DE709177C - Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondere Quarz - Google Patents

Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondere Quarz

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DE709177C
DE709177C DEW102070D DEW0102070D DE709177C DE 709177 C DE709177 C DE 709177C DE W102070 D DEW102070 D DE W102070D DE W0102070 D DEW0102070 D DE W0102070D DE 709177 C DE709177 C DE 709177C
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DE
Germany
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pressure
melt
speed
temperature
spinning high
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Expired
Application number
DEW102070D
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English (en)
Inventor
Dr Franz Skaupy
Gustav J Weissenberg
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GUSTAV J WEISSENBERG
Original Assignee
GUSTAV J WEISSENBERG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Description

  • Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondere Quarz Es sind Verfahren zum Erzeugen von Fäden aus Quarzglas bekannt, bei welchen Quarz in einem Behälter geschmolzen wird und die zähflüssige Schmelze. unter Druck durch den mit Düsenöffnungen versehenen Boden herausquillt, von wo die herausquellenden zähen Quarznoppen erfaßt und als Fäden abgezogen werden. Diese und ähnliche Verfahren führen zu keinem praktischen Erfolg, da die Fäden sehr häufig abreißen bzw. sehr ungleichmäßig ausfallen. Stellt man auf eine bestimmte Abzugsgeschwindigkeit ein, so muß zwecks einwandfreien Betriebes der Vorrichtung -die Zähigkeit der Schmelze Bleichbleiben. Bei steigender Zähigkeit wird zu wenig Schmelze durch die Düsenöffnung nachfließen, der Faden immer dünner und dünner werden und schließlich abreißen. Beim Fallen der Zähigkeit (also beim Steigen derTemperatur) treten ebenfalls Störungen auf, da in diesem Fall mehr Schmelze nachgeliefert wird, als. beider festen, unverändertenAbzugsgeschwindigkeit und dem gewünschten Fadendurchmesser notwendig ist. Entweder wird dann.der Fadendurchmesser dicker oder es entstehen - bei plötzlichen starken Änderungen der Zähigkeit - sogenannte Fische (kurze, stark verstärkte Fadenteile). Die hochschmelzenden Oxyde, insbesondere Kieselsäure, besitzen dieEigenschaft, daß dieZähigkeit in .dem Temperaturbereich, in dem aus wirtschaftlichen Gründen gearbeitet werden muß, außerordentlich temperaturempfindlich ist. Man ist nun immer bestrebt, bei möglichst niedrigen Temperaturen zu arbeiten, aber gerade bei tiefen Temperaturen sind die Änderungen der Zähigkeit mit der Temperatur bedeutend. Dazu 'kommt noch, daß ebenfalls aus wirtschaftlichen Gründen die Düsenabmessungen, die Zähigkeit (Temperatur), der Druck und die Abzugsgeschwindigkeit selig genau aufeinander eingestellt werden müssen.
  • Es ist bereits bekannt, beim Ziehen von?. Quarzstangen oder -röhren aus einem Ofen.; die Einstellung auf eine vorgeschriebe Dicke dadurch zu ermöglichen, daß die Alb` zugsgeschwindigkeit gleich gehalten wird und nach :Maßgabe voll Beobachtungen die Temperatur des Ofens und damit der Zähigkeitsgrad der Schmelze auf eine Konstante eingestellt wird. Unter Zugrundelegung gleichbleibender Abzugsgeschwindigkeit gestattet dieses Verfahren, durch Einstellung derOfentemperatur beliebig wählbare Stangen- oder Röhrenstärken zti erzielen. Irgendeine selbsttätige Steuerung im Sinne eines Abhängigkeitsverhä ltnisses der maßgebenden Arbeitsbedingungen ist hier nichtoffenbart. Vielmehr erfolgt die Steuerung von Hand auf Grund der Erfahrung.
  • Das neueVerfahren überwindet diese Nachteile. Es bestellt darin, claß beim Erzeugen von Fäden derDruck. unter dein dieSchmelze aus denDüsenöffiiuiigeii austritt, dieTeinperatur der Schmelze und die Abzugsgeschwindigkeit (.= Spinngeschwindigkeit:) in wechselseitiger Abhängigkeit nach -Maßgabe der Poiseuilleschen Gleichung selbsttätig gesteuert werden. D-ese Steuerung kann sich auf einen, zwei oder alle drei Faktoren gleichzeitig erstrecken. Dabei wird vorzugsweise das Verhältnis von Druck zum Produkt aus Abzugsgeschwindigkeit mal Temperatur annähernd gleich gehalten.
