DE69126322T2 - Verfahren zum regeln des herstellens von mineralfasern aus mineralschmelze mittels zentrifugalkraft und vorrichtung zur ausführung des verfahrens - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Faserbildung entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 7.
• Eine Faserbildungseinheit dieses Typs zur Erzeugung von Gesteinsfasern mit Hilfe der Zentrifugalkraft besteht normalerweise aus zwei bis vier Faserbildungsscheiben, die jeweils eine mit einer Antriebsachse ausgestattete Einheit bilden, sowie Vorrichtungen für die Zufuhr von Luft, Kühlmittel, Bindemitteln und möglicherweise anderen Zusatzstoffen. Die Scheiben sind dauerhaft in ein auf einem beweglichen Schlitten befindliches Gerüst eingebaut. Die Faserbildung erfolgt, indem die Steinschmelze auf die Umfangsfläche der ersten Zerfaserungsscheibe in der Faserbildungseinheit geführt und von hier in Form einer Tröpfchenkaskade auf die angrenzende Scheibe und weiter auf die Umfangsfläche der nächsten Scheibe geschleudert wird. Die Steinschmelze lagert sich hierbei an der Umfangsfläche jeder Scheibe in Form eines Bands an. Aus diesem Schmelzenband werden die Faserkeimlinge herausgeschleudert und mit Hilfe eines Gasstrons zu Fasern ausgezogen. Die Fasern werden auf einem Aufnahmeförderer als Fasermatte gesammelt. Ein Beispiel der Faserbildungseinheit dieses Typs wird beschrieben in WO-A-88/07980 oder WO-A-90/15032, wobei die zuletzt genannte Beschreibung eine Beschreibung im Sinne des Artikels 54 (3) EPC ist.
• Die Faserbildung wird von verschiedenen Faktoren beeinflußt. Die Schmelzenviskosität beeinflußt die Fähigkeit der Schmelze, an der Umfangsfläche der Zerfaserungsscheibe zu haften und ein Schmelzenband zu bilden, aus dem die Faserkeimlinge herausgeschleudert werden. Es muß ein ausgewogenes Gleichgewicht bestehen zwischen der Schmelzenmenge, die an der Umfangsfläche haftet und der Schmelzenmenge, die sofort weitergeschleudert bzw. aus dem Schmelzenband in Form von Faserkeimlingen herausgeschleudert wird.
• Die Menge der Steinschmelze, die direkt nach unten weiterfließt, hat Einfluß auf die Kraft, mit der die Schmelze auf die Umfangsfläche auftrifft und damit auch die Menge, die weiter auf eine angrenzende Zerfaserungsscheibe geschleudert wird bzw. die Menge, die an der Umfangsfläche ein Steinschmelzenband bildet.
• Der Fallwinkel der Steinschmelze gegen die Ümfangsfläche der aufnehmenden Zerfaserungsscheibe ist von entscheidender Bedeutung für die Bildung des Schmelzenwegs von einer Zerfaserungsscheibe zur nächsten. Der Schmelzenweg wiederum beeinflußt die Faserausbeute des Prozesses, das heißt, die Menge der gewonnenen Fasern im Vergleich zur Menge der Steinschmelze, sowie auch die Qualität der Steinwolle.
• Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Zerfaserungsscheiben beeinflußt die Dicke und die Länge der erzeugten Fasern; höhere Geschwindigkeiten erzeugen dünnere Fasern, während dickere Fasern immer länger sind.
• Gemäß der nach dem Stand der Technik gängigen Technologie sind die Zerfaserungsscheiben dauerhaft in ein Gerüst mit beweglichen Schlitten eingebaut. Die Zerfaserungseinheit kann also in Relation zu dem fallenden Steinschmelzenstrom so plaziert werden, daß der Schmelzenstrom an einem gewünschten Punkt auf die Fläche der aufnehmenden Zerfaserungsscheibe auftrifft. Die Schlittenposition wird im Verlauf des Prozesses nicht verstellt. Die Stellung der Zerfaserungsscheiben zueinander kann nicht verändert werden; das bedeutet unter anderem, daß es nicht möglich ist, auf Veränderungen in der von einer Scheibe auf eine angrenzende Scheibe geschleuderten Tröpfchenkaskade einzugehen oder den Schmelzenweg zu beeinflussen.
• Ziel dieser Erfindung ist daher, eine Steuerung der Stellung der Zerfaserungsscheiben innerhalb der Zerfaserungseinheit in Relation zu den kontinuierlichen und/oder unkontrollierbaren Veränderungen, die sich im Prozeßverlauf ergeben, im Hinblick auf die Menge und die Konsistenz der Steinschmelze, die Qualität der Steinwolle ünd/oder die Masseausbeute des Prozesses zu ermöglichen.
