DE1041220B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glasfaeden - Google Patents

Description

Um Fasern und Fäden aus Glas zu bilden, ist es üblich, eine gewisse Menge Glas in einem Tiegel zu schmelzen und es durch kleine öffnungen austreten zu lassen, woraufhin die Fäden von sich außen an den öffnungen bildenden Kügelchen geschmolzenen Glases abgezogen werden,, wobei das Ziehen entweder mit mechanischen Mitteln oder durch die Verwendung eines Gasstromes oder durch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten durchgeführt wird.

Bei der Herstellung feiner Glasfaden sind strenge Vorschriften sowohl an das Glas selbst als auch an das verwendete Zubehör zu stellen. Zum Beispiel muß die Viskosität dieses Glases derart geregelt werden, daß das Glas durch alle auf Abstand stehenden Öffnungen des Tiegels mit gleichmäßiger Geschwindigkeit strömt. Die Regelung der Viskosität erfolgt durch Regelung der Temperatur, zu hohe Temperatur bewirkt geringe Viskosität und schnelles Ausfließen des Glases aus dem Tiegel, zu niedrige Temperatur bewirkt hohe Viskosität und ein »Anfrieren« des Glases an den öffnungen. Die Temperatur innerhalb des geschmolzenen Glases liegt bei der Herstellung von handelsüblichen Fäden im allgemeinen im Bereich von ungefähr 1100 bis 1370⁰C.

Es ist üblich, das Glas in einem Tiegel aus teuren Metallen oder Legierungen, wie z. B. Platin, Platinrhodium usw., zu schmelzen. Metalltiegel leiten die Wärme genügend, um einen im wesentlichen gleichmäßigen Temperaturzustand innerhalb einer Menge geschmolzenen Glases aufrechtzuerhalten. Insbesondere hat der metallische Boden des Tiegels gleichmäßige Temperatur, so daß das Glas, das durch die öffnungen im Boden austritt, verhältnismäßig leicht auf gleichmäßiger Temperatur und damit gleichmäßiger Viskosität gehalten werden kann. Allerdings haben diese Metalltiegel den Nachteil, daß sie in der Anschaffung und in der Instandhaltung teuer sind und darüber hinaus nur eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer besitzen. Weiter eignen sich Metalltiegel nicht für alle Glassorten, insbesondere nicht für bleihaltige Gläser.

Wegen dieser Nachteile der Metalltiegel hat man bereits versucht, Schmelz- und Abzugsbehälter aus dem wesentlich billigeren feuerfesten Ton herzustellen. Derartige Behälter können nach einer gewissen Zeit ohne Verlust fortgeworfen werden und sind zudem gegenüber fast allen Glasarten widerstandsfähig. So ist beispielsweise eine aus feuerfestem Ton bestehende Rinne bekannt, die von der Seite her beheizt wird und in ihrem verhältnismäßig dicken Boden mit Öffnungen zum Abziehen der Fäden versehen ist. Das Glas wird chargenweise in einen danebenliegenden Tiegel gebracht und dort geschmolzen, worauf es in die Rinne laufen kann. Bei dieser Anordnung läßt sich Verfahren und Vorrichtung
zur Herstellung von Glasfaden

Anmelder:

L. O. F. Glass Fibers Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. B. Wehr, Dipl.-Ing. H. Seiler,

Berlin-Grunewald, Lynarstr. 1,
und Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nürnberg, Patentanwälte

Dominick Labino, Maumee, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

keine gleichmäßige Temperatur im Glasvolumen und erst recht nicht in. den durch die öffnungen, austretenden Glasströmen erzielen, so daß sich wegen der unterschiedlichen Viskosität ungleichmäßige Fäden bilden müssen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Glasfaden aus einer verhältnismäßig geringen Menge geschmolzenen Glases abzuziehen, hierbei aber eine gute Qualität der Glasfäden zu erzielen, auch wenn diese sehr dünn sind. Diese Aufgabe soll ohne die Verwendung der teuren Metalltiegel, sondern unter Verwendung von Tiegeln aus feuerfestem Ton gelöst werden.

