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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Mineralfasern
ausgehend von einem ausziehfähigen
Material, und insbesondere ausgehend von einem Schmelzematerial
mit einem erhöhten
Schmelzpunkt, beispielsweise vom Typ Basaltglas oder Hochofenschlacke,
für die
Herstellung von Produkten, insbesondere Dämmprodukten, auf Basis von
Mineralfasern. Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Verbesserung
der Techniken zum Zerfasern mit sogenannter freier Zentrifugierung,
bei denen das zu zerfasernde Material im geschmolzenen Zustand an
den Umfang von Schleuderrädern herangeführt und
von diesen Rädern
mitgenommen wird, so daß sich
ein Teil des Materials unter der Einwirkung der Fliehkraft davon
ablöst
und in Fasern umgeformt wird, und der verbleibende, nicht umgeformte
Teil auf ein anderes Rad hin weitergegeben wird bzw. nach dem letzten
Rad in Form von Granalien abfällt.
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Für die Durchführung der
obenstehend kurz angesprochenen Zerfaserungstechniken wird im allgemeinen
eine Maschine verwendet, die drei oder vier kaskadenförmig angeordnete
Räder aufweist, welche
sich um im wesentlichen horizontale Achsen drehen können, wobei
zwei auf der Bahn des Schmelzematerials aufeinanderfolgende Räder gegensinnig
drehen. Das erste Rad wird durch eine Rinne mit Schmelzematerial
versorgt und dient im wesentlichen dazu, das Material zu beschleunigen,
das auf das zweite Rad hin weitergegeben wird, und so weiter bis
zu dem letzten Rad, wobei der Materialfluß sich bei jedem Rad um die
Menge von gebildeten Fasern verringert.
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Eine
solche Maschine weist im allgemeinen außerdem Einrichtungen zum Erzeugen
eines Luftstroms am Umfang der Schleuderräder auf, wobei diese Einrichtungen
den Zweck haben, die Bildung von Fasern durch eine Ausziehwirkung
zu unterstützen
und das zerfaserte Material zu erfassen, und es dabei von dem unzerfaserten
Material (Granalien) zu trennen. Das letztere ist nämlich insofern
unerwünscht,
als es dazu beiträgt,
das Endprodukt schwerer und die Tastempfindung insbesondere unangenehm
zu machen. Der Luftstrom hat weiterhin die Funktion, das zerfaserte
Material auf ein Ablageorgan, beispielsweise auf ein mit Ansaugkästen versehenes
Endlosband zu verbringen, welches die Fasern auf die stromabwärts von
der Linie befindlichen Weiterverarbeitungsvorrichtungen wie etwa
eine Vliesmaschine, einen Ofen zum Polymerisieren der Bindemittel
usw. hin transportiert.
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Der
Luftstrom wird in den meisten Fällen
in einer Richtung eingeführt,
die im wesentlichen parallel zu den Drehachsen der Räder ist,
und nimmt somit die Fasern in einer Richtung mit, die senkrecht
zu der Richtung ihrer Ausbildung ist.
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Die
Menge von hergestellten Fasern hängt vom
Durchsatz des auf die Schleuderräder
gegossenen Materials und von der Effektivität der Zerfaserung durch diese
Räder ab.
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Bei
einer gegebenen Maschine ist es theoretisch möglich, die Produktivität durch
Erhöhen
des Durchsatzes von Gießmaterial
zu steigern, jedoch ist dies nur innerhalb eines relativ begrenzten
Spielraums durchführbar.
Eine Maschine ist nämlich
mit Rädern
entworfen, die festgelegte Durchmesser aufweisen und dazu bestimmt
sind, sich mit einer festgelegten Geschwindigkeit zu drehen. Ab
einem bestimmten Materialfluß,
der die Maschine versorgt, ergibt sich ein Phänomen einer zunehmenden Überversorgung
der Schleuderräder
mit Konsequenzen, die der Qualität
der Zerfaserung unmittelbar abträglich
sind (insbesondere aufgrund der Modifizierung der Temperatur an
jedem Rad und des durch jedes Rad zu verarbeitenden Materialüberschusses).
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Diese
Qualitätsminderung
tritt am Endprodukt als Verlust von Eigenschaften insbesondere hinsichtlich
der Wärmedämmung auf,
so daß der
gewünschte
Wert des Koeffizienten Lambda (λ)
der Wärmeleitfähigkeit
nur unter Erhöhung
der Dichte des Produktes erreicht werden kann. Der aus der gesteigerten
Produktivität
erwachsende Nutzen ist dadurch zumindest herabgesetzt, wenn nicht
gar vollständig
aufgehoben.
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Ein
Alternative besteht in der Verwendung mehrerer parallel arbeitender
Zerfaserungseinheiten. Die bislang vorgeschlagenen Lösungen weisen
jedoch alle eine gewisse Anzahl von Nachteilen auf.
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Bei
einer ersten, aus der US-A-3 709 670 bekannten früheren Ausführung sind
zwei verschiedene Sätze
von Schleuderrädern
nebeneinander in einer gleichen vertikalen Ebene im Körper einer
gleichen Maschine mit zwei Rinnen zum Zuführen von Schmelzematerial angeordnet.
Die beiden Sätze
unterscheiden sich darin, daß der
erste Satz bezogen auf eine vertikale Achse exakt spiegelsymmetrisch zu
dem zweiten Satz ist, wobei zwei auf einer gleichen Höhe befindliche
Räder gegensinnig
drehen. Diese symmetrische Anordnung hat den Zweck, Störungen zwischen
den jeweils von jeder Einheit von Schleuderrädern abgegebenen Luftströmen zu vermeiden.
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Der
Hauptnachteil dieser Anordnung ist wirtschaftlicher Natur, da es
erforderlich ist, permanent zwei verschiedene Sätze von Ersatzteilen verfügbar zu
halten und die Instandhaltung und Wartung von zwei Maschinen mit
einem unterschiedlichen Aufbau durchzuführen.
