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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus thermoplastischen
Materialien und insbesondere eine Fasermaschine mit einer Spinnmaschine
zum Zentrifugieren von Ein- oder Mehrkomponentenfasern aus geschmolzenen
thermoplastischen Materialien wie Glas oder anderen Mineralen oder
Polymeren.
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Glasfasern und andere thermoplastische Materialien
sind bei einer Vielzahl von Anwendungen nützlich, etwa bei akustischen
und thermischen Isoliermaterialien. Die üblichen bekannten Verfahren zum
Herstellen von Glasfaser-Isolationsprodukten umfassen das Herstellen
von Glasfasern in einem Rotationsprozeß. Eine einzige Glaszusammensetzung
oder mehrere Glaszusammensetzungen werden geschmolzen und durch Öffnungen
in der äußeren Umfangswand
einer Zentrifuge gepreßt,
die als Zentrifugen-Spinnmaschine bekannt ist, um die Fasern herzustellen.
Die üblicherweise
verwendete Spinnmaschine ist im allgemeinen schalenförmig mit einem
Boden mit einer zentralen Öffnung,
mit einer oberen Öffnung
und einer äußeren Umfangswand, die
sich vom Boden nach oben krümmt,
wodurch die obere Öffnung
gebildet wird. Das untere Ende einer Antriebswelle, die zum Drehen
der Spinnmaschine verwendet wird, erstreckt sich durch die obere Öffnung und
ist mit einer Hülse
in der Mitte der Bodenwand befestigt. Die zentrale Öffnung im
Boden wird einfach mit einem Preßsitz auf die Außenseite
der Hülse
aufgesetzt und die Hülse
am unteren Ende der Antriebswelle befestigt.
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Die Spinmaschine wird während des
Faserherstellungsprozesses sehr heiß. Wegen der hohen Temperaturen,
die erreicht werden, bestehen die Wände der Spinnmaschine notwendigerweise
aus einem gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Material, in der Regel
einer Hochtemperatur-Metallegierung. Aber auch damit neigt die Spinnmaschine bei
den hohen Temperaturen dazu, zu kriechen und nach unten durchzuhängen, wenn
sie rotiert. Diese Deformation kann die Kriech-Lebensdauer der Spinnmaschine
erheblich verkürzen
und Prozeßvariable
einführen,
die die Faserherstellung ungünstig beeinflussen.
Das Problem des Kriechens wird mit zunehmender Größe der Spinnmaschinen
immer schwerwiegender.
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Außerdem neigt die Spinnmaschine
dazu, sich aufgrund der thermischen Expansion, von Drehspannungen
und dem Kriechen, dem die Spinnmaschine und die Hülse unterliegt,
mit der Zeit von der Hülse
zu lösen,
da sie daran nur mit einem Preßsitz befestigt
ist. Wenn sich der Sitz lockert, kann sich die Spinnmaschine exzentrisch
bewegen, mit der Folge von ernsten Problemen durch übermäßige Vibrationen
und einem Verziehen der Spinnmaschine. Dieses Problem gewinnt mit
zunehmender Größe der Spinnmaschine
und damit zunehmenden Durchmesser der zentralen Öffnung immer mehr Bedeutung.
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Es besteht daher ein Bedarf an einer
verbesserten Spinnmaschine, die weniger temperaturbedingte Verformungen
zeigt, die die Kriech-Lebensdauer der Spinnmaschine verkürzen und
während des
Faserherstellungsprozesses unerwünschte
Prozeßvariable
hervorrufen.
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Dieses Erfordernis wird durch eine
Spinnmaschine erfüllt,
die in einer Fasermaschine an einem Ende einer drehbaren Welle befestigt
ist, wobei die Spinnmaschine eine radiale Wand, die sich von der Welle
weg radial erstreckt und die eine Oberseite, einen Damm, der die
Oberseite in einen Innenbereich und einen Außenbereich trennt, eine Unterseite,
wenigstens ein erstes Durchflußloch,
das die Oberseite mit der Unterseite verbindet, und wenigstens ein zweites
Durchflußloch
aufweist, das den Innenbereich und den Außenbereich der Oberseite verbindet, und
eine äußere Umfangswand
umfaßt,
die mit der radialen Wand verbunden ist und eine Anzahl von durchgehenden Öffnungen
besitzt.