Erfindungsgemäß lassen sich erstmals Tiegel aus feuerfestem Ton bei der Glasfadenherstellung ohne die bisher bekannten Nachteile verwenden, wenn der Tiegelboden eine derartig geringe Stärke mit Bezug auf seine Breite besitzt, daß er bei der seitlichen Beheizung im gesamten Material etwa gleichmäßige Temperatur hat, und wenn der Schmelze intermittierend Glas in solcher Menge und in solchen Zeitabständen zugeführt wird, daß das abgezogene Material ersetzt wird und die Temperatur der Schmelze im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.

Feuerfester Ton ist an sich ein schlechterer Wärmeleiter als Metall. Wenn man jedoch erfindungsgemäß den Boden des Tiegels entsprechend dünn wählt, können sogar verhältnismäßig große Tiegel aus Ton verwendet werden, z. B. mit einem Durchmesser von 150 mm, bei denen trotzdem im gesamten Boden etwa die gleiche Temperatur herrscht.

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Beim Tontiegel ist es aber so gut wie ausgeschlossen, Glas von geringerer Temperatur, wenn es durch die öffnungen tritt, noch auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen, ohne daß das gleichmäßige Temperaturniveau im Bodenmaterial zerstört wird. Das Glas muß deshalb schon in der Schmelze eine gleichmäßige Temperatur haben, auch in der Mitte der Schmelze, wo es am weitesten von den beheizten Tiegelwänden entfernt ist. Diese gleichmäßige Glastemperatur trotz Glasnachschubes, der bei der verhältnismäßig geringen Glasmenge im Tiegel einen ziemlich großen Einfluß ausüben kann, läßt sich gemäß dem zweiten !Merkmal der Erfindung durch einen diskontinuierlichen Zusatz des Glases erzielen. Ein solcher intermittierender Zusatz läßt sich sehr leicht einregeln und erfordert auch nur eine einfache Apparatur. Die jeweilige Menge und die Zeitabstände beim Zusetzen sind leicht so zu wählen, daß die Temperaturschwankungen innerhalb der für Tontiegel verhältnismäßig kleinen Toleranz liegen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Tiegel mittels Brenngas beheizt und die intermittierend zugeführten Glasmengen durch die Abgase vor Einbringen in die Schmelze wenigstens teilweise geschmolzen werden.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einem Tiegel aus feuerfestem Ton, dessen mit mehreren Öffnungen zum Abziehen der Glasfaden versehener Boden eine derartig geringe Stärke mit Bezug auf seine Breite hat, daß er bei an sich bekannter seitlicher Beheizung im gesamten Material etwa gleichmäßige Temperatur besitzt, sowie durch eine Vorrichtung für die gesteuerte, nacheinander erfolgende Zuführung einzelner fester Glasstückchen.

Der Tiegel kann aus einer guten Porzellansorte, insbesondere aus Sillimanit, einem natürlich vorkommenden Aluminiumsilikat, oder auch aus Mullit bestehen.

Es empfiehlt sich, nicht nur den Boden, sondern auch die Seitenwände des Tiegels dünn zu wählen. Im Falle eines Sillimanittiegels hat sich eine Stärke des Bodens und der Seitenwände von etwa 4,5 mm als geeignet herausgestellt, um das Glas bei einer Temperatur von etwa 1100 bis 1370⁰C geschmolzen zu halten. Mullit ist ein besserer Wärmeleiter als Sillimanit, deshalb kann die Wandstärke etwas dicker gewählt werden, wodurch der Tiegel eine größere Festigkeit erhält.

