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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen feiner Fäden aus Quarzglas
| =- E,s ist bisher - noch .nicht gelungen, feine |
| Fäden: aus - Quarzglas :wirtschaftlich und in |
| technischem. Mäßstabe herzustellen. Das für |
| Glas schon lange bekannte Verfahren,- Fäden |
| von einem am Ende erhitzten Glasstabe_ abzu- |
| ziehen und auf eine Trommel aufzuwickeln, |
| auf die Erzeugung. von Quarzfäden übertra- |
| gen, hat den Nachteil, daß- die gewonnene |
| Menge um-sä kleiner ist, je feiner die Fäden |
| werden, und daß -die feinen Fäden während des |
| Abziehens - un,d :auch nachher -leicht- reißen. |
| Noch . unwirtschaftlicher ist es, 'grobe Fäden |
| von der Seite in- eine heiße Gasflamme höher |
| Geschwindigkeit, z. B. - eine. Stichflamme, ein- |
| zuführen, in der sie erweichen- und-.. zu :feinen |
| Fäden ausgezogen werden. .Auf diese, Weise |
| sind bisher nur. einzelne - Fäden- für phgsi- |
| kalische Zwecke'.geivonnen'-worden,. ilie .siel |
| noch- _1,vesentlich : teurer -als 'Gö1.d:atellenT -att= |
| mal -das Erzeugnis einen außerordentlich gro- |
| ßen Anteil von dicken Fadenenden enthält. An |
| dieser Sachlage wird auch durch den Vor= |
| schlag nichts geändert, zwecks Erhöhung des |
| Zugvermögens der Fäden auf diese unmittel- |
| bar nachdem Verlassen des erweichten Endes |
| des die Fadenmasse liefernden Stabes einen |
| abkühlenden Luftzug einwirken zu lassen. |
| Auch -der Vorschlag, einen- heißen Damgf- |
| ader Luftstrahl auf= eine heißflüssige Schmelze |
| von Quarz einwirken zu lassen, gestattet-nicht |
| die Herstell_ ung von Quarzwolle in technischem |
| Maßstab. ' . _ .. |
| . -Man hat weiterhin schon vorgeschlagen, |
| Überzüge Und # Deckschichten aus Glas öder |
| Quarz @. .herzustellen, -_ indem man - Stäbe- aus |
| Quarz- oder Glas :ih eine -Vörrichtühg; die als |
| Metallspritzpisfole-alIgemein bekannt ist, ein- |
| bra'ehte@-=Vtin-ändei-er "Seite wurde JedocFr-dai#= |
auf hingewiesen, daß beim Ersatz der Metalldrähte in der Spritzpistole
durch Glasstengel von 2,5 mm Durchmesser nicht flberzüge aus Glas, sondern Glasfäden
erhalten werden. Dieses Verfahren hat wegen seiner Unwirtschaftlichkeit jedoch keinen
Eingang in die Technik gefunden, obwohl die gewöhnlichen Gläser erheblich niedriger
als Quarz schmelzen; eine Übertragung auf Quarz scheidet also erst recht als zumindest
unwirtschaftlich aus.
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Die Aufgabe, feine Fäden aus Gläsern zu erzeugen, wird vielmehr in
der Praxis auf anderem Wege gelöst, beispielsweise indem man geschmolzenes Glas
aus einem Behälter ausströmen läßt und der Einwirkung eines unter Druck auftretenden
strömenden Miaels derart aussetzt, daß das strömende Mittel in Richtung des Gasstrahles
auf diesen einwirkt. Auch dieses Verfahren ist zum Erzeugen von Quarzwolle in großem
technischem Umfang praktisch nicht brauchbar; Quarz läßt sich nicht auf die für
dieses Verfahren erforderliche Dünnflüssigkeit bringen; außerdem ist das Temperaturintervall,
in dem das Quarzglas plastisch verarbeitbar ist, weit kleiner als bei Glas.
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Die vorliegende Erfindung löst nun die Aufgabe, feine Fäden aus Quarzglas
in technischem Maßstabe herzustellen. Nach dem neuen Verfahren werden feine Fäden
aus Quarzglas dadurch gewonnen, daß ein grober Quarzfaden, der sich auf einer Temperatur
unterhalb des Erweichungspunktes befindet, einer heißen, möglichst langen Gas-Sauerstoff-Flamme,
z. B. Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, so zugeführt wird, daß er in das hintere Ende
der Flamme in Richtung der Flammgase eintritt und durch die Flamme zu einem feinen
Faden ausgezogen wird.
