-
Diese
Erfindung betrifft im Algemeinen eine Vorrichtung zum Erzeugen von
Endlosmaterialien und insbesondere eine Buchse zum Erzeugen von Glasfasern.
Konkret betrifft die Erfindung einer Faserbuchse mit einem Querträger.
-
Vorrichtungen
zum Erzeugen von Endlosmaterialien sind allgemein bekannt. Eine
herkömmliche Vorrichtung
umfasst eine Schmelzvorrichtung, in welche eine Charge von Material
gefüllt
wird, oder eine Umschmelzvorrichtung oder eine Vorschmelzvorrichtung,
in welche Glaskugeln oder Glasscherben gefüllt werden. Die Schmelzvorrichtung
schmilzt das Material, um Schmelzglas zu bilden. Bei einem Direktschmelzvorgang
tritt das Schmelzglas aus der Schmelzvorrichtung durch eine Öffnung in
einen Hauptkanal aus. Der Hauptkanal speist eine Mehrzahl von Querkanälen. Jeder
Querkanal wiederum speist Schmelzglas in eine Mehrzahl von Vorherden ein.
Jeder Vorherd leitet Schmelzglas durch eine Mehrzahl von Buchsenblöcken nach
unten. Jeder Buchsenblock speist Schmelzglas in eine Buchse ein,
die durch einen Rahmen getragen wird, welcher unterhalb des Buchsenblocks
montiert ist. Bei einem Umschmelzvorgang wird das Schmelzglas direkt
in jede Buchse eingespeist. Das Schmelzglas tritt aus jeder Buchse
in der Form von Glasfasern aus. Eine typische Buchse erzeugt hunderte
bis tausende von Glasfasern.
-
US-A-3,334,981
offenbart eine Faserbildungsbuchse mit einer Spitzenplatte und wenigstens einem äußeren Längsträger, der
sich der Länge
nach entlang der Spitzenplatte erstreckt, wobei einer dieser Träger sich
der Länge
nach über
die Mitte der Spitzenplatte erstreckt. Diese äußeren Längsträger sind hohl und mit einer
Kühlflüssigkeitsversorgung verbunden.
-
DD-A5-0
0285 588 betrifft eine Faserbildungsbuchse mit einer Deckplatte
und mehreren äußeren Querträgern, die
entweder durch den Rahmen der Buchse oder durch die Verteiler getragen
werden, zwischen welchen sich die Kühlrippen zum Kühlen der
Fasern erstrecken.
-
Es
gibt jedoch weder in US-A-3,334,981 noch in DD-A5-0 0285 588 eine
Offenbarung einer Faserbildungsbuchse, die einen äußeren Längsträger und
einen äußeren hohlen
Querträger
umfasst, wobei die Träger
im Einsatz unter einer Spitzenplatte positioniert werden.
-
Wie
in 1A dargestellt, werden die Glasfasern 10 durch
Durchleiten des Schmelzglases 12 durch eine Spitzenplatte 14 erzeugt.
Die Spitzenplatte 14 weist eine Mehrzahl von Spitzen 16 auf
. Jede Spitze 16 weist eine Öffnung 18 auf, durch
welche Schmelzglas 12 durchtritt. Glas, das aus der Spitze 16 austritt,
ist in der Form einer Faser 10. Die Fasern 10 werden
durch Kühlrippen 20,
die unterhalb der Spitzenplatte 14 getragen werden, gekühlt und
mit einem drehenden zylindrischen Wickelwerk oder Schneidwerk zu
einem gewünschten
Filamentdurchmesser verdünnt.