Vorteilhafterweise umgibt den Tiegel ein Körper aus feuerfesten Material, dessen Boden einen Durchlaß aufweist, über dem der Tiegel gehalten ist, wobei der Tiegel zusammen mit dem feuerfesten Körper einen Raum begrenzt, in welchen eine Brenngaszuführung hinein- und aus welchem eine Abgasabführung herausgeht. Abgesehen von der günstigen Beheizungsmöglichkeit bietet diese Umhüllung auch einen guten Schutz für den Tontiegel. Die von den \^erbrennungsgasen an den Tiegelseitenwänden erzeugte Temperatur richtet sich nach den verwendeten Glassorten.; bei den normalen handelsüblichen Sorten beträgt sie 1650 bis 1925° C. Sie kann, abhängig von der verwendeten Glassorte, auch niedriger sein, sollte jedoch wenigstens weit über 100° C über dem Erweichungspunkt des Glases liegen.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung liegt in dem niedrigen Herstellungspreis des Tiegels, der nach bekannten Verfahren hergestellt werden kann,, z. B. durch einfaches Gießen oder Verwendung einer wäßrigen Aufschlämmung oder Suspension des feuerfesten Tonmaterials und Gießen desselben in eine offene Gipsform, wobei sich der Ton niederschlägt und das Wasser absorbiert wird. Die Dicke der Wandung kann genau durch Bemessung der Niederschlagszeit festgelegt werden.

S Wenn der frische Tiegel dann genug abgetrocknet ist, wird er bei ansteigender Temperatur gebrannt, so daß er nach einigen Stunden bei Rotglut und etwa 1400 bis 1500⁰C fertiggestellt wird. Dabei entsteht ein harter Tiegel niedriger Porosität. Alsdann wird ίο in den Boden, der konische, zylindrische oder rechteckige Form haben kann, die gewünschte Zahl von Öffnungen gebohrt.

Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, daß, wenn dieses gewünscht wird und wenn bleihaltige Glassorten nicht in Frage kommen, der Tontiegel so konstruiert und eingerichtet sein kann, daß er in seinen öffnungen. Metallnippel etwa aus Platin aufnehmen kann; diese Nippel ermöglichen einen etwas größeren Tropfen geschmolzenen Glases am Ausgang der Öffnungen, als bei vielen feuerfesten Tonen allein, erreichbar ist. Somit sind die Vorteile der Tiegel aus Platin und Platinlegierungen mit den erfindungsgemäßen Tiegeln bei weit verminderten Kosten erreichbar.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, zum Teil im Schnitt, wie eine Rohglaskugel in den Tiegel eingebracht wird;

Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig.l;

Fig. 3 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tiegels;

Fig. 4 ist ein Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ist ein eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellender Querschnitt;

Fig. 6 ist eine vergrößerte Ansicht und zum Teil ein Schnitt eines metallischen Einsatzstückes zur Verwendung in einem Tiegel einer Konstruktion nach Fig. 5;

Fig. 7 ist ein senkrechter Schnitt, der die Anordnung des Tiegels und des umgebenden feuerfesten Materials darstellt, wobei der Tiegel rechteckige Form hat;

Fig. 8 ist eine Bodenansicht der in Fig. 7 dargestellten Konstruktion;

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die für die Bildung feiner, gleichmäßiger Fäden besonders brauchbar ist;

Fig. 10 ist ein Aufriß der Konstruktion nach Fig. 9;

Fig. 11 ist ein Querschnitt der Vorrichtung und zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Tiegels und des umgebenden feuerfesten Körpers, wobei Induktionserwärmung zum Erhitzen einer speziellen Fläche des Glases in dem Tiegel verwendet wird;

Fig. 12 ist ein Querschnitt längs der Linie 13-13 in Fig. 11, wobei Glas in dem Tiegel nicht enthalten ist, und

Fig. 13, 14 und 15 zeigen weitere Ausführungsformen der Tiegelkonstruktion gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von

geblasenen Glasfasern gezeigt. Diese Vorrichtung umfaßt bei 1 einen Körper aus feuerfestem Material, welcher von einem haltenden Metallgehäuse 3 umgeben ist und der selbst in seiner Mitte bei einer öffnung in dem unteren Ende oder seinem Boden einen konischen Tiegel 5, vorzugsweise aus Sillimanit, trägt. Der feuer-

7T fester Körper 1 ist mit Einlaßöffnungen 7 für den

Durchgang von Brenngasen zu einer Verbrennungskammer 9 versehen, die durch den oberen Teil des Tiegels 5 und den feuerfesten Körper 1 begrenzt ist.