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Dieses Erfordernis wird auch durch
eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern mit einer drehbaren Welle
und einer an einem Ende der drehbaren Welle befestigten Spinmaschine
erfüllt,
wobei die Spinnmaschine eine äußere Umfangswand
mit einer Anzahl von durchgehenden Öffnungen zum Zentrifugieren
von Fasern aus einem geschmolzenen thermoplastischen Material, eine
obere Öffnung
und eine untere Öffnung
zwischen der äußeren Umfangswand und
der Welle und eine radiale Wand zwischen der oberen Öffnung und
der Bodenöffnung
umfaßt,
wobei sich die radiale Wand radial zwischen der äußeren Umfangswand und der Welle
erstreckt. Die radiale Wand umfaßt eine Oberseite, einen Damm,
der so angeordnet ist, daß er
die Oberseite in einen Innenbereich und einen Außenbereich trennt, eine Unterseite,
wenigstens ein erstes Durchflußloch,
das radial vor dem Damm angeordnet ist und durch die radiale Wand
verläuft,
um die Oberseite mit der Unterseite zu verbinden, und wenigstens
ein zweites Durchflußloch,
das durch den Damm verläuft,
um den Innenbereich mit dem Außenbereich
der Oberseite zu verbinden. Die Vorrichtung umfaßt des weiteren eine Quelle für geschmolzenes
thermoplastisches Material, die über
dem Innenbereich der Oberseite angeordnet ist, derart, daß die Zufuhr
des geschmolzenen thermoplastischen Materials zum Innenbereich der
Oberseite beim Drehen der drehbaren Welle bewirkt, daß das geschmolzene
thermoplastische Material radial nach außen über die Oberseite durch das
erste Durchflußloch
und durch das zweite Durchflußloch
zu den Öffnungen
oberhalb und unterhalb der radialen Wand fließt.
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Die im US-Patent 2 998 620 beschriebene Spinnmaschine
zeigt möglicherweise
aufgrund von radialen Wänden,
die dazu dienen, einzelne Glasströme in der Spinnmaschine zu
verteilen, einen erhöhten
Widerstand gegen durch Hitze ausgelöste Deformationen. Diese Spinnmaschine
ist jedoch von einer ganz anderen Konstruktion, da sie keine zentrale
Welle besitzt, um die sie sich dreht, und sie weist einen kontinuierlichen
Boden auf, der in der Rotationsachse einen Glasstrom aufnimmt.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand
der beiliegenden Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Teil-Schnittansicht einer Fasermaschine mit einer Spinnmaschine
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform der Spinnmaschine
der 1, angebracht am
Ende einer Spindel;
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2A eine
Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der Spinnmaschine
der 1, angebracht am
Ende einer Spindel;
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3 eine
Aufsicht auf einen Teil der Spinnmaschine der 2 längs
der Linie 3-3; und
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4 eine
Schnittansicht der Spinnmaschine der 3 längs der
Line 4-4.
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Die vorliegende Erfindung wird zwar
hier anhand von bestimmten Ausführungsformen
beschrieben, dem Fachmann ist jedoch klar, daß verschiedene Modifikationen,
Umbauten und Ersetzungen erfolgen können.
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Die in den 1, 2 und 2A gezeigte Vorrichtung zur
Herstellung von Fasern oder Fasermaschine 10 umfaßt eine
Zentrifuge oder Spinnmaschine 12, die am unteren Ende einer
drehbaren Hohlwelle oder Spindel 14 befestigt ist. Die
Spinnmaschine 12 wird durch die sich drehende Spindel 14 in
Drehung versetzt, wie es allgemein bekannt ist. Die Spinnmaschine 12 umfaßt eine
radiale Wand 16, die sich radial von der Spindel 14 weg
erstreckt und die einen äußeren Umfang
aufweist. Am äußeren Umfang
der radialen Wand 16 ist eine äußere Umfangswand 18 angeordnet,
die eine Anzahl von Öffnungen 20 zum Zentrifugieren
von Fasern 22 aus einem geschmolzenen thermoplastischen
Material wie zum Beispiel Glas aufweist. Die 1, 2 und 2A zeigen drei alternative
Ausführungsformen
der Spinnmaschine 12. Da diese Spinnmaschinen 12 viele
Komponenten enthalten, die im wesentlichen identisch oder zumindest ähnlich sind,
werden solche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet
und hier nicht wiederholt beschrieben.
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Durch das Drehen der Spinnmaschine 12 (wie
es durch den kreisförmigen
Pfeil a in der 1 angezeigt
wird) wird geschmolzenes Glas durch die Öffnungen 20 in der
Umfangswand 18 der Spinnmaschine ausgeschleudert und bildet
Primärfasern 22. Die
Primärfasern 22 werden
durch die Hitze eines kreisförmigen
Brenners 24 in einem weichen, verfeinerbaren Zustand gehalten.