-
Wie
in 1B dargestellt, schwächt das Erwärmen einer Spitzenplatte 14 die
Struktureigenschaften des Spitzenplattenmaterials 14. Lasten,
die vom hydrostatischen Glasdruck, der Gravitationskraft und der
Formungsspannung herrühren,
führen
zu einem Hochtemperaturkriechen der Legierung, aus welcher die Spitzenplatte
gebildet ist. Dieses Legierungskriechen verursacht eine Verformung
der Spitzenplatte 14, was dazu führt, dass sie nach unten durchhängt. Da
die Spitzenplatte 14 durchhängt, nehmen die Spitzen 16 verschiedene
Orientierungen an. Folglich befinden sich einige der Spitzen 16 näher an den
Kühlrippen 20 als
andere. Die Kühlrippen 20 müssen zum
unteren Ende der untersten Spitzen 16 gesenkt werden. Folglich
sind die Kühlrippen 20 nicht von
allen Spitzen 16 gleich weit entfernt. Infolgedessen sind
einige Spitzen 16 zu nahe an den Kühlrippen 20 und daher
zu kalt, und einige der Spitzen 16 sind zu weit von den
Kühlrippen 20 entfernt
und daher zu heiß.
Wenn eine Spitze 16 zu kalt ist, nimmt der Durchmesser
der Faser 10, die durch die Spitze erzeugt wird, ab. Dies
kann zusammen mit einer anschließenden Zunahme der Formungsspannung
einen Durchbruch verursachen. Die Spitzen, die zu heiß sind,
weisen eine Zunahme des Glassflusses und eine Verringerung der Viskosität auf, was
zu einer Fließinstabilität führt, die
ebenfalls einen Durchbruch verursachen kann. Ein Durchbruch ist
eine Unterbrechung oder Trennung der Faser 10, die von
der Spitze 16 gebildet wird. Nachdem die Faser bricht, bildet
sich ein Kügelchen
oder eine Perle auf der Spitze 16.
-
Beim
Erzeugen von Hochtemperaturfaserprodukten, wie beispielsweise dem
Glasfaserprodukt Advantex, das von Owens Corning in Toledo, Ohio, USA,
erzeugt wird, muss die Buchse auf größere Höhen erwärmt werden, was die Integrität der Spitzenplatte 14 weiter
angreift und die Lebenserwartung der Buchse weiter verkürzt.
-
Am
Ende der Lebensdauer der Buchse wird die Buchse zerkleinert, fein
gemahlen und verwendet, um eine neue Buchse zu bilden.
-
Es
besteht ein Bedarf an einem Träger
für eine
Faserbuchse und eine Buchsenkonstruktion, die einer Spitzenplattenverformung
besser standhält.
-
Die
vorliegende Erfindung ist an eine Faserbildungsbuchse gerichtet,
welche umfasst:
eine Spitzenplatte, welche wenigstens zwei
Spitzenabschnitte und eine Abschnittsteilung zwischen den Spitzenabschnitten
umfasst;
einen äußeren Längsträger, der
sich der Länge
nach über
die Mitte der Spitzenplatte erstreckt,
einen äußeren hohlen
Querträger,
der sich seitlich entlang der Abschnittsteilung und im Wesentlichen senkrecht
zum und strukturell unabhängig
vom Längsträger erstreckt,
wobei der Querträger
gegenüberliegende
Enden und einen Stutzen aufweist, der sich von jedem der gegenüberliegenden
Enden erstreckt, derart dass die Stutzen in Fluidverbindung mit
dem Querträger
sind, wobei die Träger
(im Einsatz) unter der Spitzenplatte positioniert sind.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Faserbildungsbuchse bereitgestellt, welche
umfasst:
einen Buchsenkörper;
eine Öffnung,
die an einem oberen Ende des Buchsenkörpers vorgesehen ist;
eine
längliche
Spitzenplatte, die an einem unteren Ende des Buchsenkörpers vorgesehen
ist, wobei die Spitzenplatte wenigstens zwei Spitzenabschnitte und eine
Abschnittsteilung zwischen den Spitzenabschnitten umfasst;
einen äußeren Träger, der
einen länglichen
Mittelträger
umfasst, der sich zwischen einem Paar von sich seitlich erstreckenden
Endträgern
erstreckt, wobei der Mittelträger
sich der Länge
nach entlang der Spitzenplatte erstreckt und die Endträger sich
seitlich entlang gegenüberliegender
Enden der Spitzenplatte erstrecken; und
einen äußeren Querträger, der
strukturell unabhängig
vom Mittelträger
ist und sich seitlich entlang der Abschnittsteilung und zwischen
den Endträgern
erstreckt, wobei die Träger
(im Einsatz) unter der Spitzenplatte positioniert sind.