Der Tiegel 5 hat eine dünne Seitenwand und ebensolchen Boden mit einer Stärke von je ungefähr 4,5 mm; der Durchmesser oder die Breite am Spiegel 17 der Glasschmelze beträgt ungefähr 125 mm, der Durchmesser oder die Breite am Boden ungefähr 75 mm, und die Höhe vom Boden bis zum Spiegel der Glasschmelze beträgt ungefähr 125 mm. Obwohl das Volumen des Tiegels klein ist, ist es doch für die gewerbliche Herstellung von Fäden ausreichend, und in diesem und einem kleineren Volumen können die für diese Produktion erforderlichen Temperatur- undViskosiitätsregelungen, wie hier weiter beschrieben wird, bequem erzielt werden. Es muß auch bemerkt werden, daß, solange das Volumen verhältnismäßig klein gehalten wird, die Form des Tiegels je nach Wunsch zylindrisch, becherförmig oder rechteckig sein kann·.

Dk Tiegelwände und der Boden in der angeführten Stärke leiten die Wärme gut genug und sind stark genug, um das Gewicht des geschmolzenen Glases leicht zu tragen, und vor allem ist solch ein Tiegel gegen Wärmesitöße widerstandsfähig und kann daher auf die Betriebstemperaturen in einem Zeitraum erwärmt werden, der mit denjenigen vergleichbar ist, welche mit Platintiegeln erreicht werden; beispielsweise kann der besonders beschriebene Tiegel auf die Betriebstemperatur in ungefähr 8 bis 10 Stunden gebracht werden, ohne daß Gefahr von Wärmesprüngen oder -rissen besteht.

Die Einlaßöffnungen 7 des feuerfesten Körpers 1 sind so angeordnet, daß die Verbrennungsgase zu den Seitenoberflächen des konischen Tiegels im wesentlichen in der Höhe des Flüssigkeitsniveaus 17 tangential gerichtet sind; das verbrennbare Gas ist vorzugsweise ein gewöhnliches Brenngas, beispielsweise Naturgas oder hergestelltes Brenngas, das in geeigneter Weise mit der richtigen Luftmenge in bekannten handelsüblichen Mischvorrichtungen gemischt worden ist, bevor es in die Leitung 7 eingeleitet wird. Die Gasmischung wird in die Verbrennungskammer 7 unter einem Druck von ungefähr 0,14 bis 0,50 kg/cm² eingeleitet und liefert nadi dem Zünden eine Temperatur von ungefähr 1650 bis 1925° C. Diese brennenden Gase berühren die Tiegelwand im wesentlichen von allen Seiten und sorgen dafür, daß das Glas innerhalb des Tiegels geschmolzen gehalten wird. Der feuerfeste Körper 1 wird durch diese Gase ebenfalls geheizt und liefert durch Strahlung und Leitung etwas Wärme zu dem Tiegel.

Auf der oberen Seite des feuerfesten Körpers 1 und dies Metallgehäuses 3, die zusammen ungefähr 25 bis 38 mm Stärke haben, befinden sich, lose aufgelegt. Ziegel 11. Die Abgase der Verbrennung strömen dort nach oben zur Atmosphäre hindurch. Diese Abgase haben eine Temperatur von ungefähr 1370 bis 1650° C und können zum Vorschmelzen des hinzukommenden frischen Glases verwendet werden, wie in bezug auf Fig. 10 erklärt werden wird.