• Dieses Ziel wird nach dieser Erfindung erreicht durch Bereitstellen des Faserbildungsverfahrens mit den in Patentanspruch 1 definierten Merkmalen. Die Vorrichtung der Erfindung zur Ausführung des Verfahrens umfaßt die in Anspruch 7 definierten Merkmale.
• Nach dieser Erfindung ist es also möglich, die Stellung einer oder mehrerer Zerfaserungsscheiben anhand von Impulsen zu steuern, die man aus den Zerfaserungsprozeß beeinflussenden Faktoren erhält. Die Steuerung kann sich auf die Position der ersten Aufnahmescheibe in Relation zu dem fallenden Schmelzenstrom beziehen und/oder die Position einer oder mehrerer Scheiben untereinander.
• Nach einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Erfindung sind die Zerfaserungsscheiben untereinander starr montiert, jedoch als Einheit um eine Rotationsachse parallel zu den Achsen der Zerfaserungsscheiben drehbar. Die Rotationsachse kann, bezogen auf die Zerfaserungsscheiben, an beliebiger Stelle angeordnet sein, entweder innerhalb oder außerhalb des durch ihre Peripherien begrenzten Raums. Die Rotationsachse liegt vorteilhafterweise auf der Linie, entlang derer der Schmelzenstrorn auf die erste aufnehmende Zerfaserungsscheibe auftrifft.
• Nach einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind eine oder mehrere Zerfaserungsscheiben einzeln steuerbar. Die steuerbare(n) Scheibe(n) können im wesentlichen radial verschoben werden, unter Beibehaltung ihrer axialen Richtung, und möglicherweise gleichzeitig geringfügig nach vorne oder nach hinten; sie können radial und im Winkel zu ihrer axialen Richtung und möglicherweise gleichzeitig geringfügig nach vorne oder nach hinten verschoben werden.
• Die Faktoren, die den Zerfaserungsprozeß beeinflussen, sind die Eigenschaften der Schmelze, beispielsweise ihre Temperatur und damit ihre Viskosität; die Scheibenbelastung, die in erster Linie abhängt von der Menge des Schmelzenflusses pro Zeiteinheit und der Größe des Fallwinkels.
• Die veränderlichen Eigenschaften der Schmelze liefern an den Geräteprozessor einen "feedforward"-Impuls, die notwendigen Regelvorgänge werden dann in dem Zerfaserungsprozeß durchgeführt.
• Veränderungen im Schmelzenweg, in der Achslast etc. beeinflussen die Faserausbeute und die fertige Faser; Meßwerte werden hierbei als "feedback"-Impulse mit den voreingestellten Standardwerten verglichen und daraufhin die notwendigen Regelungen im Zerfaserungsprozeß ausgeführt.
• Die Stellungen der einzelnen Zerfaserungsscheiben werden mit elektronischen, hydraulischen oder pneumatischen Regeleinrichtungen nach dem Stand der Technik gesteuert. Auch eine manuelle Regelung ist möglich.
• Entsprechend einer vorteilhaften Anwendung sind die steuerbaren Zerfaserungsscheiben mit Magnetlagern ausgestattet, wobei Lagerabweichungen ein Maß für Veränderungen der Scheibenbelastung darstellen, das bei entsprechender Regelung der Zerfaserungsscheibenstellung zum Ausgleich der Scheibenlastveränderungen dient.
• Durch Verändern der Stellungen der Zerfaserungsscheiben ist demnach anhand sowohl der "feedforward"- als auch der "feedback"-Impulse eine schnelle Prozeßregelung möglich, um so die Faktoren zu verändern, die den Zerfaserungsprozeß beeinflussen und ein Endprodukt mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
• Es folgt eine Beschreibung zweier vorteilhafter Durchführungsmöglichkeiten und der entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Anhang; es zeigt:
• Fig. 1 eine Skizze einer aus vier Zerfaserungsscheiben bestehenden Zerfaserungseinheit als Vorderansicht und
• Fig. 2 und 3, wie der Schmelzenweg in einer Zerfaserungseinheit verändert wird, nachdem die Stellung der Zerfaserungsscheibe angepaßt wurde; Figur 2 zeigt als Vorderansicht eine Skizze einer im wesentlichen mit der Zerfaserungseinheit in Figur 1 identischen Zerfaserungseinheit, bestehend aus vier Zerfaserungsscheiben in einer Ausführungsform, die als durchgezogene Linie dargestellt ist, sowie in einer Ausführungsforrn, die als gestrichelte Linie dargestellt ist, wobei die Stellung der Zerfaserungsscheibe nach der Regelung, der Schmelzenweg vor der Regelung dargestellt ist; und Figur 3 zeigt, dargestellt als durchgezogene Linie, die in Figur 2 als gestrichelte Linie dargestellte Figur, wobei der neue Schmelzenweg eingezeichnet wurde.