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Eine
andere Ausführung
ist aus der WO-A-92/06047 bekannt und beabsichtigt, diesen Nachteil
abzumildern, wobei zwei identische Zerfaserungsmaschinen nebeneinander
angeordnet sind und parallel mit Schmelzematerial versorgt werden. Die
Maschinen sind mit Einrichtungen zum Ausblasen von Luft versehen,
die jedem der Schleuderräder zugeordnet
sind und einen Luftstrom in der Nähe des Umfangs des Rades erzeugen,
wobei der Luftstrom eine axiale Bewegungskomponente besitzt, die
ausreichend ist, um die Fasern aus der Zerfaserungszone zu entfernen,
und eine tangentielle Komponente, die ausreichend ist, um Wechselwirkungen
zwischen den benachbarten Luftströmen zu vermeiden.
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Hierzu
bestehen die Gebläseeinrichtungen aus
einer Ausziehlippe, die den Umfang des Rades über einen vorgegebenen Winkelsektor
bestreicht, und in der Flügel
zum Umlenken der Luft angeordnet sind, die mit einem Winkel geneigt
sind, der der Drehung des Rades angepaßt ist, so daß sie die
ausgeblasene Luft mit einer entlang der Lippe variierenden tangentiellen
Komponente ausrichten.
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Solche
Gebläseeinrichtungen
werden auch in der aus der WO-A-92/12940 bekannten Vorrichtung angewendet,
die ebenfalls mindestens zwei identische, nebeneinander angeordnete
Zerfaserungsmaschinen aufweist, welche parallel zueinander versorgt
werden, und deren Schleuderräder
einen kleinen Durchmesser und sehr hohe Drehgeschwindigkeiten besitzen.
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Diese
Ausführung
der Gebläseeinrichtungen hat
jedoch den Nachteil, sehr kompliziert zu sein, da sie es erforderlich
macht, einen Luftstrom beizubehalten, der an jedes der Schleuderräder angepaßt ist. Hierbei
sind die Umlenkflügel
empfindliche Bauteile, die insbesondere gegen Vibrationen infolge
der Drehung der Räder
empfindlich sind, die umso stärker sind,
je höher
die Drehgeschwindigkeit ist, und die des weiteren abgeschleuderten
Granalien ausgesetzt sind, welche die Gefahr beinhalten, ihre Neigung
auf eine Weise zu beeinträchtigen,
die der Ausrichtung des Luftstroms abträglich ist.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu beheben
und neuartige Einrichtungen zu schaffen, die die Produktion großer Mengen
eines Produktes auf Basis von Mineralfasern mit guter Qualität ermöglichen.
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Hierzu
hat die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern
zum Gegenstand, bei dem zu zerfaserndes Material mindestens zwei
seitlich nebeneinander angeordneten Zerfaserungsmaschinen gleichzeitig
zugeführt
wird, wobei jede Maschine eine Serie von Schleuderrädern aufweist,
die kaskadenförmig
angeordnet sind und um Achsen, die alle im wesentlichen die gleiche
Richtung haben (als Hauptachse bezeichnet), drehend angetrieben
werden, wobei zwei aufeinanderfolgende Räder der Kaskade gegensinnig
drehen, das zu zerfasernde Material im geschmolzenen Zustand in
jeder Maschine auf die Umfangsfläche
des ersten Rades gegossen wird, durch welches es beschleunigt und
auf das zweite Rad, und gegebenenfalls nacheinander auf die anderen
Rädern
der Serie weitergegeben wird, so daß es unter der Einwirkung der
Fliehkraft in Fasern umgeformt wird, und wobei die von den verschiedenen
Rädern
einer Maschine gebildeten Fasern von einem Gasstrom erfaßt werden,
der von jeder Maschine in einer zu der Hauptachse im wesentlichen
parallelen Richtung abgegeben wird, und von einem Ablageorgan aufgefangen
werden, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hauptachsen
von zwei benachbarten Maschinen gemäß einem von Null verschiedenen
Winkel angeordnet werden, wobei dieser Winkel bzw. jeder Winkel
zwischen zwei benachbarten Maschinen so angepaßt wird, daß zwei von den zwei benachbarten
Maschinen abgegebene Gasströme
sich treffen und verbinden.
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Die
Erfinder haben hierbei aufgezeigt, daß das Aufeinandertreffen und
die Überlagerung
der Abgabe von Blasgasen von zwei benachbarten Maschinen es ermöglicht,
ein Produkt auf der Basis von Mineralfasern mit sehr guter Qualität zu erhalten.
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Die
Verwendung von zwei seitlich nebeneinander angeordneten Zerfaserungsmaschinen
mit ihren Hauptachsen streng parallel zueinander führt somit,
in Abwesenheit jeglicher besonderen Anordnung der Gebläseeinrichtungen
wie den im Stand der Technik vorgesehenen zum Optimieren des Blasgasstromes
und infolgedessen der Bahn der erzeugten Fasern, zu einem sehr inhomogenen
Produkt mit einem Mangel an Zusammenhalt und starken Variationen
der Dichte über
die Breite des Ablageorgans. Diese Mängel können in den darauffolgenden
Etappen des Verfahrens nicht gänzlich
rückgängig gemacht
werden, und das Produkt weist vergleichsweise schlechte thermische
Eigenschaften auf.
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Entgegen
jeder Erwartung, da ja der Stand der Technik lehrt, jegliche gegenseitige
Störung
zwischen den Gasströmen
von zwei benachbarten Maschinen zu vermeiden, hat sich herausgestellt,
daß die
Gleichförmigkeit
des Produktes sich erhöht,
wenn die Maschinen so ausgerichtet werden, daß ihre jeweiligen Gasströme sich
zwischen zwei benachbarten Maschinen treffen und verbinden.
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Die
Erfinder haben festgestellt, daß die
Qualität
des Produktes mit der Gleichförmigkeit
der Geschwindigkeiten der auf dem Ablageorgan aufgefangenen Fasern
in einem Zusammenhang steht, wobei das Geschwindigkeitsprofil der
Fasern sich nach dem Geschwindigkeitsprofil des die Fasern transportierenden
Gasstromes richtet.
