DE7333863U - Stabilisierungs- und Vorherdbehälter für die kontinuierliche Herstellung von Glasfasersträngen - Google Patents

Description

PATESiTANWALT

DIPL-INQ. H. J. HÜBNER

D-896Kempten, Lindauer Str. 32, Ruf 23291

28.12.1973

Aktenzeichen: G 73 53 Anmelder: FERkO CORPORATION, 1 Erieview Plaza, Cleveland/USA Anwaltsakte: X 7o3

Einrichtung zur Herstellung von Glasfasersträngen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Glasfasersträngen.

Verschiedene Einrichtungen sind zur Behandlung von Glas bekannt, um verdünnte Fäden oder Fasern herzustellen, die zur Verstärkung verschiedener duroplastischer Harze bei der LiI-dung nützlüier Gegenstände dienen.

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So ist ep bekannt, ein Glassemenge in einem ziemlich großen Glasschmelzofen zu schmelzen, das Glas in einer Läuterkammer zu läutern, welche iait dem Glasschmelzofen verbunden ist und dann das Glas in kugelförmige Körper oder sogenannte Marbels zu verformen, die dann auf Raumtemperatur abgekühlt werden.

Diese Glaskugeln wurden dann später einem Strahlzuführer übergeben, der elektrisch beheizt wurde, um die Glaskugeln auf eine Viskosität wieder aufzuschmelzen, bei v/elcher Glasstrahlen durch Öffnungen im Strahlzuführer ausgegeben werden konnten, wonach die Strahlen in Fadenform überführt wurden, die dann auf einer schnell rotierenden Ziehrolle zusammengeführt und gesammelt wurden.

Diese Einrichtung war kostspielig wegen der Spazielapparaturen zur Behandlung und dem Zuführen der Glaskugeln und wegen des notwendigerweise hohen Verbrauches an elektrischer Energie zum Wiederaufschmelzen der Kugeln, nachdem sie auf Raumtemperatur abgekühlt v/aren.

Neuerdings ist schon vorgeschlagen worden, das Glasgemenge in den geschmolzenen Zustand umzuwandeln und in einem geeigneten Ofen zu läutern, wonach das geschmolzene Glas direkt aus dem Glasschmelzofen durch einen Vorschmelzkanal fließt, dessen Boden mit einer Reihe Strahlenzufuhrer versehen ist, die das geschmolzene Glas direkt aus dem Vorschmelzraum er-

hielten, um das Glas in Fäden zu verwandeln und dann zu einem Strang zusammenzufassen.

Hierin besteht schon eine wesentliche Verbesserung, da die Kugelbildung und das Wiederaufschmelzen vermieden werden konnten, was eine große Ersparnis bedeutete.

Trotzdem sind die Kosten des ersten Schmelzvorganges der Materiaisn des Rohglasgemenges und der Umwandlung in die Schmelze insofern noch sehr hoch, weil zusätzlich zu der ,erforderlichen Wärme für das Schmelzen des Glases und die Aufrechterhaltung des geschmolzenen Zustandes auch noch die gewaltige Wärmezufuhr benötigt wurde, um gerade die Temperatur des üblichen gewölbeartigen Glasschmelzofens mit seinem massiven, feuerfesten Oberbau und seiner höhlenartigen Umgebungsatmosphäre oberhalb des relativ flachen Glasschmelzbades aufrecht zu erhalten. Der schlechte Wirkungsgrad ergab sich durch enorme Wärmeverluste längs des Feuerzuges als Folge der Turbulenz, die von Reihen Hochdruckbrennern hervorgerufen wurde, welche direkt in die Ofenatmosphäre arbeiteten.

Es bestand daher seit langer Zeit ein Bedürfnis nach einer Einrichtung zum Schmelzen der Rohglasmengenmaterialien, um diesen Schmelzvorgang schnell und mit gutem Wirkungsgrad in einer vergleichsweise kleinen begrenzten Schmelzzone durchzuführen, unter Vermeidung des bisher beim Direkt-Schmelz-

Vorgang verwendeten, ir.jt geringem Wirkungsgrad arbeitenden massigen Glasschmelzofens.