-
Verschiedene
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden für die Fachleute aus der folgenden
ausführlichen Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
ersichtlich, wenn angesichts der beiliegenden Zeichnungen gelesen.
-
1A ist
eine vergrößerte Teilseitenansicht einer
Faserbuchse des Standes der Technik mit einer nicht verformten Spitzenplatte
und Kühlrippen
unter der Spitzenplatte.
-
1B ist
eine vergrößerte Teilseitenansicht der
Faserbuchse des Standes der Technik mit einer verformten Spitzenplatte
und Kühlrippen
unter der Spitzenplatte.
-
2 ist
eine perspektivische Draufsicht einer Buchse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
3 ist
eine perspektivische Unteransicht der Umgebung einer Buchse gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, wobei sich Querträger
entlang der Abschnittsteilung der Spitzenplatten erstrecken.
-
4 ist
eine vergrößerte Draufsicht
von unten der Buchse, die in 3 dargestellt
ist.
-
5 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
der Buchse entlang Linie 5-5 in 4.
-
6 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des Querträgers,
der in 5 dargestellt ist.
-
Nunmehr
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 2 eine Buchse 30 veranschaulicht, die
einen Buchsenkörper 32 mit
gegenüberliegenden Enden 34, 36 umfasst.
Der Buchsenkörper 32 ist
aus einem Paar von der Länge
nach beabstandeten Endplatten 38, 40 und einem
Paar von seitlich beabstandeten Seitenwänden 42, 44,
die aus Dreiecken zusammengesetzt sind, um eine im Wesentlichen rechteckige
Struktur zu bilden, aufgebaut. Jede Seitenwand 42, 44 umfasst
eine obere Seitenwand 46 und eine untere Seitenwand oder
Spitzenseitenplatte 48. Ein Ohr 50 erstreckt sich
seitlich von jeder Endplatte 38, 40. Eine Seitenschienentragstange 52 erstreckt
sich der Länge
nach entlang jeder Spitzenseitenplatte 48.
-
Eine Öffnung 54 ist
am oberen Ende 56 der Buchse 30 vorgesehen. Ein
Flansch 58 ist an einem oberen Ende der Öffnung 54 vorgesehen.
Wie in 3 bis 5 dargestellt, ist eine längliche
Spitzenplatte 60 an einem unteren Ende 62 der
Buchse 30 vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist ein Paar von seitlich beabstandeten Spitzenplatten 60 vorgesehen.
Ein längliches (umgekehrtes)
Mittel-V 64 erstreckt sich zwischen den seitlich beabstandeten
Spitzenplatten 60. Wie in 5 dargestellt,
ist ein Sieb 66 innerhalb eines oberen Bereichs der Buchse 30 vorgesehen.
Eine Mehrzahl von länglichen
Versteifungsblechen 68 ist innerhalb eines unteren Bereichs
der Buchse 30 vorgesehen. Genauer gesagt, sind die Versteifungsbleche 68 diskrete
Längsdistanzen
voneinander beabstandet und an eine obere Oberfläche der Spitzenplatte 60 geheftet.
-
Wie
in 3 bis 5 dargestellt, ist die Buchse 30 innerhalb
eines Rahmens 70 aufgehängt. Hitzebeständiges Material 72 wird
um die Buchse 30 zwischen den Rahmen 70 und die
Buchse 30 gegossen. Das hitzebeständige Material 72 wird
auch in das Mittel-V 64 gegossen. Das hitzebeständige Material 72 wird
aushärten
gelassen.
-
Ein
länglicher
Mittelträger 74 kann
sich der Länge
nach entlang des Mittel-Vs 64 benachbart zum hitzebeständigen Material 72 darin
erstrecken. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt
sich der Mittelträger 74 zwischen
einem Paar von sich seitlich erstreckenden Endträgern 76, 78 und
ist damit verbunden, um einen im Allgemeinen H-förmigen Träger zu bilden, der allgemein
bei 80 angezeigt ist. Befestigungsklötze 82, die sich von
den Endträgern 76, 78 erstrecken,
sind am Rahmen 70 befestigt, um den Träger 80 in einer unbeweglichen Position
in Bezug auf die Buchse 30 zu halten. Der Mittelträger 74 und
die Endträger 76, 78 sind
hohl und in Fluidverbindung miteinander. Ein Stutzen 84, der
sich von jedem Ende jedes Endträger 76, 78 erstreckt,
ist in Fluidverbindung mit den Endträgern 76, 78.