Eine Anzahl von internen Brennern 26 ist in Umfangsrichtung
um die Spindel 14 angeordnet und wird dazu verwendet, das
Innere der Spinnmaschine 12 aufzuheizen, um zu verhindern,
das sich das geschmolzene thermoplastische Material verfestigt oder
entglast, bevor es zu Fasern geformt ist. Ein kreisförmiges Gebläse 28 ist
so angebracht, daß es
mittels der durch Durchgänge 30 zugeführten Luft
die Primärfasern 22 abzieht
und sie zu Sekundärfasern 32 verfeinert,
die zur Verwendung in einem Produkt wie etwa als Isolierwollmaterial
geeignet sind. Die Sekundärfasern 32 werden
dann auf einem Förderer
(nicht gezeigt) aufgesammelt, um zu einem Produkt geformt zu werden,
etwa einen Glaswollpacken.
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Die Spinnmaschine 12 weist
einen integral ausgebildeten kreisförmigen Damm 34 auf,
der sich von der Oberseite 35 der radialen Wand 16 weg
erstreckt und zurück
zur Drehachse der Spindel 14 abgewinkelt ist. Durch die
radiale Wand 16 hindurch verlaufen mehrere in Umfangsrichtung
beabstandete erste Durchflußlöcher 36,
die deren Oberseite 35 mit der Unterseite 37 verbinden.
Jedes der ersten Durchgangslöcher 36 ist
in der radialen Wand 16 gerade innerhalb des Damms 34 in
einem spitzen Winkel zur Wand 16 aus gebildet. Der Damm 34 ist
in einem ähnlich
spitzen Winkel zur radialen Wand 16 ausgebildet. Durch
die radiale Wand 16 erstreckt sich eine Anzahl von Gasdurchlaßöffnungen 38,
die Wege für
das heiße
Abgas von den internen Brennern 26 durch die radiale Wand 16 bilden.
Diese heißen
Gase strömen von
den Brennern 26 durch eine obere Öffnung 39, die von
einer oberen ringförmigen
Lippe 43 gebildet wird, in eine obere Kammer 40 der
Spinnmaschine 12, die über
der radialen Wand 16 ausgebildet ist. Die heißen Gase
strömen
dann durch die Durchlaßöffnungen 38 in
eine untere Kammer 42, die unter der radialen Wand 16 ausgebildet
ist, und durch eine Bodenöffnung 41,
die durch eine untere ringförmige
Lippe 45 gebildet wird. Die Spinnmaschine 12 ist
oben und unten offen, zumindest teilweise, so daß sie während des Zentrifugierens von
Fasern radial ausgewogen ist.
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Es ist wichtig, daß die obere
und die untere Kammer 40 und 42 der Spinnmaschine 12 auf
einer Temperatur bleiben, bei der das geschmolzene thermoplastische
Material leicht fließt.
Deshalb ist ein Teil 44 der Fasermaschine 10,
in der Regel ein Lagergehäuse,
direkt über
der Spinnmaschine 12 so ausgebildet, daß die obere Öffnung 39 der
Spinnmaschine 12 im wesentlichen davon abgedeckt wird.
Eine kreisförmige
Platte oder ein Strahlungsschirm 46 wird dazu verwendet,
die untere Öffnung 41 der Spinnmaschine 12 im
wesentlichen abzudecken. Auf diese Weise kann die gewünschte hohe
Temperatur in der Spinnmaschine 12 aufrechterhalten werden. Vorzugsweise
ist längs
des äußeren Umfangs
des Schirms 46 eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten
Abstandhaltern 48 ausgebildet. Diese Abstandhalter 48 halten
den Schirm 46 in einem minimalen Abstand von der Spinnmaschine 12.
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Entlang des äußeren Umfangs des Schirms 46 ist
eine Anzahl von Lücken 50 vorgesehen,
jeweils eine Lücke 50 zwischen
zwei benachbarten Abstandshaltern 48. Diese Lücken 50 bilden
einen Weg für
die Abgase von den Brennern 26, die durch die und aus der
unteren Kammer 42 heraus strömen, wodurch die Zirkulation
und der Fluß des
Gases durch die Spinnmaschine verbessert wird. Die untere Ecke der
Umfangswand von einigen bekannten Spinnmaschinen hat Kühlprobleme,
mit der Folge, daß das thermoplastische
Material vorzeitig aushärtet.
Es wird angenommen, daß dieses
unerwünschte
Abkühlen
durch eine nicht ausreichende Zirkulation des heißen Gases
in der unteren Kammer 42 der Spinnmaschine verursacht wird.
Dadurch, daß das
heiße Gas
aus der unteren Kammer 42 ausströmen kann, zum Beispiel durch
die Lücken 50,
verringert dieses Problem.