• In Figur 1 wurden die vier Zerfaserungsscheiben mit 1, 2, 3 und 4 markiert. Der Verfahrensprozessor P ist mit fünf Kontaktteilen eingezeichnet, von denen das mit 0 markierte Kontakt mit dem Schmelzenstrom hat, das mit 1p markierte hat Kontakt mit der Zerfaserungsscheibe 1, das mit 2p markierte hat Kontakt mit der Zerfaserungsscheibe 2, etc. Der Schmelzenstrom ist mit 6 bezeichnet, sein Auftreffpunkt auf die Umfangsfläche der Scheibe 1 mit 11, auf die Umfangsfläche der Scheibe 2 mit 12, auf die Umfangsfläche der Scheibe 3 mit 13 und auf die Umfangsfläche der Scheibe 4 mit 14. Die herausgeschleuderte Tröpfchenkaskade ist generell mit 15 markiert. Der Schmelzenweg wurde mit 16 markiert. Das Schmelzenband um die Umfangsfläche der Scheiben wurde nicht eingezeichnet, der Teil des Schmelzenbands, aus dem die Tröpfchen herausgeschleudert werden, wurde grob eingezeichnet und mit 17 gekennzeichnet.
• In dem Verfahren nach Figur 1 wurde die Zerfaserungsscheibe 3, gesteuert durch den Prozessorabschnitt 3p, mit einem Winkel nach rechts unten bewegt. Die in ihrer neuen Position mit gestrichelten Linien gezeichnete Scheibe wird als Scheibe 3p1 bezeichnet. Der veränderte Weg der Schmelze wurde nicht eingezeichnet.
• Figur 2 zeigt eine Zerfaserungseinheit mit vier Zerfaserungsscheiben, die der Zerfaserungsscheibe aus Figur 1 entsprechen. In dieser Einheit sind die Scheiben untereinander starr montiert, können jedoch um eine durch Punkt 11 gezogene Rotationsachse parallel zu den Achsen der Zerfaserungsscheiben gedreht werden. Die durchgezogenen Linien zeigen die Positionen der Zerfaserungsscheiben vor der Regelung, während die gestrichelten Linien die neuen Positionen der Scheibe zeigen. In der Position vor der Regelung bildet die durch die Drehachse 11 und die Mitte der Scheibe gezogene Linie in Relation zu dem Strom der zugeführten Schmelze, 6, den Winkel α, während die genannte Linie durch die Drehachse und die verschobene Mitte den Winkel α&sub1; bildet, was bedeutet, daß die Zerfaserungseinheit um die Größe des Winkels α-α&sub1; gedreht wurde. Der Schmelzenweg 16 zeigt die Schmelze auf ihrem Weg zwischen den Scheiben, bevor deren Stellung verändert wurde.
• Figur 3 zeigt die verschobenen Zerfaserungsscheiben aus Figur 2 mit durchgezogenen Linien sowie den Schmelzenweg 16r, der in die verstellte Scheibenposition verschoben wurde. Entsprechend Figur 2 wurde der Schmelzenweg in seiner Gesamtheit von der Umfangsfläche einer Zerfaserungsscheibe auf die Umfangsfläche der nächsten Zerfaserungsscheibe verschoben, von der Scheibe 1 bis zur Scheibe 4.
• Entsprechend Figur 3 wird ein Teil des Schmelzenwegs 16r mit der Tröpfchenkaskade 15r von der Umfangsfläche der Scheibe 2r auf die Umfangsfläche der Scheibe ir geschleudert, während ein Teil des Schmelzenweges direkt auf die Umfangsfläche der Scheibe 3r weitergeschleudert wird. Auf dieselbe Weise wird ein Teil des Schmelzenwegs 16r von der Umfangsfläche der Scheibe 4r zurück auf die Umfangsfläche der Scheibe 3r geschleudert, bevor die Schmelze durch Gasströme weitertransportiert und zu Fasern ausgezogen wird, die auf einem Förderer gesammelt werden.
• Die folgende Gesamtbeschreibung des Zerfaserungsverfahrens zeigt die vorteilhaften Aspekte z.B. des oben beschriebenen Zurückschleuderns des Schmelzenweges auf die vorherige Zerfaserungsscheibe.