Der Begriff „Stutzen" ist in der ganzen
Beschreibung allgemein so zu interpretieren, dass er jedes Verbindungsstück für die Fluidkanalverbindung
umfasst.
-
Ein
Querträger 86 erstreckt
sich seitlich entlang der Abschnittsteilung 88 zwischen
den Spitzenabschnitten 90 der Spitzenplatten 60.
Wie in 5 und 6 dargestellt, ist der Querträger 86 ein
länglicher
Träger
mit gegenüberliegenden
Enden 92, 94. Befestigungsklötze 96, die sich von
den Enden 92, 94 erstrecken, sind am Rahmen 70 befestigt
(wie in 5 klar zu erkennen ist), um
den Querträger 86 in einer
unbeweglichen Position in Bezug auf die Buchse 30 zu halten.
Ein Stutzen 98 erstreckt sich von jedem Ende 92, 94 des
Querträgers 86.
Wie in 6 dargestellt, ist der Querträger 86 hohl und in
Fluidverbindung mit den Stutzen 98.
-
Die
Mittel- und Querträger 74 und 86 durchkreuzen
einander. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
der Querträger 86 aus zwei
hohlen Elementen 100, 102 mit einem Fluidkanal 104,
der sich dazwischen erstreckt. Der Kanal 104 ist vorzugsweise
ein im Allgemeinen U-förmiger Kanal
mit zwei Schenkeln 106, 108, welche jeweils mit
einem entsprechenden hohlen Element 100, 102 verbunden
sind, so dass der Kanal in Fluidverbindung mit den hohlen Elementen 100, 102 ist.
Der U-förmige
Kanal 104 erstreckt sich nach unten und quert über den
Mittelträger 74.
-
Die
Träger 80, 86 sind
vorzugsweise thermisch und elektrisch von der Spitzenplatte 60 isoliert, wie
in 5 dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Oberseite jedes Trägers 80, 86 mit
einem keramischen Material 110 besprüht. In der am meisten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird eine Acht-Zoll-Schicht aus
Zirkoniumdioxid auf die Unterseite des Querträgers 86 aufgetragen.
-
Im
Einsatz wird eine Anschlussklemme, die allgemein bei 112 angezeigt
ist, an jedes Ohr 50 angeschlossen. Jede Anschlussklemme 112 ist
mit einem einer flexiblen Sammelschiene (nicht dargestellt) verbunden.
Jede flexible Sammelschiene ist über
eine röhrenförmige Sammelschiene
(nicht dargestellt) mit einem Transformatorkontakt verbunden. Die
Klemmen 112, die röhrenförmigen Sammelschienen
und die Kontakte sind hohl und wassergekühlt. Versorgungs- und Entladungsleitungen
(nicht dargestellt) sind mit den Stutzen 84, 98 verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind Hochdruckschläuche
mit Rohrverschraubungen mit den Stutzen 84, 96 verbunden.
Ein Kühlfluid
wird durch jede der Klemmen 112, Sammelschienen und Träger 80, 86 durchgelassen.
-
Die
Buchse 30 wird durch Durchlassen eines hohen Stroms (zum
Beispiel 2.000 bis 10.000 Ampere) durch die Ohren 50 und
den Buchsenkörper 52 widerstandsbeheizt.
Die Buchse 30 wird allmählich erwärmt, bis
sie eine Betriebstemperatur erreicht, die in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung,
die gebildet wird, von 2.100 bis 2.800 Grad Fahrenheit reichen kann.
Die erwärmte
Buchse 30 soll den Zustand des Schmelzglases eher konditionieren,
als das Glas zu schmelzen. Die Widerstandswärme wird im Buchsenkörper 32 durch
das gehärtete
hitzebeständige
Material 72, das um den Buchsenkörper ausgebildet ist, zurückgehalten.