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Die in die obere Kammer 40 aus
den Brennern 26 eintretenden Abgase können ebenfalls über einen
Zwischenraum 52 zwischen der Spinnmaschine 12 und
dem Gehäuseabschnitt 44 durch
die und aus der oberen Kammer 40 heraus strömen. Auf
diese Weise können
die heißen
Abgase von den Brennern 26 in der Nähe der Oberseite und des Bodens der
Umfangswand 18 zirkulieren, wodurch das Temperaturprofil über die
ganze Spinnmaschinenwand 18 gesteuert werden kann. Das
Aufrechterhalten eines gleichmäßigen Temperaturprofiles
im ganzen Inneren der Spinnmaschine 12 trägt dazu
bei sicherzustellen, daß das
thermoplastische Material ausreichend geschmolzen bleibt, um sowohl
am Boden als auch an der Oberseite der Umfangswand 18 und durch
die Öffnungen 20 richtig
zu fließen.
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Der Temperaturausgleich über die
Höhe der Umfangswand 18 kann
durch Verändern
der relativen Größen der
oberen und unteren Lücken 52 und 50 eingestellt
werden. Ein Erhöhen
der Größe der unteren
Lücken 50 relativ
zu den oberen Lücken 52 erhöht die Temperatur
am Boden der Spinnmaschine 18 und umgekehrt. Auf diese
Weise läßt sich
eine optimale Temperaturverteilung über die Wand 18 erreichen.
Dies kann zu verbesserten Faserbildungsbedingungen, einer höheren Spinmaschinen-Korrosions-Lebensdauer
und dem Verhindern einer Entglasung am Boden der Umfangswand 18 führen.
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Der Hitzeschild 46 ist ein
von der radialen Wand 16 und der Umfangswand 18 getrenntes
Element, so daß die
Masse des Schirmes 46 nur wenig, wenn überhaupt, Einfluß auf das
radiale Gleichgewicht der Spinnmaschine 12 hat. Sowohl
die radiale Wand 16 der Spinnmaschine 12 als auch
der Hitzeschild 46 sind auf einer Nabe 54 angebracht.
Wünschenswerterweise
sind die Spinnmaschine 12, zumindest die radiale Wand 16,
und die Nabe 54 aus Materialien, die ähnliche Expansionskoeffizienten haben.
Die Nabe 54 ist drehbar am unteren Ende der Spindel 14 angebracht.
Die Nabe 54 umfaßt
eine untere kreisförmige
Schulter 56, auf der der Schirm 46 aufliegt und
an die er vorzugsweise angeschraubt ist. Die radiale Wand 16 umfaßt einen
kreisförmigen Flansch 58,
der in einer passenden kreisförmigen
Nut 60 sitzt, die in der Oberseite der Nabe 54 ausgebildet ist.
Eine kreisförmige
Klemmplatte 62 ist über
der radialen Wand 16 an die Oberseite der Nabe 54 angeschraubt,
um den Flansch 58 in der Nut 60 zu halten.
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Eine hohle Hülse 64 ist in eine
Bohrung durch die Mitte der Nabe 54 mit einem Preßsitz eingepreßt und wird
von drei in Umfangsrichtung beabstandeten Haltestiften 66 an
Ort und Stelle gehalten. Das obere Ende der Hülse 64 ist in das
untere Ende einer hohlen Zugstange 68 eingeschraubt. Die
Zugstange 68 ist am oberen Ende der Spindel 14 federbelastet,
um die Zugplatte 62 zusammen mit der Hülse 64 und der Nabe 54 gegen
das untere Ende der Spindel 14 hochzuziehen. Die Hülse 64 wird
teilweise durch umlaufende Kühlluft
gekühlt,
die durch eine Stufenbohrung in der Zugstange 68 und durch
eine weitere Stufenbohrung in der Hülse 64 strömt. Die Hülse 64 wird
vorzugsweise außerdem
mit Wasser gekühlt,
das durch einen kreisförmigen
Kühlmantel 70 umläuft, der
um die Spindel 14 und die Hülse 64 und über der
Nabe 54 angeordnet ist. Die Hülse 64 und die Nabe 54 bestehen
jeweils aus einer Legierung mit geringer thermischer Expansion,
um die unterschiedliche thermische Expansion dazwischen minimal
zu halten.