Der allgemeine I\ieuerungsgedanke besteht daher in einer El ktorschmelzeinrichtung zur Direkt-Umwandlung der Glasfaseri'.ohgemengematerialien in den Verstärkungsstrang.

Elektroöfen zur Herstellung verschiedener Glas- und Keraraikmaterialien sind seit Jahren bekannt. Aufgrund der Eigenart des Elektroschmelzens arbeiten diese Ofen jedoch bei extrem hoh2n Temperaturen, und zv/ar weit über den Temperaturen, die normalerweise zum Gehpelzen von handelsüblichem Glas verwendet werden. Nach de:··; früheren Direkt-Schmelzsystem, bei dem "Pas in einem Glasschmelzofen geschmolzen und dann direkt Büchsen zugeführt wurde, v/urden die öfen normalerweise bei einer i'laximal-Temperatur von 1.43o ⁰C mit einer Temperaturerniedrigung von etwa 15O⁰G, also etwa 1.280⁰C bis zur Fadenbildungsstelle betrieoen.

Für den Fachmann ergibt sich, daß das Elektroschmelzen für ein Direkt-Schmelzprogramm aus dem Grund absolut ungeeignet sei/i mußte, als die unterhalb eines elektrischen Hafenofens abgegebene Glasschmelze, aufgrund des relativ schnellen, sogar lief bigen Schmelzens und des "Kurzzeit-Erweichens" ganz gasförmig, turbulent und relativ ungeläutert und somit praktisch ungeeignet zur Fadenbildung hätte sein müssen, weil das Vorhandensein von nicht reagiertem Rohgemenge, Blasen usw.

eine kontinuierliche leistungsfähige Fadenbildung unmöglich Machen, würde.

Bekanntermaßen sind die Erfordernisse für das in Fasern umzuwandelnde Glas absolute Homogenität und hohe chemische und physikalische Gleichförmigkeit und Konsistenz. Im allegemeinen wird Glas derjenigen Art, die bei der Herstellung von Glasfasersträngen verwendet wird, als erheblich "anspruchsvoller" angesehen, als die gröberen Formen von fasrigem Glas oder fasrigen keramischen Materialien, wie sie zu Isolierzwecken verwendet werden, für welche sich das Elektroschmelzen eher eignen könnte. In diesem Hinblick ist das Elektroschmelzen gewisser feuerfester Materialien zur Herstellung von Steinwolle schon angewendet worden, aber die Gleichförmigkeit und die Homogenität des Endproduktes sind nicht annähernd so kritisch wie bei Glas, das zur Faserbildung für die Verstärkung duroplastischer Harze bestimmt ist.

Der Neuerung liegt der Gedanke zugrunde, daß Glas zur direkten Facerbildung erfolgreich geschmolzen werden kann unter Verwendung eines Elektrodenwiderstandsofens, trotz der Tatsache, daß ein derartiger Ofen Glas ziemlich heftig, turbulent und in einem örtlich extrem begrenzten Bereich bei extremen Temperaturen bis nahezu 2.2oo°C schmilzt, ohne praktisch die Gelegenheit zum Läutern oder "Erweichen" zu haben, verglichen mit dem eher gemächlichen Schmelzen und Läutern, das die bisher verwendeten langen und raumaufwendigen Glasschmelzofen erlaubten.