  • Die Poiseuillesche Gleichung lautet für das sekundlich aus der Düse austretende Volumen an Schmelze und gilt für das Austreten einer beliebigen zähen Flüssigkeit durch eine Düse, wobei die Durchflußgeschwindigkeit unterhalb einer bestimmten Größe, der sogenannten Grenzgescliwindigkeit, liegen muß. Unterhalb die-_er Grenzgeschwindigkeit ist die Bewegung der Flüssigkeit durch die Düse wirbelfrei. Da im vorliegenden Fall die Durchflußgeschwindigkeit.äußerord entlichkleinist (beimSpinnen voll i lc-Fäden bei einem normalen Düsenradius voll 115 min ist die Durchflußgeschwindigkeit o # 5 # i o - 3 cin; Sek. bei der normalen Abzugsges(-lnz indigkeit voll ;ooo in hIin.), kann die Gleichung ohne weiteres verwendet «-erden.
  • In der Gleichung ist p der Druck auf die Flüssigkeit in g/cm°, h das austretende Voluinen an Material in r der Radius der Düse in cm, I die Länge der Düse in cm, ij die Zähigkeit in g/cm Sek. Zur Durchführung des neuen Verfahrens können verschiedene Maßnahmen getroffen werden.
  • In erster Annäherung wird die Temperatur chmelze von der zugeführten Wärmee abhängig sein (die Wärmeisolierung 3constant, so daß dieAbstrahl-oder Wärme-. Leitverluste nur eine Temperaturfunktion sind). Diese kann sich aus verschiedenen, bei elektrischer Beheizung nicht vom Netz abhängigen Gründen ändern. Vorausgesetzt sei eine gleichbleibende Netzspannung. . Da für die hohen Temperaturen hauptsächlich nur Kohle- oder Graphitheizkörper in Frage kommen (ganz gleichgültig, ob der Heizkörper als Widerstand geschaltet oder induktiv beheizt wird), so können Änderungen des elektrischen Widerstandes nicht vermieden werden (chemische Reaktionen mit,den umgebenden Medien, Gefügeänderungen usw.).
  • Im allgemeinen wird der Widerstand der Heizkörper immer steigen. Wenn nun eine gleichbleibende Spannung angelegt wird, muß die elektrische Leistung sich mit der Änderung des elektrischen Widerstandes auch ändern. Man kann nun so vorgehen, daß man auf gleichbleibenden Strom einstellt. Dabei gelangt man nur in erster Annäherung auf diegleicheLeistung. Es ist besser, dieLeistung selbst zu regeln. Im ersten Fall arbeitet man 1>eispi<,ls\%eise so, daß man ein Amperemeter über ein Relais mit einem Regelmotor derart kuppelt, daß beim Fallen des Stromes der Regelmotor einen Hauptregler (der beispielsweise auf einen Stufentransformator wirkt) . im Sinne von mehr Spannung beeinflußt und umgekehrt. Im zweiten Fall ersetzt man das Amperemeter durch ein Wattmeter.
  • Man kann aber auch durch das Ampere-oder Wattmeter über Relais oder sonstige Einrichtungen die Drehzahl der Ziehvorrichtung beeinflussen. Das Maß der notwendigen Beeinflussung ist aus dem Verhältnis gemäß Poiseuillescher Gleichung gegeben, wobei die sekundlich ausfließende Menge und die aus der Abzugsgeschwindigkeit gegebene sekundliche Menge in Übereinstimmung gebracht werden müssen.
  • Rein mechanisch bzw. elektrisch sind solche Regelungen bereits mehrfach gelöst, beispielsweise dadurch, daß der Wattmeterzeiger über einen Widerstand läuft, der im Nebenschluß zu dem Antriebsmotor liegt. Der Widerstand muß dann nur so gewickelt werden, daß sich für eine bestimmte Wattzahl gemäß vorstehender Überlegung eine bestimmte Drehzahl der, Ziehvorrichtung und damit eine bestimmte Ziehgeschwindigkeit ergibt.