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Im
Falle der Verwendung einer einzigen Maschine weist dieses Geschwindigkeitsprofil
eine im wesentlichen Gaußsche
Form mit einem Maximum der Geschwindigkeit in der Mitte der Kammer,
annähernd
gegenüber
von den Schleuderrädern
auf, wobei die Geschwindigkeit sich in Richtung auf die Wände der
Kammer hin vermindert.
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Falls
zwei Maschinen seitlich nebeneinander mit ihren Achsen parallel,
ohne Wechselwirkung der benachbarten Gasströme angeordnet sind, ist die Zirkulation
der Gasströme
um die Schleuderräder derart,
daß das
Geschwindigkeitsprofil des Gasstroms insgesamt auf Höhe des Ablageorgans
im wesentlichen die Form von zwei nebeneinanderliegenden Gaußschen Normalverteilungen
besitzt, mit einem Minimum ungefähr
in der Mitte der Kammer und zwei Maxima nahe den Wänden der
Kammer, und einer sehr starken Variation des Geschwindigkeitsmoduls
zwischen einem Minimum und einem Maximum.
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Gemäß der Erfindung
stellte sich heraus, daß nicht
nur die Faserbildung nicht beeinträchtigt wird, sondern auch ein
sehr homogenes Geschwindigkeitsprofil erzielt werden kann, wenn
die Maschinen so ausgerichtet werden, daß sich die Gasströme treffen
und einander überlagern.
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Somit
ermöglicht
es die Erfindung auf vorteilhafte Weise mit einer angepaßten Orientierung
der benachbarten Maschinen, ein solches Geschwindigkeitsprofil zu
erzielen, daß eine
axiale Komponente der Geschwindigkeit des Gasstroms insgesamt auf Höhe des Ablageorgans
um höchstens
20%, bevorzugt höchstens
15%, insbesondere höchstens
10% über
einen bevorzugt mittleren Abschnitt des Ablageorgans variiert, der
mindestens ca. 50% der Breite des Ablageorgans, bevorzugt mindestens
60% entspricht.
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Somit
wird ein sehr guter Zusammenhalt der auf dem Ablageorgan gesammelten
Faserbahn mit einer homogenen Materialverteilung (Flächenmasse) erzielt.
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Bevorzugt
wird für
eine bessere Homogenität
der Winkel zwischen den Hauptachsen von zwei benachbarten Maschinen
so angepaßt,
daß die
axiale Komponente der Geschwindigkeit des Gasstroms auf Höhe des Ablageorgans über die
Breite des Ablageorgans auf im wesentlichen symmetrische Weise variiert.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsweise
ist das Zerfaserungsverfahren auf jeder Maschine dazu angepaßt, die
Faserbildung in der Mitte der Maschine mit relativ wenig auf den
Seiten einer Maschine ausgeworfenen Fasern zu begünstigen,
um so zwischen zwei Maschinen die Zirkulation eines Luftstroms zu ermöglichen,
der durch die von den Gebläseeinrichtungen
abgegebenen Gasstrahlen induziert wird und den Transport der Fasern
mit einer gewünschten
Geschwindigkeit unterstützt.
Hierzu ist das erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhaft derart, daß jede
Maschine eine Serie von vier Schleuderrädern aufweist, wobei die Anordnung
und die Drehgeschwindigkeit der Schleuderräder so angepaßt wird,
daß ein
Teil des zu zerfasernden Materials, welches das vierte Rad erreicht,
auf das dritte weitergegeben und dort in Fasern umgeformt wird.
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Vorteilhafte
Zerfaserungsbedingungen umfassen das drehende Antreiben des zweiten
Rades einer jeden Serie mit einer Geschwindigkeit von mehr als oder
gleich 6500 U/min, insbesondere mehr als oder gleich 8000 U/min,
bei einem Raddurchmesser von weniger als oder gleich 240 mm, insbesondere
in der Größenordnung
von 180 bis 240 mm.
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Unter
solchen Bedingungen verteilt das zweite Rad, das kleiner als gewöhnlich ist,
eine größere Menge
Schmelzematerial auf das dritte und infolgedessen auf das vierte
Rad. Infolgedessen weisen diese beiden letzten Räder der Serie eine erhöhte Temperatur
auf, was die Ausgabe von Fasern in der Nähe desjenigen Punktes begünstigt,
an dem das Schmelzematerial auf das Rad auftrifft, und einer Ausgabe
auf den Seiten der Maschine entgegenwirkt. Das zweifache Abprallen
auf dem dritten Rad gestattet eine Regulierung der Materialmenge,
die von jedem dieser Räder
zerfasert wird, und eine Optimierung der Zerfaserungsausbeute.
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Mit
einer größeren Menge
Schmelzematerial, die einer Bahn in der Mitte der Maschine zwischen den
Schleuderrädern
folgt, und dem zweifachen Abprallen des Schmelzematerials auf dem
dritten Rad ausgehend von dem vierten, bewirkt das erfindungsgemäße Verfahren
ein stärkeres
Abschleudern von Fasern in der Mitte einer jeden Maschine durch
die unteren Abschnitte des dritten und vierten Rades. Diese besondere
räumliche
Verteilung der gebildeten Fasern erweist sich als sehr vorteilhaft,
wenn mindestens zwei Maschinen seitlich nebeneinander angeordnet
sind.