-
Schmelzglas 12 (in 1 dargestellt) wird in die Buchse 30 durch
ihre Öffnung 54 eingeführt. Der Flansch 58 bildet
eine Dichtung zwischen dem Buchsenblock (nicht dargestellt) und
der Öffnung 54.
Ein Kühlmittelkanal
(nicht dargestellt) ist um den Umfang des Flansches 58 vorgesehen,
um jegliches Schmelzglas 12 abzukühlen, das zwischen dem Buchsenblock
und dem Flansch 58 möglicherweise austritt.
Dieses gekühlte
Glas hält
anderes Schmelzglas 12 davon ab, zwischen dem Buchsenblock
und dem Flansch 58 auszutreten.
-
Das
Schmelzglas 12 tritt durch das Sieb 66 durch,
wenn es durch den Buchsenkörper 32 durchtritt.
Das Sieb 66 dient dazu, Feststoffe zu erfassen, die im
Schmelzglas schweben, und zu einer gleichmäßigen Verteilung der Widerstandswärme im ganzen
Schmelzglas 12 beizutragen.
-
Wie
bereits erwähnt,
ist die Spitzenplatte 60 mit einer Mehrzahl von Spitzenabschnitten 90 versehen,
welche jeweils durch einen toten Raum oder eine Abschnittsteilung 88 getrennt
sind. Eine Mehrzahl von Spitzen 16 (in 1 am
besten zu erkennen) nimmt jeden Spitzenabschnitt 90 ein.
Keine Spitzen 16 nehmen die Abschnittsteilung 88 ein. Jede
Spitze 16 weist eine Öffnung 18 (in 1 dargestellt) auf, durch welches Schmelzglas 12 durchtritt.
Glasfasern 10 werden aus Schmelzglas 12 gebildet,
das aus den Spitzen 16 austritt, wobei die Fasern 10 zwischen
Kühlrippen 20 (in 1 und 3 dargestellt)
unterhalb der Spitzenplatten 60 durchtreten. Die Kühlrippen 20 kühlen die
Spitzen 16 und folglich die Glasfasern 10, die
aus den Spitzen 16 austreten, ab.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Spitzenplatte 60 eine leicht teilbare
Anzahl von Spitzen 16 auf. Zum Beispiel kann die Spitzenplatte 60 4.000
Spitzen 16 aufweisen, und sie kann in vier Abschnitte 90 mit
jeweils 1.000 Spitzen 16 unterteilt werden. Folglich kann
die Buchse 30 4.000 Fasern 10 erzeugen. Die Fasern 10 können zu einem
oder mehreren Strängen
zusammengelegt werden, welche verwendet werden, um Packungen zu
erzeugen. Die Fasern 10 können zu getrennten Mengen (zum
Beispiel 1.000, 2.000, 3.000 oder 4.000) zusammengelegt werden,
um verschiedene Stränge
für verschiedene
Packungen zu erzeugen.
-
Das
Mittel-V 64 stellt einen äußeren Widerstand gegen eine
Verformung der Spitzenplatten 60 bereit. Ein Füllen des
Mittel-Vs 64 mit hitzebeständigem Material isoliert den
Mittelträger
von den Spitzenplatten 60. Die Versteifungsbleche 68 halten
die Spitzenplatten 60 intern von oben und widerstehen außerdem einer
Verformung der Spitzenplatten 60. Zum weiteren Widerstand
gegen eine Verformung stellen die Träger 80, 86 eine
darunter liegende äußeren Stütze für die Spitzenplatten 60 bereit.
Der Mittelträger 74 stellt
eine Längsstütze für die Spitzenplatte 60 entlang
des Mittel-Vs 64 bereit. Die Endträger 76, 78 tragen
den Mittelträger.
Der Querträger 86 stellt
eine seitliche Stütze
für die
Spitzenplatte 60 entlang der Abschnittsteilung 88 zwischen
den Spitzenabschnitten 90 bereit. Der Widerstand gegen
die Spitzenplattenverformung verlängert die Lebensdauer der Buchse 30.