Die Neuerung besteht somit in einer Einrichtung zur Herstellung von Glasfasersträngen und ist dadurchgekennzeichnol, daß benachbart oineu, mit Auslaßdüsen für die Glasfaserstränge versehenen Vorherdbehälters ein Stabilisierungsbehälter aus feuerfestem Material angeordnet ist, dessen Auslaßöffnung mit der Einlaßöffnung des Vorherdbehälters verbunden ist, daß der Stabilisierungsbehälter eine, seinem Auslaßende gegenüberliegende Einlaßöffnung für den, aus einem vom Stabilisierungsbehälter unabhängigen Elektrodenwiderstandsofen kommenden kontinuierlichen Glasschmelzstrom aufweist, und daß der Stabilisierungsbehälter eine Heizvorrichtung auf v/eist, die auf eine Stabilisierungstemperatur der Glasschmelze eingestellt ist, welche oberhalb der Temperatur der Schmelze im Vorherdbehälter liegt.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, sei die Neuerung näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaubild mit den Teilen der neuen Vorrichtung und

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig.1 mit Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zum Abziehen von Fasern oder Fäden, um daraus einen Strang zu bilden.

Gemäß Fig. 1 ist eine Rutsche 1 vorgesehen, die mit einer herkömmlichen Vorratsquelle eines pulvrigen Rohglasmaterialgemenges verbunden ist und kontinuierlich Rohglasmaterial einem

elektrischen Widerstandsofen 3 zuführt.

Auf Wunsch kann unter Verwendung von verschiedenen biegsamen Führungseinrichbungen die Rutsche 1 um den inneren Umfang des Ofens 3 gedreht v/erden, um damit sogar das Rohmaterialgemenge kontinuierlich um den inneren Umfang des Ofens 3 herum mit vorgegebenem Mengendurchsatz pro Zeiteinheit zu verteilen.

Alternativ können auch rotierende Abstreicheinrichtungen verwendet werden, um den geeigneten Oberflächenspiegel des Rohgemenges im Oberteil des Ofens 3 kontinuierlich aufrecht zu erhalten, wobei dieses Rohgemenge gleichzeitig als Wärmeisolierung zur Herabsetzung des Wärmeverlustes aus dem Schmelzofen dient.

Die Einrichtungen zur Verteilung von Rohglasmaterialgemenge in den Ofen 3 sind jedoch von der jeweiligen Wahl abhängig und bilden somit keinen wesentlichen Teil der Neuerung.

Rohmengenmaterialien werden kontinuierlich im Ofen 3 bei einer Temperatur zwischen etwa 1.93o°C und 2»2oo°6 geschmolzen. Ein sich daraus ergebender ständiger Strom 4 von geschmolzenem Glas wird itntinuierlich vom Boden des Ofens 3 ausgegeben, un:l zwar hat dieses Glas an der Austrittsstelle eine Temperatur von etwa i.6oo°C bis 1.71o°C.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das geschmolzene Glas 4- Kontinuierlich auf einer geneigten, wärmebeständigen Führungseinrichtung 5, vorzugsweise aus Platin abgegeben, von welcher das Glas durch Schwerkraft direkt in einen Stabilisierungsbehälter 6 fließt.

Der Stabilisierungcbehälter 6 ist vorzugsweise von rechteckförmiger, kanalartiger Konstruktion und besteht aus feuerfestem Material und seine Temperatur wird auf einem Wert von etwa 1.26o°C bis '1.A-So⁰C gehalten und auf dem jeweiligen Tempemturwert durch herkömmliche Brennstoffbrenner 7 stabilisiert, die entweder in der Kanalkrone oder, wie in der Zeichnung dargestellt, längs der Kanalr.eit3n angeordnet sind.

Vom £.tabilisierungskanal 5 läuft das geschmolzene Glas kontinuierlich unterhalb einer Abstreichwand 8 hindurch, in einen Vorherdbehälter 9, durch herkömmliche Brennstoff-Brenner 1o, die entweder in der Krone oder an den Seiten angeordnet sind, v/o Temperaturen aufrecht erhalten .werden, die der Temperatur der FaserDildung bzw. Fadenbildung von Glas entsprechen oder etwa 1.2oo°C bis etwa 1.3^o°C betragen.