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Die
Erfindung hat des weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung von
Mineralfasern gemäß dem obenstehend
dargestellten Verfahren zum Gegenstand. Sie umfaßt in der Hauptsache zwei seitlich
nebeneinander angeordneten Zerfaserungsmaschinen am Eintritt in
eine Kammer, wobei jede Maschine eine Serie von Schleuderrädern aufweist,
die kaskadenförmig
angeordnet sind und um Achsen, die alle im wesentlichen die gleiche
Richtung haben (als Hauptachse bezeichnet), drehend angetrieben
werden, wobei zwei aufeinanderfolgende Räder der Kaskade gegensinnig
drehen, und Gebläseeinrichtungen
aufweist, die um die Serie von Schleuderrädern einen Gasstrom in einer
zu der Hauptachse im wesentlichen parallelen Richtung erzeugen,
wobei die Vorrichtung Zuführeinrichtungen
aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie ein zu zerfaserndes Material im
geschmolzenen Zustand gleichzeitig auf die Umfangsfläche des
ersten Rades einer jeden Maschine gießen, und ferner ein Ablageorgan
aufweist, das den Zerfaserungsmaschinen gegenüberliegend in der Kammer angeordnet
ist.
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Sie
ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte
Maschinen derart angeordnet sind, daß ihre Hauptachsen einen von
Null verschiedenen Winkel bilden. Dieser Winkel bzw. jeder Winkel
zwischen zwei benachbarte Maschinen ist so angepaßt, daß die von
zwei benachbarten Maschinen abgegebenen Gasströme sich treffen und verbinden.
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Es
ist schwierig, auf allgemeine Weise eine Orientierung zu definieren,
die so angepaßt
ist daß sich
die von zwei benachbarten Maschinen abgegebenen Gasströme treffen
und verbinden.
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Die
Zirkulation von Gasen um die und zwischen den Maschinen hängt nämlich insbesondere von
der Aerodynamik der Umgebung der Maschinen ab, insbesondere von
der Gestalt der Kammer, an deren Eintritt die Maschinen installiert
sind, sowie von den Betriebsbedingungen, insbesondere der Drehgeschwindigkeit
der Schleuderräder
und den relativen Geschwindigkeiten der in der Nähe der Räder abgegebenen Gasströme.
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In
den meisten Fällen
ist es vorteilhaft, zwei Maschinen mit ihren Hauptachsen auf die
Mitte der Kammer hin konvergierend anzuordnen. Nichtsdestoweniger
kann es hingegen bei anderen Konfigurationen vorkommen, daß es nötig ist,
die Maschinen mit ihren Hauptachsen auf die Seiten der Kammer hin
divergierend anzuordnen. Der Fachmann ist in der Lage, ohne Schwierigkeit
die für
jede Konfiguration angepaßte
Orientierung in der Folge einer zumutbaren Anzahl von Versuchen
zu bestimmen, deren Prinzip im nachfolgenden dargelegt ist.
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Hierbei
weist die Kammer bei einem ersten bevorzugten Modus zwei vertikale
Wände auf,
die sich auf beiden Seiten des Ablageorgans im wesentlichen parallel
von den am Eintritt angeordneten Maschinen erstrecken, wobei eine
zu der ersten Wand benachbarte erste Maschine und eine zu der zweiten Wand
benachbarte zweite Maschine so angeordnet sind, daß ihre jeweiligen
Hauptachsen auf die Mitte der Kammer hin konvergieren, bevorzugt
in einem Winkel von mindestens 2° in
Bezug auf die Richtung der Wände.
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Bei
dieser Ausführungsweise
ist die erste Maschine vorteilhaft so ausgelegt, daß ihr erstes Schleuderrad
das Schmelzematerial gegen die erste Wand abgibt, und die zweite
Maschine ist so ausgelegt, daß ihr
erstes Schleuderrad das Schmelzematerial auf die zweite Wand hin
abgibt, und daß die
Achse der zweiten Maschine mit der zweiten Wand einen Winkel bildet,
der größer als
derjenige ist, der von der Achse der ersten Maschine mit der ersten
Wand gebildet wird.
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Dieser
Unterschied in der Ausrichtung ist völlig überraschend. In der gängigen Praxis
verteilen nämlich
die bekannten Zerfaserungsmaschinen die Fasern annähernd auf
zentrierte Weise über
die Breite der Maschine.
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Es
wäre daher
zu erwarten gewesen, daß die beiden
Maschinen mit einem gleichen Winkel bezüglich der Wand konvergierend
gemacht werden müßten, um
eine bezüglich
der Achse des Ablageorgans symmetrische Verteilung der Fasern zu
erzielen. Ohne sich auf irgendeine wissenschaftliche Theorie festlegen
zu wollen, erscheint es, daß eine
asymmetrische Konvergenz hingegen durch die Tatsache nötig gemacht
wird, daß die
Gebläseeinrichtungen
einen Ausziehgasstrom erzeugen, der auf der Seite des zweiten und
vierten Rades stärker
ist als auf der Seite des ersten und dritten Rades, was für einen stärkeren Wandeffekt
auf einer Seite der Vorrichtung verantwortlich ist: der Ausziehgasstrom,
der an der zweiten Wand (auf der Seite des 2. und 4. Rades) entlangstreicht,
erzeugt infolge des Unterschiedes des Gasdurchsatzes dieser beiden
Ströme
entlang der zweiten Wand einen Unterdruck, der stärker als derjenige
ist, der von dem an der ersten Wand (auf der Seite des 1. und 3.
Rades) entlangstreichenden Ausziehgasstrom erzeugt wird.
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Bevorzugt
ist der erste Winkel in der Größenordnung
von 2 bis 6°,
insbesondere in der Größenordnung
von 4°,
und der zweite Winkel ist in der Größenordnung von 3 bis 10°, insbesondere
in der Größenordnung
von 4 bis 8°.
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Die
konvergierende Anordnung verringert des weiteren die Ausgabe von
Fasern auf die Wände der
Kammer hin und vermeidet somit die Bildung von Ansammlungen aus
Fasern auf den Wänden,
wobei diese Ansammlungen die Eigenschaften des Endproduktes erheblich
beeinträchtigen,
wenn sie in der Faserbahn mitgenommen werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsweise,
die insbesondere dann von Nutzen sein kann, wenn das Ablageorgan
vergleichsweise schmal ist, weist die Kammer zwei vertikale Wände auf,
die sich auf zwei Seiten des Ablageorgans erstrecken und auf dieses hin
konvergieren. Es wird somit eine erste Maschine benachbart zu der
ersten Wand und eine zweite Maschine benachbart zu der zweiten Wand
so angeordnet, daß ihre
jeweiligen Hauptachsen auf die jeweils benachbarte Wand hin divergieren.