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Es ist wichtig, die konzentrische
Beziehung zwischen der Spinnmaschine 12 und der Spindel 14 aufrecht
zu erhalten. Wenn sich die Spinnmaschine 12 beim Zentrifugieren
exzentrisch bewegen kann, entstehen übermäßige Vibrationen, und die Spinnmaschine 12 kann
sich verziehen. Bei den bekannten Fasermaschinen ist dies ein ernstes
Problem, da wegen der hohen Temperaturen im Gebrauch die zentrale Öffnung der
radialen Wand aufgrund der thermischen Expansion, von Drehspannungen
und Kriechen dazu neigt, ihren Durchmesser mit der Zeit relativ
zur Nabe zu vergrößern. Wenn
sich die zentrale Öffnung
erweitern kann, kann sich die Spinnmaschine außerhalb des Mittelpunkts der
sich drehenden Welle bewegen, mit der Folge von übermäßigen Vibrationen und einem
Verziehen.
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Dieses Problem wird größer, wenn
die Größe der Spinnmaschine
und damit der Durchmesser der zentralen Öffnung zunimmt. Die vorliegende
Erfindung umfaßt
daher vorzugsweise Maßnahmen,
um die Spinnmaschine 12 zentriert auf der Nabe 54 und der
Hülse 64 zu
halten. Zum Beispiel umfaßt
eine Art des zentrierten Haltens der Spinnmaschine 12 das Anpassen
des Außendurchmessers
des Spinnmaschinenflansches 58 an eine enge Passung an
der Innenseite der Nabennut 60. Wenn die Hülse 64 und die
Nabe 54 aus einem Material mit geringer thermischer Expansion
sind und wie erwähnt
gekühlt
werden, liegt der Spinnmaschinenflansch 58 enger an der
Innenseite der Nut 60 an, wenn der Flansch 58 aufgrund
thermischer Expansion, von Drehspannungen und/oder Kriechen größer wird.
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Im Betrieb der Fasermaschine 10 kann
die radiale Wand 16 zu thermischen Expansionsrissen an
den Durchlaßöffnungen 38 neigen.
Um ein solches vorzeitiges Reißen
der radialen Wand 16 zu verhindern, ist es wünschenswert,
die radiale Wand 16 im Bereich um jede der Durchlaßöffnungen 38 zu prägen oder
anderweitig die Dicke der radialen Wand 16 dort zu erhöhen (siehe
die 2 und 2A). Als andere Option kann
es wünschenswert
sein, die Form der einzelnen Durchlaßöffnungen 38 so zu ändern, daß sie weniger
zu einem Spannungskonzentrator werden. Zum Beispiel können die
Durchlaßöffnungen 38 anstatt
kreisförmig
oval gemacht werden, wobei die Hauptachse der ovalen Löcher so
gerichtet ist, daß sie
in umlaufender Art um den Spinnmaschinenflansch 58 verlaufen.
Alternativ können
erforderlichenfalls die Durchlaßöffnungen 38 dadurch
modifiziert werden, daß sie
sowohl oval gemacht werden als auch daß der Bereich um die einzelnen
Löcher 38 geprägt wird.
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Bei den in den 1 und 2 gezeigten
Spinnmaschinen 12 wird das Innere der Spinnmaschine 12 mit
zwei separaten Strömen
aus geschmolzenem thermoplastischen Material versorgt, zum Beispiel, wie
in der 1 gezeigt, mit
einem ersten Strom 78 aus Glas A und einem zweiten Strom 80 aus
Glas B. Es kann eine herkömmliche
Zuführeinrichtung
verwendet werden, um diese Ströme 78 und 80 aus
geschmolzenem Glas zuzuführen.
Solche Zuführeinrichtungen
für geschmolzenes
Glas sind in der Industrie allgemein bekannt, weshalb sie hier nicht
näher beschrieben
werden. Als eine Alternative zu dem einzigen geschmolzenen thermoplastischen
Material kann es wünschenswert
sein, daß jeder
der Ströme 78 und 80 eine
Mischung aus zwei oder mehr geschmolzenen thermoplastischen Materialien
(z. B. zwei oder mehr Gläsern)
enthält.
Außerdem
kann jeder der Ströme 78 und 80 das
gleiche geschmolzene thermoplastische Material enthalten.
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Das Glas in den beiden Strömen 78 und 80 fällt direkt
auf die Oberseite 35 der radialen Wand 16 der
Spinnmaschine und fließt
dann aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen zu der Umfangswand 18 der Spinnmaschine.
Das Glas A im Strom 78 aus geschmolzenen Glas befindet
sich radial näher
an der Spindel 14 und landet im Innenbereich 81 der
Oberseite 35 radial innerhalb des Damms 34. Am
Damm 34 bildet sich zuerst eine Ansammlung oder Anhäufung des
Glases A. Das Glas A fließt
dann durch die ersten Durchflußlöcher 36 von
der Oberseite zur Unterseite der radialen Wand 16. Die
ersten Durchflußlöcher 36 sind
so bemessen und in einer solchen Anzahl vorgesehen, daß sicher gestellt
ist, daß das
Glas A nicht über
den Damm 34 überläuft. Das
Glas A fließt
längs der
Unterseite der Wand 16 wie gezeigt weiter zur Umfangswand 18.