• Der Schmelzenstrom 6 trifft auf die Scheibe 1 in einer bestimmten Position und mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf. Die Scheibe 1 soll das Material durch die Vortropf-Phase und den Irnpulstransfer mit Hilfe der Schmelzenmenge und ihrer Bewegungsgeschwindigkeit in einer schnellen und nahezu einheitlichen Tröpfchenkaskade auf die Scheibe 2 transportieren. Die Tröpfchenkaskade soll eine minimale sektorale Ausbreitung haben, das heißt, das Vortropfen muß schnell erfolgen. Um ein schnelles Vortropfen aus der Schmelze zu erzielen, muß die Scheibe 1 in der Schmelze eine große winkelförmige Veränderung bewirken.
• Bei einer erfolgreichen Kaskadenbildung durch die Scheibe 1 trifft der Schmelzenstrom, der bis hierhin nur schwach dispergiert wurde, auf die Scheibe 2 auf, was bedeutet, daß die Verzögerung, die ungünstige Tröpfchenkollisionen bewirkt, immer noch ziemlich gering bleibt. Der tropfenförmige Schmelzenstrom sollte sich jetzt so fest wie möglich an das Schmelzenband auf der Umfangsfläche der Scheibe 2, welche die Faserbildungsfläche darstellt, anheften, um anschließend wirksam auf die nächste Zerfaserungsscheibe 3 geschleudert zu werden. Je größer die Auftreffkraft der Tröpfchenkaskade auf das Schmelzenband ist, desto besser haften die Tröpfchen an diesem, vorausgesetzt, daß ein nicht zu starker Spritzeffekt eintritt. Das Schmelzenband besteht aus der älteren Schmelze, die an der Umfangsfläche der Scheibe anhaftet. Die in dem Schmelzenband befindliche Schmelze wird im Verlauf des kontinuierlichen Zustroms neuer Schmelze nicht ersetzt, was bedeutet, daß auf der Umfangsfläche ein Schmelzenband zurückbleibt.
• Der Faliwinkel der Tröpfchenkaskade von der Scheibe 2 auf die Scheibe 3 wird wiederum so ausgewählt, daß auf der Umfangsfläche eine geeignete Auftreffkraft und sektorale Ausbreitung erreicht werden. Die Tröpfchenkaskade zwischen Scheibe 2 und Scheibe 3 hat immer eine höhere Geschwindigkeit und kleinere Tröpfchen, als die Tröpfchenkaskade zwischen den Scheiben 1 und 2.
• Die Tröpfchenkaskade von Scheibe 2 zu Scheibe 3 hat oft eine ziemlich starke sektorale Ausbreitung. Hierdurch kommt es zu einer großen Anzahl von Tröpfchenkollisionen im Transportteil der Maschine, was von Nachteil ist.
• Bei Scheibe 3 ist es noch wichtiger, daß die Tröpfchenkaskade eine hohe Auftreffkraft hat, da der Schmelzenkreis auf der Scheibe 3 schneller rotiert, als auf Scheibe 2.
• Die geringere Größe und höhere Geschwindigkeit der Tröpfchen zwischen den Scheiben 2 und 3 erleichtert ein Anlagern an das Schmelzenband. Es ist wünschenswert, daß die Schmelze die Scheibe 3 in Form von Fasern in großen Mengen verläßt.
• Die Tröpfchen in der Tröpfchenkaskade von Scheibe 3 besitzen eine höhere Geschwindigkeit und sind kleiner. Eine auf die Scheibe 4 in einem breiten Sektor auftreffende Kaskade muß eine minimale Mobilität aufweisen, um ein übermäßiges Spritzen zu vermeiden. Die Tröpfchenkaskade von der Scheibe 4 sollte klein sein, weil die nach der Scheibe 4 stattfindende sekundäre Zerfaserung unkontrollierbar ist und die entstehenden Fasern nur schwer mit Bindemitteln durchtränkt werden können.
• Aus dieser Beschreibung wird deutlich, daß die Position der Scheiben in Relation zum Schmelzenweg von großer Bedeutung ist, damit die Faserbildung mit einem Minimum an Abfallfasern erfolgen kann und gleichmäßige Fasern von hoher Qualität erzeugt werden. Zum Beispiel wurde gezeigt, daß eine niedrige Schmelzenstromposition auf Scheibe 1 zu einer schlechten Anlagerung in der gesamten Maschine führt. Daher muß der Schmelzenstrom weniger tangential auf die Scheibe 2 auftreffen. Dies macht wiederum ein Anheben der Scheibe 2 notwendig, um ein Spritzen zu vermeiden.