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Bei dem neuen Verfahren wird also am hinteren Ende der Flamme ein
grober Faden aus Quarzglas zugeführt. Unter Faden ist hierbei im üblichen Sinne
ein Erzeugnis zu verstehen, dessen Durchmesser so klein ist, daß es sich beispielsweise
noch auf einer Trommel aufwickeln läßt; der Durchmesser liegt also unterhalb eines
Millimeters und beträgt vorzugsweise einige Zehntel Millimeter.
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Bei dem neuen Verfahren übernimmt die Flamme gleichzeitig die Aufgabe
des Erweichens und des Ziehens des Quarzfadens. Die Anordnung eines Luftmantels
um die Flamme ist also überflüssig, zumal hierdurch die Flamme nur unnötig abgekühlt
und ein nutzloser Gasverbrauch verursacht wird. Immerhin kann man, wenn man nach
der neuen Anweisung auf die entsprechend hohe Temperatur der Flamme und das Einführen
der groben Fäden (nicht Stäbe oder Stengel) in das hintere Ende der Flamme achtet,
noch Quarzfäden erhalten; diese weisen dann aber nicht mehr die für viele Anwendungen
vorteilhafte wollförmige Form auf, wie die ohne Luftmantel erzeugten Fäden, sondern
eine glatte Struktur, durch die der Raum weit weniger gleichmäßig erfüllt wird als
durch die wollige Form.
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Eine beispielsweise Anordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens
stellt der in Abb. i wiedergegebene Brenner dar. Dieser wird mit einem Gemisch von
Brenngasen i und Sauerstoff 2 gespeist, deren Verwendung zur Verarbeitung von Gegenständen
aus Quarz grundsätzlich bekannt ist, beispielsweise auch in Verbindung mit der Verwendung
von speziellen Brennerkonstruktionen, z. B. Ringdüsen, die eine kegelförmige Flamme
erzeugen. Das Brenngasgemisch muß nun zur Durchführung der Erfindung einen Gasstrahl
von hoher Geschwindigkeit und besonderer Länge liefern. In die Austrittsdüse 3 ist
ein enges, am Eingang trichterförmig erweitertes Rohr 4. eingesetzt, durch das der
grobe Quarzfaden 5 der Flamme 6 in der Achse und in Richtung der Gasströmung zugeführt
wird. Er schmilzt kurz hinter der Düse, wird durch die heißen Gase mitgenommen und
zu feinen Fäden ausgezogen, die in geringer Entfernung aufgefangen werden.
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Die Zuführung des groben Fadens am hinteren Ende der Flamme ist eine
wesentliche Voraussetzung für das wirtschaftliche Erzeugen größerer Mengen von feinen
Fäden, insbesondere in Form von Wolle. Bei seitlicher Zuführung muß nicht nur die
Führunb, sondern auch die Geschwindigkeit des Fadens aufmerksam überwacht werden,
da sie der Fadenstärke angepaßt werden muß; auch ein automatischer Vorschub würde
dabei keine Vorteile bringen, weil der Faden bereits bei geringfügiger Stärkezunahme
nicht rasch genug abschmilzt, aus der Flamme heraustritt und den Spinnvorgang unterbricht.
Bei dem neuen Verfahren treten derartige Störungen nicht auf. Der Faden bleibt unabhängig
von seiner Stärke in der Mitte der Flamme. Wenn er stärker wird, rückt lediglich
die Stelle, an der er schmilzt, etwas weiter von der Düse ab, während die feinen
Fäden ununterbrochen weiter abgezogen werden. Man kann also den groben Faden stetig
zuführen; das Verfahren läßt sich stundenlang selbsttätig durchführen. Im Gegensatz
zum Trommelspinnverfahren zur Herstellung von Glasfäden, bei dem Unregelmäßigkeiten
zum Abreißen des Fadens führen, so daß von neuem angesponnen werden muß, verursachen
bei dem Verfahren der Erfindung verhältnismäßig grobe Fehler im groben Quarzfaden
keine Störung, da in solchen Fällen der feine Faden zwar abreißen kann, aber infolge
des Vorschubes des
groben Fadens sich von selbst wieder anspinnt.