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Diese
Ausrichtung ermöglicht
es, zu vermeiden, daß die
abgegebenen Fasern durch die Luftströme, die entlang der Wände durch
die Drehung der Räder
und durch das Vorhandensein der Blasgase induziert werden, zu sehr
in der Mitte des Ablageorgans konzentriert werden, wobei diese Ströme sich
in dem Trichter verfangen, der von den Wänden in Richtung auf die Mitte
der Kammer hin gebildet wird.
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Gemäß der vorstehenden
Ausführungen
ist es in allen Ausführungsweisen
vorzuziehen, Vorkehrungen zu treffen, damit die Abgabe von Fasern
auf den Seiten einer jeden Zerfaserungsmaschine verringert ist.
In dieser Hinsicht hat die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft
in jeder Maschine ein zweites Rad, das einen Durchmesser von weniger
als oder gleich 240 mm, insbesondere in der Größenordnung von 180 bis 240
mm aufweist.
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Vorteilhafte
haben die Maschinen ein drittes und viertes Rad mit einem größeren Durchmesser, insbesondere
in der Größenordnung
von 300 bis 400 mm.
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Um
ein zweifaches Abprallen von Schmelzematerial an dem dritten Rad
zu erhalten, ist es darüber
hinaus vorteilhaft, das zweite Rad derart anzuordnen, daß eine Verbindungslinie
zwischen den Mittelpunkten der zwei ersten Räder einen Winkel von mehr als
20°, bevorzugt
in der Größenordnung
von 25°,
zur Horizontalen bildet.
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Die
Schleuderräder
können
untereinander auf eine übliche
Weise angeordnet werden, um die Herstellung der gewünschten
Bahn von Schmelzematerial zwischen den Rädern zu ermöglichen. Eine vorteilhafte
Anordnung ist solcherart, daß die
Umfangsfläche
eines Rades von der Umfangsfläche
eines Rades eines benachbarten Rades um eine Strecke von mindestens
35 mm, bevorzugt von mindestens 40 mm, beabstandet ist.
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Eine
solche Beabstandung ermöglicht
eine gute Entwicklung des von einem Rad abgegebenen Fasernstrahls
ohne eine abträgliche
Wechselwirkung mit dem Fasernstrahl eines benachbarten Rades, und
bewirkt gleichzeitig eine gute räumliche
Verteilung der Gesamtheit der von der Maschine erzeugten Fasern.
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Ein
weiteres wichtiges Merkmal für
die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Zerfaserung ist die Kontrolle
der Temperatur der Schleuderräder.
Es wurde bereits festgestellt, daß die Temperatur eines Rades
zum Teil von der Menge des Schmelzematerials abhängt, die auf dieses Rad gegossen
wird. Sie wird auch vom Vorhandensein des Gasstroms beeinflußt, der
auf den Umfang des Rades geblasen wird. Um ein unerwünschtes
Abkühlen
des Rades zu vermeiden, ist es vorteilhaft, zu vermeiden, daß der Gasstrom
zu stark auf die Umfangsfläche
des Rades auftrifft. Bevorzugt wird der Strom in einer solchen Richtung
abgegeben, daß er
nur die Umfangsfläche
des Rades streift. Dies hat des weiteren den Effekt, daß die Faserbildung
nicht gestört
wird. Unter diesem Aspekt ist es vorteilhaft, wenn die Gebläseeinrichtungen
in der Nähe
eines Schleuderrades ausmünden und
dabei in einem Winkel in der Größenordnung
von 10 bis 16°,
insbesondere in der Größenordnung
von 13° in
Bezug auf die Drehachse des Rades abweichen.
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Die
Gebläseeinrichtungen
können
sehr verschiedene Formen aufweisen. Um die Fasernströme auf den
Seiten einer Maschine zu vermeiden, ist es dennoch vorzuziehen,
die einem Rad zugeordneten Gebläseeinrichtungen
in Form einer kontinuierlichen Öffnung,
insbesondere einer mit dem Rad konzentrischen Ringlippe auszuführen, um
keine Unterbrechung der Luftzufuhr hervorzurufen. Eine solche kontinuierliche Öffnung ist
insofern von Vorteil, als die mittlere Geschwindigkeit des ausgeblasenen
Gases über
die gesamte Länge
der Öffnung
um höchstens 10%
variiert.
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Bei
einer unter dem Gesichtspunkt der Kontrolle der Abgabe von Fasern
bevorzugten Ausführungsform
weisen die Gebläseeinrichtungen
eine oder mehrere Ausziehlippe(n) auf, die so ausgelegt ist/sind,
daß sie
einen kontinuierlichen Luftstrom produziert/produzieren, der im
wesentlichen den gesamten Außenmantel
der Umfangsflächen
der Schleuderräder
bestreicht.
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Um
ein wirksames Ausziehen der Fasern zu gewährleisten und zu ihrem Transport
beizutragen, wenn das Zerfaserungsverfahren derart ist, daß die Fasern
hauptsächlich
im unteren Teil von mindestens einem Schleuderrad abgegeben werden,
sind die Gebläseeinrichtungen
vorteilhaft so ausgelegt, daß sie
entlang eines unteren Abschnitts des Rades, insbesondere des letzten
und gegebenenfalls des vorletzten Rades der Kaskade, einen breiteren
Gasstrom erzeugen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
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Es
zeigen:
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1 und 2 eine
Frontansicht und eine Aufrißansicht
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 eine
Zerfaserungsmaschine, die Teil der Vorrichtung von 1 ist,
im Betrieb,
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4 ein
Schemadiagramm, das die Verteilung der Geschwindigkeiten der von
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgegebenen Gasströme veranschaulicht.