Das Glas B im Strom 80 aus geschmolzenem Glas befindet
sich radial weiter weg von der Spindel 14 und landet im
Außenbereich 83 der
Oberseite 35 radial außerhalb
des Damms 34. Das Glas B fließt dann direkt wie gezeigt
zur Umfangswand 18. Die Ströme 78 und 80 können nebeneinander
auf der gleichen Seite der Spindel 14 aufgebracht werden,
vorzugsweise werden die Gläser
A und B jedoch wie gezeigt auf gegenüberliegende Seiten der Spinnmaschine 12 aufgebracht.
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Wie es am besten in der 3 gezeigt ist, ist die Spinnmaschine 12 der 1 und 2 mit einer vertikalen Innenwand 84 versehen,
die im wesentlichen in Umfangsrichtung verläuft und die radial innerhalb der
Umfangswand 18 der Spinnmaschine angeordnet ist. Wenn die
Gläser
A und B zur Umfangswand 18 fließen, sammeln sie sich an der
Innenwand 84 über
bzw. unter der radialen Wand 16 an. Die obere und die untere
ringförmige
Lippe 43 und 45 tragen dazu bei sicherzustellen,
das das geschmolzene Material nicht um die Innenwand 84 und über die
Umfangswand 18 fließt
(siehe 1). Wie in der 3 gezeigt, teilt eine Reihe
von vertikalen Trennwänden 86,
die zwischen der Umfangswand 18 der Spinnmaschine und der
vertikalen Innenwand 84 angeordnet sind, diesen Raum in
eine Reihe von im wesentlichen vertikal ausgerichtete Zwischenräume 88,
die im wesentlichen über
die ganze Höhe
der Umfangswand 18 der Spinnmaschine verlaufen. Die Zwischenräume enthalten
abwechselnd Glas A und Glas B, das jeweils durch Schlitze 89 und 90 (siehe 1) in der Innenwand 84 in
die Zwischenräume 88 fließt. Die
radiale Wand 16, die vertikale Innenwand 84 und
die Trennwände 86 bilden
zusammen eine Trennvorrichtung, die die Gläser A und B durch die Schlitze 89 und 90 abwechselnd
in benachbarte Zwischenräume 88 lenken,
so daß jeder
zweite Zwischenraum Glas A enthält,
während
die übrigen
Zwischenräume
Glas B enthalten.
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Wie in der 3 gezeigt, sind die Öffnungen 20 in der
Umfangswand 18 der Spinnmaschine jeweils so angeordnet,
daß sie
an den radial äußeren Rand
der vertikalen Trennwände 86 angrenzen
und im wesentlichen dazu ausgerichtet sind. Wie in der 4 zu sehen ist, sind in
jedem der Zwischenräume 88 eine
Reihe von Durchlässen 92 und 93 vorgesehen,
durch die das geschmolzene thermoplastische Material fließt. Vorzugsweise
befinden sich diese Durchgänge
nebeneinander an beiden Seiten der Trennwände 86 und stehen
mit den Öffnungen 20 an der
Außenseite
der Umfangswand 18 in Verbindung.
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Wie gezeigt sind die Durchgänge 92 und 93 im
wesentlichen vertikal ausgerichtet und vorzugsweise so bemessen,
daß sich
für die
Glaskomponenten A und B in benachbarten Zwischenräumen 88 gleiche
Fließwege
ergeben. Dadurch wird sichergestellt, daß sich, wenn die Komponenten
A und B die Öffnungen 20 Seite
an Seite verlassen, etwa gleiche Mengen des Glases A und B in jeder
Faser befinden. Es ist ersichtlich, daß, wenn ungleiche Mengen der Gläser A und
B gewünscht
werden, die Durchgänge 92 und 93 so
bemessen werden können,
daß sie
die ungleichen Mengen an Fluß ergeben,
die ungleiche Anteile in der erhaltenen Zweikomponentenfaser ergeben.
Ein solches Ergebnis kann in bestimmten Fällen erwünscht sein. Außerdem können die
Durchgänge
in jedem Zwischenraum so modifiziert werden, daß sich Variationen in den Verhältnissen
und der Konfiguration der Gläser
A und B in der entstehenden Zweikomponentenfaser ergeben. Die Anzahl
der ausgebildeten Durchgänge
hängt von
der Höhe
der Umfangswand 18 der Spinnmaschine ab. Die Anzahl und
Größe der Durchgänge sowie
die Fließrate
des geschmolzenen Glases in die Zwischenräume 88 wird so gewählt, daß sich eine
Anhäufung
von geschmolzenem Material ansammelt, die die Durchgänge in jedem
Zwischenraum bedeckt.