• Die Stellungsregelung der Zerfaserungsscheiben kann vorteilhaft kombiniert werden mit Anpassungen der Urndrehungsgeschwindigkeit der Scheibe entsprechend den aktuellen Fasererzeugungsbedingungen. Die Umdrehungsgeschwindigkeit der einzelnen Scheibenachsen kann ebenfalls gesteuert werden.
• Mit den obigen Anordnungen ist es möglich, den Faserbildungsprozeß dahingehend zu verbessern, daß die Maschinenkapazität, die Massenausbeute und die daraus resultierende Faserqualität optimiert werden.
• Bei einer manuellen Scheibensteuerung muß eine empirische Lösung angestrebt werden. Durch Sichtprüfung des Schmelzenweges kann der Fachmann beurteilen, ob die Ausbeute gut und die Faser von hoher Qualität ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung der Faserbildung bei der Herstellung von Gesteinsfasern aus einer Steinschmelze (6) mit Hilfe der Zentrifugalkraft, unter Anwendung mehrerer zusammenwirkender Zerfaserurigsscheiben (1, 2, 3, 4), die sich im wesentlichen in einer gerneinsamen Ebene in einer Zerfaserungseinheit drehen, wobei die Steinschmelze (6) von oben auf eine (1) der Zerfaserungs scheiben (1, 2, 3, 4) fließt und von dort weiter nach unten auf eine daran angrenzende Zerfaserungsscheibe (2) geschleudert wird, und sich die Prozedur bis zu der letzten Zerfaserungsscheibe (4) wiederholt, wobei die Keimlinge von den Umfangsflächen der Zerfaserungsscheiben (11, 12, 13, 14) geschleudert und mit Hilfe eines Gasstrorns zu Fasern ausgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer oder mehrerer Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) in der Zerfaserungseinheit, in Relation zum Weg der Schmelze (16), angepaßt wird, im wesentlichen in der Rotationsebene der Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4), anhand von Prozeßparametern wie Temperatur des Schmelzflusses, Drehbelastungen der Scheibenachsen und/oder Auftreffwinkel der Schmelze auf die erste Zerfaserungsscheibe (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) als starre Einheit um eine Achse parallel zu den Zerfaserungs scheiben gedreht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position einer oder mehrerer Zerfaserungsscheiben (3) individuell gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) anhand von Messungen der Schmelzeneigenschaften gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem jeden der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) anhand von Messungen der Scheibenbelastung gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem jeden der obengenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenposition anhand von Messungen der Eigenschaften und/oder der Menge der Fasern gesteuert wird.

7. Vorrichtung zur Steuerung der Faserbildung bei der Herstellung von Gesteinsfasern aus einer Steinschmelze (6) mit Hilfe der Zentrifugalkraft, wobei die Vorrichtung mindestens zwei zusammenwirkende Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) umfaßt, diese Scheiben (1, 2, 3, 4) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene in einer Zerfaserungseinheit drehbar sind, wobei eine Scheibe (1) die Steinschmelze (6) in Empfang nimmt, eine angrenzende Zerfaserungsscheibe (2) die von dieser einen Scheibe (1) geschleuderte Schmelze in Empfang nimmt, und weitere Scheiben (3, 4) so angeordnet sind, daß diese Prozedur bis zur letzten Zerfaserungsscheibe (4) wiederholt werden kann, wodurch die Keimlinge von den Umfangsflächen (11, 12, 13, 14) der Zerfaserungsscheiben geschleudert werden, und das Gerät auch Mittel zur Bereitstellung eines Gasstroms umfaßt, durch den diese Keimlinge zu Fasern ausgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerungsmittel (P) bereitgestellt wird, mit dem die Position einer oder mehrerer Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) innerhalb der Zerfaserungseinheit in Relation zum Weg der Schmelze (16) eingestellt wird, im wesentlichen in der Rotationsebene der Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3 4), wobei das genannte Steuerungsmittel Mittel umfaßt zum Messen von Prozeßparametern wie Temperatur oder Schmelzenfluß, die Drehbelastungen der Scheibenachsen und/oder den Auftreffwinkel der Schmelze auf der ersten Zerfaserungsscheibe (1).

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen aller Zerfaserungsscheiben (1, 2, 3, 4) dauerhaft in ein Gerüst eingebaut sind, das um eine Achse parallel zu einer der Zerfaserungsachsen gedreht werden kann.

9. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Scheibenachsen mit einem Element zur individuellen Steuerung der Position der Zerfaserungsscheibe (3) innerhalb der Zerfaserungseinheit ausgestattet ist.

10. Gerät nach einem jeden der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse mindestens einer Zerfaserungsscheibe mit Magnetlagern ausgestattet ist.