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1 ist
eine Frontalansicht einer erfindungsgemäßen Zerfaserungsvorrichtung
von der Seite der Fasern her gesehen. Diese Vorrichtung besteht
im wesentlichen aus zwei identischen Zerfaserungsmaschinen 1, 2,
die am Eintritt in eine Kammer 3 für die Ablage der Fasern angeordnet
sind, in welcher sich ein Ablageorgan wie etwa ein Band oder ein Endlosband 4 befindet,
das mit hier nicht näher
dargestellten Ansaugkästen
ausgerüstet
ist und zwischen den zwei parallelen vertikalen Wänden 5, 6 der Ablagekammer 3 umläuft.
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Die
zwei Maschinen 1, 2 weisen eine Serie von vier
Schleuderrädern 7, 8, 9, 10 auf,
von denen das erste Rad 7 das kleinste ist, das zweite
Rad 8 sehr geringfügig
größer ist,
und das dritte 9 und vierte 10 Rad die größten sind
und im wesentlichen einen gleichen Durchmesser besitzen.
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Die
Räder 7, 8, 9, 10 liegen
in einer solchen Anordnung vor, daß sich ihre Umfangsflächen mit
einem Abstand in der Größenordnung
von 40 mm benachbart zueinander befinden. Die Verbindungslinie zwischen
dem Mittelpunkt des ersten und zweiten Rades 7, 8 bildet
einen Winkel von ca. 25° zur
Horizontalen.
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Diese
Räder 7, 8, 9, 10 werden
mit Hilfe von Motorgetriebeblöcken 11, 12 drehend
angetrieben, wobei die beiden rechten Räder 7, 9 beispielsweise in
der trigonometrischen Richtung angetrieben werden, während die
beiden linken Räder 8, 10 in
Gegenrichtung dazu angetrieben werden, so daß zwei Räder, die auf der Bahn des zu
zerfasernden Materials (vom höchsten
Rad 7 abwärts
zum niedrigsten 10) aufeinanderfolgen, gegensinnig drehen.
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Die
vier Räder 7, 8, 9, 10 sind
auf vier zueinander im wesentlichen parallelen Wellen gelagert, welche
die jeweiligen Hauptachsen 13, 14 einer jeden
der in 2 sichtbaren Maschinen definieren. Die Wellen
sind in einem Kasten 15 enthalten, dessen Profil die Konturen
der inneren Bauteile so eng wie möglich nachbildet. Die Motorgetriebeblöcke 11, 12 sind
vorteilhaft seitlich in einer Konfiguration angeordnet, welche eine
freie Luftzirkulation um den Kasten 15 ermöglicht.
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Die
zwei Maschinen 1, 2 sind des weiteren durch einen
Leerraum voneinander getrennt, der den Durchtritt von Luft zwischen
den beiden Maschinen gestattet. Außerdem ist der seitlich von
jeder der Maschinen 1, 2 befindliche Raum freigelassen,
um den Durchtritt von induzierter Luft zwischen den Maschinen 1, 2 und
den Wänden 5, 6 der
Ablagekammer 3 zu ermöglichen.
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Jede
Maschine 1, 2 ist auf einem Rahmen 16 montiert,
der mit Füßen auf
dem Boden ruht, oder mit Rädern,
die in Schienen laufen, was gegebenenfalls eine Ortsveränderung
der Maschinen für
ihre Instandhaltung ermöglicht.
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Die
Schienen sind solcherart am Boden befestigt, daß die Hauptachse 13 der
Maschine 1 einen Winkel von ca. 8° mit der Richtung der Wände 5, 6 bildet,
die auch die Achse der Ablagelinie (Antriebsrichtung des durch den
Pfeil F angegebenen Bandes 4) ist, während die Hauptachse 14 der
Maschine 2 einen Winkel von ca. 4° mit der Richtung der Wände 5, 6 bildet.
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Als
Variante könnten
die zwei Maschinen 1, 2 auf ausrichtbaren Ständern montiert
sein, die gegebenenfalls für
die Instandhaltung der Maschinen verfahrbar sind.
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Jede
Maschine 1, 2 ist darüber hinaus mit Gebläseeinrichtungen
für Ausziehluft
ausgestattet, die von mit den Rädern 7, 8, 9, 10 konzentrischen Blaskränzen 17, 18, 19, 20 gebildet
werden und mit Öffnungen 21, 22, 23, 24 versehen
sind, welche Ausziehlippen bilden. Vorteilhaft sind die Blaskränze 17, 18, 19, 20 so
angeordnet, daß ihre
Außenfläche koplanar
mit der Rückseite
der Räder 7, 8, 9, 10 ist.
Das Fehlen eines jeglichen auf den Seiten der Räder vorstehenden Teils vermeidet
ein Verhaken von Fasern an der Fassade der Maschine, deren Anhäufung zwischen
den Rädern
dem guten Funktionieren der Maschine abträglich ist.
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Die Öffnungen 21, 22, 23, 24 bestreichen
die jeweilige Umfangsfläche
der Räder 7, 8, 9, 10 über eine
solche Länge,
daß sie
den Durchtritt eines kontinuierlichen Gasstroms im wesentlichen
entlang des gesamten Außenmantels
der Umfangsfläche
der Räder 7, 8, 9, 10 ermöglichen.
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Die
eingeblasene Luft wird mit Hilfe eines Ventilators 25,
der vorteilhaft im unteren Teil des Kastens 15 angeordnet
ist, auf die Ausziehlippen hin geleitet: die aus der umgebenden
Atmosphäre
angesaugte Luft wird ins Innere des Kastens 15 eingeblasen,
wo sie um die Wellen, welche die Räder antreiben, zirkuliert,
bevor sie durch die Öffnungen 21, 22, 23, 24 austritt.