Elektroden 13, 15 werden in irgendeiner geeigneten Weise, etwa durch nicht dargestellte Haltestangen aus isolierendem Material, an der Außenseite der Vorrichtung gehalten; die Elektroden laufen zwischen den Ziegeln durch in den Tiegel 5 und können das geschmolzene Glas berühren, wenn dieses sich an dem Flüssigkeitsniveau 17 befindet, um einen elektrischen Stromkreis durch das Glas zu schließen. Es muß jedoch bemerkt werden, daß die Elektroden einen Teil einer Vorrichtung bilden,, der die Zufuhr frischen GIases zum Tiegel 5 regelt, um das abgezogene Glas zu ersetzen, und daß nach Fig. 1 eine Glaskugel längs einer Gleitbahn 21 von einem regelnden Verschluß 23 und einem Vorratsbehälter 25, auf die Anforderungen nach frischem Material seitens der Vorrichtung ansprechend, zugeführt wird. Wenn die Elektroden 13, 15 sich außerhalb der Glasschmelze befinden, wie in Fig. 1 und 9 dargestellt, bewirken sie den Zufluß der Kugeln zu dem Tiegel 5.

Der Tiegel 5 ist vorzugsweise weit innerhalb des feuerfesten Körpers 1, und zwar im allgemeinen im Abstand von ungefähr 25 mm, angeordnet, um die öffnungen von vorüberziehenden Luftströmungen zu schützen und gleichförmige Temperaturzustände aufrechtzuerhalten. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Öffnungen 27 in konzentrischer kreisförmiger Anordnung in dem Boden angeordnet, um das geschmolzene Glas in dünnen Strömen durch den Durchlaß des feuerfesten Körpers ausfließen zu lassen, und diese Ströme bilden am Ausgang der öffnungen 27 kleine Kügelchen geschmolzenen Glases 29, von denen Fäden 31 über Führungsrollen 33 schnell abgezogen werden.

Das Ziehen wird durch Ziehrollen 35 bewirkt, die im Abstand unterhalb der Führungsrolle 33 angeordnet sind, und zwar in solch einem Abstand, daß das Glas fest wird, bevor es dort hindurdhkommt. Die äußere Oberfläche dieser Rollen ist vorzugsweise mit Gummi bedeckt, um Reibungsberührung mit dem Glas zu bewirken, und die Wellen 37, 39, welche die Rollen tragen, sind der Vorrichtung zur Regelung der Zufuhr des Rohrglases zugeordnet.

Zur Benutzung der Vorrichtung und des in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Tiegels zur Darstellung von Fasern handelsüblicher Qualität ist es lediglich erforderlich, das gezogene Glas in solcher Weise zu ersetzen, daß die innerhalb des Tiegels bestehenden Wärmezustände nicht übermäßig verändert werden. Es wird daher vorgezogen, jeweils nur eine geringe Glasmenge hinzuzufügen, d. h. eine oder zwei Kugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 19 mm. Diese Kugeln schwimmen und werden verflüssigt auf der Oberfläche des geschmolzenen Glases, die sich normalerweise ungefähr am Flüssigkeitsspiegel, 17 befinden wird, dem bevorzugten Punkt der Zufuhr der brennbaren· Gase.

Eine Abwandlung der Tiegelform ist in Fig. 5 dargestellt, bei der die Seitenwand 57 des Tiegels 5 und der Bodenteil 59 etwas dicker sind, etwa 6,3 mm, wobei der Boden bei 61 eingesenkt ist, um öffnungen. 63 für den Durchlaß des geschmolzenen Glases zu schaffen. Eine dieser öffnungen ist mit einem Metallnippel 65 (Fig. 6) versehen; dieser Nippel hat einen "hohlen mittleren Teil 67 und einen Flanschabschnitt 69 zum Eingriff in den oberen eingesenkten Teil des Bodens 59 in der Öffnung 63.