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Wie in der 2A gezeigt, sind in einer alternativen
Ausführungsform
der Spinnmaschine 12 eine Anzahl von zweiten Durchflußlöchern 94 in
Umfangsrichtung um und durch den Damm 34 ausgebildet, um
den Innenbereich 81 und den Außenbereich 83 der
Oberseite 35 der radialen Wand 16 zu verbinden. Durch
das Vorsehen der zweiten Durchflußlöcher 94 kann der äußere Strom
von geschmolzenem Material 80 weggelassen werden, und das
geschmolzene Material von einem Strom (nicht gezeigt) kann alleine dazu
verwendet werden, durch die Öffnungen 20 über und
unter der radialen Wand 16 Fasern auszubilden. Bei dieser
Ausführungsform
der Spinnmaschine 12 sind die sich ergebenden Fasern Einkomponentenfasern,
die aus einem einzigen geschmolzenen Material oder einer Mischung
von geschmolzenen Materialien gebildet werden, und keine Mehrkomponentenfasern
wie die, die mit den Spinnmaschinen der 1 und 2 ausgebildet
werden. Deshalb kann die zusätzliche
Struktur zu der Umfangswand 18 (d. h. die vertikale Innenwand 84 und
die Durchgangsschlitze 89 und 90) weggelassen
werden. Das Weglassen dieses Aufbaus 84, 89 und 90 verringert
das Gesamtgewicht der Spinnmaschine 12 und die entsprechenden
Kraftmomente, was zu einer Erhöhung
der Kriech-Lebensdauer der Spinnmaschine 12 beiträgt.
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Die ersten und zweiten Durchflußlöcher 36 und 94 bewirken,
daß sich
das geschmolzene thermoplastische Material aus dem Strom 78 trennt
und mit dem gewünschten
Verhältnis
oberhalb und unterhalb der radialen Wand 16 zu den Öffnungen 20 fließt. Das
Verhältnis
des durch die Löcher 36 und 94 fließenden Materials
ist nicht notwendigerweise 50/50. Um eine optimale Faserqualität und eine
hohe Spinnmaschinen-Korrosions-Lebensdauer
zu erhalten, kann es wünschenswert
sein, die Durchflußlöcher 36 und 94 so
auszugestalten, daß mehr
geschmolzenes Material durch die Löcher 94 über der radialen
Wand 16 zu den Öffnungen 20 fließt als durch
die Löcher 36 unter
der radialen Wand 16 zu den Öffnungen 20 fließt. Dieses
Verhältnis
wird durch eine Anzahl von Faktoren beeinflußt, einschließlich der
relativen Größe und/oder
Anzahl der Durchflußlöcher 36 und 94 und
der Temperaturverteilung innerhalb und außerhalb der Spinnmaschine 12.
Es wurden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, wenn die ersten
und zweiten Durchflußlöcher 36 und 94 von
einer Anzahl und Größe sind,
damit das geschmolzene Material über
bzw. unter der radialen Wand 16 in einem Verhältnis zu
den Öffnungen 20 fließt, das
von etwa 60/40 bis zu etwa 80/20 reicht.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Flußrate einer
Schmelze durch eine Öffnung
durch die Gleichung
F = Kd4
definiert
wird, wobei F die Flußrate,
K eine Konstante und d der Durchmesser der Öffnung ist. Die Flußrate durch
eine Anzahl (n) von Löchern
mit dem gleichen Durchmesser (d) wird durch die Gleichung
F = Knd4 definiert.
Bei einer identischen Anzahl (n) von ersten und zweiten Durchflußlöchern
36,
94,
wobei alle ersten Durchflußlöcher
36 einen
ersten Durchmesser haben und alle zweiten Durchflußlöcher
94 einen zweiten
Durchmesser, ergibt sich die folgende Gleichung:
wobei F
u die
obere Flußrate,
F
l die untere Flußrate, d
2 der
zweite Durchmesser und d
1 der erste Durchmesser
ist.
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Das Lösen dieser Gleichung für Flußraten zwischen
etwa 60/40 und 80/20 ergibt ein Durchmesserverhältnis von etwa 1,1 zu etwa
1,4. Mit anderen Worten sollte, wenn die ersten Durchflußlöcher 36 aus
einer Anzahl n von Löchern
mit dem ersten Durchmesser d1 und die zweiten
Durchflußlöcher 94 aus
der gleichen Anzahl n von Löchern
mit dem zweiten Durchmesser d2 bestehen,
d2 etwa 1,1 bis etwa 1,4 mal größer sein
als d1, um eine Flußrate im Bereich von etwa 60/40
bis zu etwa 80/20 zu ergeben. Es können natürlich auch andere Methoden
verwendet werden, um zum gleichen Ergebnis zu kommen, etwa durch
Erhöhen
der Anzahl von zweiten Durchflußlöchern 94.