Im Verlauf ihrer Bahn im Kasten 15 von unten auf die Öffnungen 21, 22, 23, 24 hin
wird ihre Geschwindigkeit so vergleichmäßigt, daß die Geschwindigkeit der von
einer Öffnung
ausgegebenen Luft an ihr entlang nur um höchstens 10% variiert. Die Ausblasgeschwindigkeit
am Austritt einer Lippe variiert in Abhängigkeit von der Anordnung
des Blaskranzes je nach dem Raum, der im Kasten 15 um die
Wellen zur Verfügung
steht: sie ist maximal für den
unteren Blaskranz 20 und minimal für den höchsten Blaskranz 17.
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Diese
Vergleichmäßigung der
Geschwindigkeit der mittels Zirkulation um eine Welle eingeblasenen
Luft ermöglicht
es, das Ausziehen der Fasern auf dem zugeordneten Rad zu optimieren.
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Jede
Maschine 1, 2 kann des weiteren mit Einrichtungen 26 zum
Kühlen
der zwischen den Rädern 7, 8, 9, 10 befindlichen
Oberfläche,
insbesondere durch Umwälzung
von Wasser (Wassermanteltyp), ausgerüstet sein. Dank des relativ
großen
Freiraumes zwischen den Rädern
kann dieser Wassermantel einstückig
ausgebildet sein, so daß er
eine Kühlung
der gesamten Oberfläche
bewirkt.
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Bevorzugt
sind die Blaskränze 17, 18, 19, 20 so
ausgelegt, daß sie
bündig
mit der Oberfläche
der Fassade der Maschine 1, 2 abschließen, welche
die Räder 7, 8, 9, 10 trägt, wobei
diese Fassade gegebenenfalls aus dem Wassermantel 26 besteht.
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Der
Betrieb der Vorrichtung wird im nachfolgenden erläutert, wobei
eine Detailansicht des Betriebs einer Maschine in 3 gezeigt
ist.
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Beim
gleichzeitigen Gießen
eines Schmelzematerials wie etwa Basaltglas 30 auf das
erste Rad 7 einer jeden Maschine 1, 2 wird
das Material 30 auf dem Rad 7 beschleunigt, welches
es an das Rad 8 und in der Folge auf die Räder 9 und 10 weitergibt.
In erster Linie auf dem dritten und vierten Rad 9, 10,
jedoch zum Teil auch auf dem zweiten Rad 8, und in viel
geringerem Maße
auf dem ersten Rad 7, löst
sich ein Teil des von dem durch das Rad drehend angetriebenen Materials
von diesem in Form von Tröpfchen,
die unter der Einwirkung der Fliehkraft in Fasern umgeformt werden,
während
der übrige
Teil auf ein anderes Rad hin weitergegeben wird oder nach dem letzten
Rad in Form von Granalien abfällt.
Der Materialfluß von
einem Rad zum anderen verringert sich somit bei jedem Rad um die
Menge von gebildeten Fasern.
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Die
von jedem Rad gebildeten Fasern werden in Axialrichtung durch die
Ausziehluft ausgezogen, die aus den Lippen 21, 22, 23, 24 austritt,
wobei diese Luft zum Teil den Transport der Fasern auf das Ablageband 4 in
der Kammer 3 bewirkt, in der des weiteren eine Absaugung
von Luft in der gleichen Axialrichtung vorliegt.
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Auf
dem Band 4 werden die von den Maschinen 1 und 2 her
empfangenen Fasern in Form einer Bahn mit einer Dicke aufgefangen,
welche in Abhängigkeit
von dem Durchsatz von Schmelzematerial, der die Maschinen 1, 2 versorgt,
und der Antriebsgeschwindigkeit des Bandes 4 variiert.
Die Maschinen 1, 2 weisen des weiteren hier nicht
näher dargestellte und
an sich bekannte Einrichtungen zum Zuführen eines Bindemittels auf,
mit dem die Fasern untereinander zu einer Bahn verbunden werden
können.
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Wie
in 3 zu sehen ist, findet die Faserbildung erfindungsgemäß in erster
Linie im Mittelteil der Maschinen 1, 2 statt infolge
einer angepaßten
Bahn des Schmelzematerials 30, die ein zweifaches Abprallen
auf dem dritten Rad 9 bewirkt. Diese Bahn ist weiterhin
von Vorteil für
den Erhalt einer erhöhten Zerfaserungsausbeute.
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Diese
Bahn kann dadurch hergestellt werden, daß man das zweite Rad 8 mit
einer ausreichend hohen Geschwindigkeit drehen läßt, damit der Schmelzematerialstrahl
das dritte Rad an einer Auftreffstelle (bzw. in einer Auftreffzone)
trifft, die relativ nahe bei dem Scheitelpunkt des dritten Rades
liegt. Vorteilhafte Zerfaserungsbedingungen umfassen das drehende
Antreiben des zweiten Rades einer jeden Serie mit einer Geschwindigkeit
von mehr als oder gleich 6500 U/min bei einem Raddurchmesser von weniger
als oder gleich 240 mm.
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Das
Kühlen
der Oberfläche
zwischen den Rädern 7, 8, 9, 10 erlaubt
es, eine Ansammlung von heißem
Schmelzematerial durch Anhaften an der Fassade zu vermeiden: stattdessen
verfestigt sich das gegebenenfalls auf die Fassade abgeschleuderte
Schmelzematerial 30 durch Abkühlung und fällt unter seinem Eigengewicht
ab.
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Mit
einer Fassade, die solcherart permanent saubergehalten ist, bilden
die Maschinen 1, 2 Fasern, die über genügend Raum
um die Räder 7, 8, 9, 10 verfügen, um
sich als Fasertorus aufzuweiten, der koaxial mit dem Rad in Richtung
der Ablagekammer 3 ist.
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Gegebenenfalls,
wenn die Ausziehlippen 21, 22, 23, 24 mit
Schräglage
in den Blaskränzen 17, 18, 19, 20 ausgespart
sind, so daß sie
mit einem Winkel in der Größenordnung
von 10 bis 16° bezogen
auf die Drehachse der Räder
ausmünden,
kann die Ausziehluft auch zur Entwicklung eines großen Torus
beitragen. Darüber
hinaus vermeidet schräg
ausgeblasene Luft eine zu starke Abkühlung der Räder und ermöglicht eine Aufrechterhaltung
der Bedingungen beim Abschleudern der Fasern.
