw. -absenangezogen wird. kung des Schleuderringes gewährleistet ist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennnach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
zeichnet, daß neben dem Schleuderring (5) minde- 35 Dadurch, daß die Strahlungsemission aus dem Bestens ein Strahlungspyrometer (17) ortsfest ange- reich des Schleuderringes zur kontinuierlichen Tempeordnet ist, welches den Bereich der Umfangswand raturmessung und zur Verwendung als Istwert im Re-(8) des Schleuderringes (5) ständig abtastet und des- gelkreis erfaßt wird, wird als Isttemperatur automatisch sen Empfindlichkeitsmaximum vorzugsweise im diejenige Temperatur des Schleuderringes ermittelt, auf Bereich des nahen Infrarot zwischen 0,6 und 1,1 μπι 40 die es zur Prozeßsteuerung wirklich ankommt. Ferner liegt. bietet die kontinuierliche Überwachung der Tempera-
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- tür der Umfangswand des Schleuderringes auch im Bezeichnet, daß das Strahlungspyrometer (17) eine trieb der Zerfaserungseinrichtung ohne Schmelzezu-Schwenkoptik (22) und einen Maximalwertspeicher fuhr, also im Stand-by-Betrieb, einen absoluten Überhitaufweist. 45 zungsschutz, da im Falle einer Überschreitung eines bestimmten Grenzwertes sofort bei der Erzeugung des
Beschreibung heißen Gasstromes die Luftmenge erhöht und die Gas
menge reduziert wird, wodurch dessen Temperatur in
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- unmittelbarer Abhängigkeit von der Oberflächentemrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplasti- 50 peratur des Schleuderringes gesenkt werden kann. Daschen Werkstoffen, insbesondere von Glasfasern, nach mit wird automatisch auch eine Verformung des Schleudern Oberbegriff des Anspruchs 1. derringes in diesem Zustand weitgehend vermieden.
Bei der Ausübung dieses an sich bekannten Verfah- Ferner kann für eine In- oder Außerbetriebnahme der rens (DE-OS 28 49 357) sind neben der Forderung nach Zerfaserungseinrichtung eine Programmsteuerung eingleichbleibender Qualität der damit erzeugten Glasfa- 55 gesetzt werden, die entsprechend der gemessenen Temserprodukte auch die Herstellungskosten von wesentli- peratur des Schleuderringes erforderliche Stell- und Recher Bedeutung. Da ein derartiges Verfahren bei relativ geleingriffe vornimmt. Zwar wurde mit transportablen hohen Temperaturen durchgeführt wird, ist die dafür Pyrometern die Oberflächentemperatur der Umfangseingesetzte Zerfaserungseinrichtung einer besonders wand des Schleuderringes von Hand in gewissen Zeithohen Beanspruchung ausgesetzt, was sich insbesonde- 60 abständen bereits gemessen, um eine drohende Überhitre auch auf die Standzeit des Schleuderringes auswirkt. zung des Schleuderringes zu erkennen, so daß dann ggf. Letztere wird auch dadurch noch beeinflußt, daß sich der Sollwert der Referenztemperatur des Gasstromes über die Betriebszeit die Umfangswand des Schleuder- von Hand entsprechend nachgestellt werden konnte, jeringes ausbauchen kann und auf diese Weise in den doch wurde nie erwogen, die Erfassung der Strahlungsheißen Gasstrom gerät, wodurch dann dieses ausge- 65 emission des Schleuderringes kontinuierlich durchzubauchte Wandteil einer besonders hohen Temperatur- führen und als Istwert für die Temperaturregelung des belastung ausgesetzt ist. heißen Gasstromes zu verwenden.
Ferner ist der Schleuderring im Falle einer Unterbre- Wenn gemäß Anspruch 2 die Strahlungsemission Ie-
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