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Das Zuführen von mehr geschmolzenem Material
aus dem Strom 78 zu den Öffnungen 20 über der
Wand 16 hat ergeben, daß die diese Öffnungen
verlassenden Fasern eine größere Trajektorie haben
(d. h. sich radial von der Umfangswand 18 weiter nach außen erstrecken)
als die Fasern, die an den Öffnungen 20 unterhalb
der radialen Wand 16 gebildet werden. Dieser Unterschied
in den Trajektorien hat sich als hilfreich zur Verringerung des
Kontakts zwischen den Fasern herausgestellt, wodurch Oberflächendefekte
und Faserbrüche
verringert wurden, die sich aus einem solchen Kontakt ergeben können. Außerdem ist
die obere Kammer 40 der Spinnmaschine 12 oft heißer als
die untere Kammer 42. Dieser Temperaturunterschied kann
bewirken, daß die Öffnungen 20 über der
radialen Wand 16 schneller korrodieren und sich öffnen (d.
h. vergrößern) als
die Öffnungen 20 unterhalb
der Wand 16. Wenn die Öffnungen 20 oberhalb
der Wand 16 größer werden,
trägt das
Zuführen
von mehr von dem geschmolzenen Material 78 durch die Durchflußlöcher 94 dazu
bei, einen Mangel an geschmolzenem Material an den oberen Öffnungen 20 zu
vermeiden. Auf diese Weise können
der Durchsatz und die Korrosions-Lebensdauer der Spinnmaschine 12 optimiert
werden.
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Da der Fluß des geschmolzenen Materials sowohl
oberhalb als auch unterhalb der radialen Wand 16 zugeführt werden
kann, ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Spinnmaschine 12 jeder
der 1, 2 und 2A radial
auszubalancieren. Mit anderen Worten kann die Masse der Umfangswand 18 oberhalb
und unterhalb der radialen Wand
16 im wesentlichen gleich
sein. Außerdem
können
die Massen der anderen Strukturen, die mit der Umfangswand 18 verbunden
sein können,
wie die obere und die untere Lippe 43, 44, die
Innenwand 84 und die vertikalen Trennwände 86, auch im wesentlichen oberhalb
und unterhalb der radialen Wand 16 gleich sein. Diese An
des Erreichens eines Massenausgleichs entspricht einer Ausbildung
der Spinnmaschine 12 in einer im wesentlichen symmetrischen
Form um die radiale Wand 16. Andere Arten des Erreichens
eines wesentlichen Massenausgleichs können ebenfalls vorteilhaft
angewendet werden. Dieser wesentliche Massenausgleich verringert
die nichtradiale Verformung der Spinnmaschine 12 und kann
die Kriech-Lebensdauer der Spinnmaschine um mehr als das Zehnfache
erhöhen.
Außerdem
ist anzumerken, daß diese
erhöhte
Kriech-Lebensdauer der Spinnmaschine durch relativ wenig aufwendige Änderungen
im Aufbau der Spinnmaschine erreicht wird, im Gegensatz zu einer
relativ aufwendigen Verbesserung des Materials für die Spinnmaschine.
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Es ist zu erwarten, daß das Problem
der temperaturinduzierten asymmetrischen (d. h. nicht-radialen)
Verformung bei den bekannten Spinnmaschinen mit der Zunahme des
Außendurchmessers
der Spinnmaschinen immer mehr an Bedeutung gewinnt, insbesondere
bei Spinnmaschinen mit einem Außendurchmesser
von wenigstens etwa 12 Zoll (etwa 30,5 cm) und mehr. Es ist auch
zu erwarten, daß die
Deformation mit einer Zunahme der Masse an der äußeren Umfangswand der Spinnmaschinen
zunimmt, wie es oft der Fall ist, wenn die äußeren Umfangswände an die
Herstellung von Mehrkomponentenfasern angepaßt werden. In beiden Fällen beruht
die Zunahme der asymmetrischen Verformung zu einem großen Teil
auf der sich ergebenden Zunahme der Kraftmomente, die am äußeren Umfang
der Spinnmaschine nach unten wirken. Das Prinzip der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
es, diese nachteilige Verformung zu verringern, auch bei Spinnmaschinen mit
großem
Durchmesser und bei solchen, die für die Herstellung von Mehrkomponentenfasern
vorgesehen sind.