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Ausziehluftströme in Verbindung
mit einer Drehung der Räder
mit einer hohen Geschwindigkeit führen darüber hinaus zur Bildung von
Luftströmen, die
durch die freie Zirkulation von Luft zwischen den und um die Zerfaserungsmaschinen 1, 2 induziert werden.
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Die
konvergierende Orientierung der Maschinen 1, 2 in
Bezug auf die Richtung der Wände 5, 6 der
Ablagekammer 3 ermöglicht
es, dem Wandeffekt entgegenzuwirken, durch den der von einer Maschine
abgegebene Fasernstrom auf die Wand hin angesaugt wird infolge der
Einwirkung des Unterdrucks, der von den Gasstrahlen erzeugt wird,
die von den Gebläseeinrichtungen
entlang der Wände abgegeben
werden. Erfindungsgemäß konvergieren die
von den zwei benachbarten Maschinen abgegebenen eingeblasenen und
induzierten Luftströme, d.h.
sie treffen aufeinander und verbinden sich in dem zwischen den Maschinen 1, 2 gelegenen
Frontalbereich, entfernen sich merklich von den Wänden 5, 6,
und ergeben so verbesserte Bedingungen für das Ausziehen und den Transport
der Fasern.
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Die
auf dem Band 4 aufgefangene Faserbahn weist bei einer gleichförmigen Flächenmasse (Abwesenheit
von Löchern
oder Lücken
in der Bahn) einen guten Zusammenhalt auf.
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Der
Effekt der Orientierung der Maschinen 1, 2 auf
die Homogenität
der Zerfaserung wird durch 4 veranschaulicht.
In dieser Figur ist die Variation der Geschwindigkeitskomponente
der Gasströme auf
Höhe des
Bandes 4 in einer zur Achse des Bandes parallelen horizontalen
Richtung dargestellt, d.h. senkrecht zum Band, wenn sie als Funktion
der Breitenposition auf dem Band 4 geneigt ist.
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Diese
Geschwindigkeitsmessungen wurden mit einem Pitotrohr und einem Schraubenanemometer
an mehreren Transversalen T im Inneren der Ablagekammer in einem
Verhältnis
von 12 gleichmäßig über die
Breite des Bandes 4 verteilten Messungen vorgenommen.
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Dieses
Geschwindigkeitsprofil ist repräsentativ
für das
Geschwindigkeitsprofil der Elemente, die durch zentrifugales Abschleudern
von Zerfaserungsmaschinen ausgeworfen werden: das gleiche Profil wurde
nämlich
durch Messung der Geschwindigkeiten von Öltröpfchen erhalten, die in einem
gleichen Gasfluß vorhanden
sind, der durch ein Luftströmungsmodell
im Maßstab
von 1/8 bezogen auf eine industrielle Produktionslinie erzeugt wird,
wobei die Geschwindigkeitsmessungen in diesem Fall mittels eines
optischen Verfahrens durch Laser-Doppleranemometrie vorgenommen
wurden. Diese Messungen wurden mit dem UMR 6614 der Fa. CORIA durchgeführt. Diese
Messungen ergeben detaillierte zweidimensionale (2D-) Kartographien
der Geschwindigkeit an jedem Punkt der Ablage, aus denen sich eine
Kurve wie diejenige der 4 abtragen läßt.
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Diese
Kurve zeigt, daß das
Geschwindigkeitsprofil bei ungefähr
einem Viertel (1/4) der Breite des Bandes ein Maximum und bei ungefähr zwei
Drittel (2/3) der Breite des Bandes ein Minimum aufweist, wenn die
Maschinen mit ihren jeweiligen Hauptachsen streng parallel zur Achse
der Ablagelinie und zur Richtung der Wände der Kammer angeordnet sind, wobei
sich die Geschwindigkeit im letzten Drittel wieder erhöht. Dieses
Geschwindigkeitsprofil veranschaulicht den weiter oben erwähnten ausgeprägten Wandeffekt.
Des weiteren beträgt
die Variation der Geschwindigkeit zwischen dem Maximum und dem Minimum
höchstens
30%. Daraus resultiert, wie die industrielle Wirklichkeit bestätigt, ein
Produkt mit sehr ungleichförmiger
Flächenmasse,
das bei einem schwachen Zusammenhalt eine große Anzahl von Löchern aufweist.
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Wenn
die Maschinen hingegen so angeordnet sind, daß die Gasströme konvergent
gemacht sind, so ist ein Geschwindigkeitsprofil mit sehr verschiedenen
Variationen zu beobachten: zwei Maxima bei ungefähr einem Drittel (1/3) und
zwei Drittel (2/3) der Ablagebreite, ein Minimum ungefähr bei der
Hälfte
der Breite der Ablage, wobei die Variation der Geschwindigkeit zwischen
diesen Extrema in der Größenordnung
von nur 10% liegt. Dank der sehr geringen Variation der Geschwindigkeiten über ca.
60% der Ablagebreite ist die hergestellte Faserbahn sehr homogen,
und das Produkt besitzt sehr zufriedenstellende Eigenschaften.
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Die
Erfindung wurde vorliegend im besonderen für den Fall einer Ablagekammer
mit parallelen Wänden
beschrieben. Sie findet auch auf Anlagen mit einer davon verschiedenen
Gestaltung Anwendung, wobei dann die Orientierung der Zerfaserungsmaschinen
gemäß den neuen
Bedingungen modifiziert ist, um das gewünschte Geschwindigkeitsprofil zu
erhalten. Eine Untersuchung an einem Luftströmungsmodell gemäß der obenstehenden
Beschreibung gestattet vorteilhaft eine Bestimmung der jeweils geeigneten
Anordnung.