  • Unter Umständen kann man .auch die eine noch freie Veränderliche in der Poiseuille- . scheu Gleichung steuern, nämlich den Druck, unter dem die Schmelze durch die Düsenöffnung quillt. Am einfachsten wird hierfür der Schmelzbehälter unter den Gasdruck z. B. einer Druckflasche mit Re-duzierventil gestellt. Da praktischerweise bei fast allen Verfahren Stickstoff als Spülgas verwendet wird, ist es zweckmäßig, den Schmelzbehälter unter dei Druck einer N2 Atmosphäre zu halten. Man kann dann so vorgehen, daß man mittels des Ampere- oder Wattmeters über Relais das Reduzierventil oder aber im gleichen Sinn den Querschnitt, durch den die Gase Wegströmen, steuert, und zwar bei fallender zugeführter elektrischer Leistung zu steigendem Druck und umgekehrt. Da man aus Festigkeitsgründen nicht über einen bestimmten Druck gehen kann, so empfiehlt es sich von 'einem gewissen Druck an, die bisher noch gleiche Abzugsgeschwindigkeit zu regeln.
  • Es sind natürlich noch mehrere Regelkombinationen möglich und vielleicht für den einen oder anderen Fall wirtschaftlich denkbar, z. B. durch gleichzeitiges Regeln auf konstanter Stromstärke und Druck usf., oder auch ein Regeln auf gleichbleibender elektrischerLeistung bis zu einerbestimmtenGrenze, dann Regelung des Druckes bis zu einer ebenfalls bestimmten Grenze und schließlich Regelung der Abzugsgeschwindigkeit. Dies z. B. dann, wenn eine verhältnismäßig engbegrenzte Transformatorleistung zur Verfügung steht. Aus Festigkeitsgründen wird man den Druolc nicht beliebig steigern, sondern nur bis zu einer bestimmten Grenze. Um ungestört weiterarbeiten zu können, kann man dann zuletzt noch die Abzugsgeschwindigkeit regeln, bis dieLei$tung unterhalb aderwirtschaftlichen Grenze fällt.
  • Bei den Ziehvorrichtungen für niedrig---schmelzende Oxyde, Gläser aller Art usw., bestehen diese Schwierigkeiten nicht, da diese Schmelzen sich in einem mehr oder minder dünnflüssigen Zustand befinden, bei welchem geringfügige, nicht vermeidbare Temperaturänderungen keine wesentlichen Änderungen in (der Zähigkeit hervorrufen können.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondereQuarz, in konstant gehaltenen Fädenstärken, bei welchen die zähflüssige Schmelze unter Druck aus Düsenöffnungen eines beheizten Schmelzbehälters austritt, dadurchgekennzeichnet, daß der Druck, unter dem die Schmelze aus den Düsenöffnungen austritt, die Temperatur der Schmelze und die Abzugsgeschwindigkeit in wechselseitiger Abhängigkeit nach Maßgabe der Poiseuilleschen . Gleichung selbsttätig gesteuert werden, wobei sich diese Steuerung auf einen, zwei oder alle drei Faktoren gleichzeitig erstrecken kann. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Druck zum Produkt aus Abzugsgeschwindigkeit mal Temperatur annähernd konstant gehalten wird.
DEW102070D 1937-10-13 1937-10-13 Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondere Quarz Expired DE709177C (de)

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NL86908D NL86908C (de) 1937-10-13
DEW102070D DE709177C (de) 1937-10-13 1937-10-13 Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondere Quarz

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DEW102070D DE709177C (de) 1937-10-13 1937-10-13 Verfahren zum Spinnen von hochschmelzenden Oxyden, insbesondere Quarz

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DE (1) DE709177C (de)
NL (1) NL86908C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE958149C (de) * 1954-03-19 1957-02-14 Didier Werke Ag Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen von hochkieselsaeurehaltigen Rohstoffen zu kleinstueckigem Quarzgut
DE1103479B (de) * 1954-07-26 1961-03-30 Gen Electric Elektrischer Rohrheizkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE958149C (de) * 1954-03-19 1957-02-14 Didier Werke Ag Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzen von hochkieselsaeurehaltigen Rohstoffen zu kleinstueckigem Quarzgut
DE1103479B (de) * 1954-07-26 1961-03-30 Gen Electric Elektrischer Rohrheizkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung

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