Deshalb müssen bei dem neuen Verfahren zur Herstellung von Quarzfäden an das Ausgangsmaterial
bei weitem nicht die hohen Anforderungen gestellt werden wie bei dem Trommelspinnverfahren
zur Herstellung von Glasfäden. Es ist bei dem neuen Verfahren zum Erzeugen .der
Quarzfäden wesentlich, daß das Schmelzen des Quarzes und Ausziehen zu feinen Fäden
an derselben Stelle stattfindet, nährend bei den bekannten Verfahren zur Herstellung
von Wolle aus den üblichen Gläsern das Schmelzen des Glases und das Ausziehen an
getrennten Stellen der Anordnung vorgenommen werden.
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Zum Erhitzen des groben Fadens benutzt man zweckmäßig ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gebläse,
das leicht eine. Flamme von großer Länge bildet. Dies ist wichtig, da der heiße
Gasstrom nicht nur den Faden schmelzen, sondern ihn auch auf einer möglichst großen
Strecke heiß halten und ausziehen soll. Vorteilhaft wird die Flamme deshalb durch
Führung zwischen Wänden oder in einem Rohr verlängert. Hierdurch wird gleichzeitig
der Wärmeverlust durch Ausstrahlung herabgesetzt. Das Rohr wird zweckmäßig durch
einen Längsschnitt geteilt, damit es bequem gereinigt werden kann. Zur Beruhigung
des Gasstrahles und damit auch zu seiner Verlängerung genügen bereits Klötze, die
dem Strahl von einer oder auch von zwei Seiten genähert werden. Zum Erzeugen eines
parallelen Gasstrahls von hoher Geschwindigkeit lassen sich auch konisch sich erweiternde
Düsen anwenden, die überschallgeschwindigkeit zulassen; sie müssen dicht an die
Austrittsdüsen des Brenners angesetzt werden.
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Das beschriebene Verfahren läßt sich unmittelbar an den Vorgang zum
Herstellen grober Fäden aus Quarzstäben anschließen, der an sich bekannt ist, beispielsweise
in der Form, daß ein Quarzstab fortlaufend auf einen erheblich dünneren Durchmesser
ausgezogen wird. Man braucht so keine auf Spulen gewickelten Vorräte, deren Verwendung
leicht zu Störungen' Veranlassung gibt.
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Die Abb.2 zeigt die grundsätzliche Anordnung des kombinierten Verfahrens.
Durch einen beliebigen Mechanismus wird ein Stab aus einem hochschmelzenden Stoff,
beispielsweise Quarz oder einem ähnlichen schwer schmelzbaren Glas, langsam und
gleichmäßig in der- Richtung des Pfeiles vorgeschoben. Die Flamme 8 oder ein Ofen
erweicht ihn, so daß ein grober Faden 5 abgezogen und dem gleichmäßig umlaufenden
Rollenpaar 9, i o zugeführt werden kann, das ihn erfaßt und durch den Schweißbrenner
i, 2, 3 der Flamme 6 zuführt. Diese erfaßt den groben Faden, schmilzt ihn und übt
eine solche Zugkraft auf ihn aus, daß er zu einem feinen Faden ausgeblasen wird,
der beispielsweise in Form außerordentlich leichter Wolle an einem Hindernis, z.
B. -einer Wand, aufgefangen wird. Die in Abb.,-> dargestellte Einrichtung zum Herstellen
der groben Fäden y, 8, 9, io ist insofern bemerkenswert, als die Zugkraft nicht
durch das Aufspulen der Fäden auf eine Trommel bewirkt wird, sondern durch ein Druckrollenpaar
9, 10, wodurch die Betriebssicherheit der Anordnung, die zweckmäßig durch Führungen
für die Fäden ergänzt wird, wesentlich gesteigert wird. Um den weichen Belag der
Druckrollen gegen Verbrennung zu schützen, läßt man den groben Faden durch ein Wasserbad
gehen oder durch einen Luftstrom kühlen, wenn man es nicht vorzieht, den Abstand
zwischen der Flamme 8 und dem Druckrollenpaar 9, io entsprechend groß zu wählen.
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Die Betriebssicherheit der in Abb.2 dargestellten Einrichtung ist
sehr groß; man kann eine größere Anzahl nebeneinander aufstellen und durch eine
einzige Person überwachen lassen. In diesem Falle rüstet man jede Einrichtung mit
den beiden Gebläseflammen aus, benutzt aber sowohl für den Vorschub der Quarzstäbe
als auch für den. Abzug der groben Fäden gemeinsame Hilfsmittel.
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Das beschriebene Verfahren zum Erzeugen feiner Quarzfäden läßt sich
auch auf dem Quarz ähnliche hochschmelzende Gläser anwenden, also Gläser, die neben
Kieselsäure nur geringe Mengen anderer Oxyde enthalten.