Elektrisch beheizte Auslaßdüsen 11, die mit elektrischen Klemmen 12 versehen sina, erhalten kontinuierlich geschmolzenes Glas aus dem Vorherdbehälte. ·.

In Figur 2 ist das Glasschmelzbad 4 im Vorherdbehälter 9 dargestellt, wobei die Auslaßdüsen 11 darunter angeordnet sind.

Fasern bzw. Fäden 13 werden aus einer Vielzahl Öffnungen 14 im Boden der Auslaßdüsen 11 abgezogen, über eine die Größe bestimmende V/alzeneinrichtung 15 geführt, am Punkt 16 zu einem Strang 17 zusammengefaßt und auf einer Spannpatrone 18 gesammelt, die als Hülse auf einer schnell rotierenden Aufwickeltrommel 19 gehaltert ist. Der Strang 17 wird gleichmäßig während des Aufwickelvorganges durch eine Traversiereinrichtung 2o hin- und herbewegt.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen Einrichtung wird die Temperatur des Glases im Stabilisierungsbehälter 6 immer auf eine Temperatur stabilisiert und dann aufrecht erhalten, die etwa 55°C höher als die Abzugstemperatur liegt, welche im Vorherdbehälter 9 herrscht.

Die optimale Tiefe des Glasstromes im Stabilisierungsbehälter 6 liegt in einem Bereich zwischen 15 cm und 25 cm, wobei die Tiefe des Glases i:n daran anschließenden Vorherdbehälter bei etwa 7,o cm bis 8,ο cm aufrecht erhalten wird. Die Tiefe des Glases im Stabilisierungsbehälter soll also etwa doppelt so groß wie die des Glases im Vorherdbehälter sein.

Durch leichte Verstellungen der Temperatur an verschiedenen Stationen und / oder Verstellung des Spaltes zwischen dem

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Boden der Abstreichwand 8 und dem Boden des S⁺.abilisierungsbehälters und desjenigen des Vorherdbehälters können die relativen Oberi'lächenspiegel des Glases in diesen Behältern auf der gewünschten Größe gehalten werden.

Claims (4)

16. April 1974 Aktenzeichen: G 73 33 863.3 Anmelder: Ferro Corp. Anwaltsakte: X 703 Schutzansprüche

1. Stabilisierungs- und Vorherdbehälter für die kontinuierliche Herstellung von Glasfasersträngen, dadurch gekennzeichnet, daß benachb&rt des, mit Auslaßdüsen (11) für die Glasfaserstränge versehenen Vorherdbehäl*ers (9) der Stabilisierungsbehälter (6) aus feuerfestem Material angeordnet ist, daß die beiden Behälter (6,9) eine bauliche Einheit bilden, daß die Auslaßöffnung des Stabilisierungsbehälters mit der Einlaßöffnung des Vorherdbahälters verbunden ist, daß der Stabilisierungsbehälter (6) eine, seinem Auslaßende gegenüberliegende Einlaßöffnung für den, aus einem vom Stabilisierungsbehälter unabhängigen Elektrodenwiderstandsofen kommenden kontinuierlichen Glasschmelzstrom aufweist, und daß der Stabilisierungsbehälter (6) und der Vorherdbehälter (9) je eine Heizvorrichtung aufweisen.

2. Stabilisierungs- und Vorherdbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung des Stabilisierungsbehälters (6) gleichzeitig die Einlaßöffnung des Vorherdbehälters (9) ist.

3. Stabilisierungs- und Vorherdbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungskanal zwischen dem Stabilisierungsbehälter ® und dem Vorherdbehälter (9) eine Prallwand (8) vorgesehen ist, deren untere Kante mit dem Boden des Strömungskanals zur Bildung eines Rückstaus dsr Glasschmelze gegenüber dem Vorherd einen Durchtrittsspalt begrenzt.

4. Stabilisierungs- und Vorherdbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand zur Verstellung der lichten Höhe des Durchtrittsspaltes bewegbar angeordnet ist.

73338S3-5.9.74