Dieser Metalleinsatz besteht aus einem gegenüber Glas widerstandsfähigem Material, wie Platin oder einer Platinlegierung, die gegenüber geschmolzenem Glas widerstandsfähig ist. Ähnlich den Platintiegeln ist der Einsatz zur Verwendung mit Bleiglas nicht geeignet, ist jedoch, in manchen Fällen vorteilhaft, da er einen bei 71 (Fig. 5) dargestellten Tropfen liefert, der etwas größer ist als der bei Verwendung eines Tiegels nur aus feuerfestem Ton normalerweise erhältliche Tropfen. Ähnliche Nippel ohne den Flanschteil sind in den öffnungen der Konstruktion der Fig. 3 brauchbar.

Es ist zu bemerken, daß es vorzuziehen ist, daß die Metallnippel sich bis etwas unter den Boden des Bodenteils 59 erstrecken, und zwar um einen Betrag von ungefähr 1,5 bis 3 mm. Dieser Metalleinsatz wird im

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Betrieb in seiner Stellung durch das Glas selbst ge- In Fig. 9 und 10 ist nun speziell ein Körper aus feuerhalten, hierzu besitzt er vorteilhaft einen Flansch 73. festem Material 1' mit einem ihn umgebenden Ge-Bei Entfernung eines Tiegels nach dem Betrieb ist häuse 3' dargestellt, der im Abstand von dem Tiegel festgestellt worden, daß das Glas das Metall gegenüber aus feuerfestem Ton oder Sillimanit 5' angeordnet ist dem Ton bei 73 abdichtet, indem es um den Flansch. 5 und der mit Elektroden 13', 15' versehen ist, die sich herumfließt und sich verfestigt. durch in geeigneter Weise angeordnete tragende Ziegel Das in Verbindung mit Fig. 5 beschriebene Versen- 89 erstrecken, die einen oberen Tontiegel 91 mit einer ken ist wichtig, unabhängig davon, ob der Boden des einzigen Öffnung 93 in seinem Bodenteil halten. Diese Tiegels dicker ist als die Seitenwände oder nicht, denn Ziegel können auch lose im Abstand stehen und in dadurch wird Regelung der Temperatur des durch die io einer Berührung mit dem Tiegel 91, die bloß dazu ausÖffnungen fließenden Glases ermöglicht, indem zu reicht, ihn zu tragen, oder aber es können die Ziegel schnelles Abkühlen des Glases vermieden wird; ob und der Tiegel zusammen den oberen Teil im wesentdieses Versenken verwendet wird oder nicht, hängt liehen abschließen, wobei eine Entlüftung für das Entvon dem verwendeten Glas ab. Es wird im allgemeinen weichen der Verbrennungsgase vorgesehen ist.
dort nützlich befunden werden, wo das Glas bei einer 15 Der Tiegel 91 erstreckt sich weit in den feuerfesten Temperatur in der Nähe des Entglasungspunktes ver- Körper 1' hinein, und die Öffnung 93 und eine Kugel arbeitet werden muß. 95 sind in geeigneter Weise den nach oben zum Ausin Fig. 7 und 8 ist bei 75 ein Körper aus feuerfesten laß durch das Mauerwerk 89 nach Fig. 9 und 10 strö-Ziegeln dargestellt, der im Abstand einen Tiegel 77, menden Verbrennungsabgasen ausgesetzt; das Brennvorzugsweise aus Sillimanit, umgibt und. rechteckige 20 gas für die Verbrennung tritt durch Leitungen 7' ein, Form hat, wie in Fig. 8 am besten zu sehen ist. Die und die Gase sind tangential zur Oberfläche des Tieöffnungen 79 stehen in Längsrichtung im Abstand gels 5' gerichtet.

voneinander und sind vorzugsweise versenkt. Die Einrichtung des elektrischen Stromkreises für In diesem Falle werden die Verbrennungsgase in die Regelung des Gasflusses ist ähnlich der in Verbinden Raum 81 zwischen dem feuerfesten Körper 75 und 25 dung mit Fig. 1 und 8 beschriebenen. In diesem Falle dem Tiegel 77 durch Einlaßöffnungen 83, 85 hineinge- können die mit einer Welle 99 versehenen Wickelrolführt; diese Öffnungen sind so eingerichtet, daß sie len 97 als Träger der Nockenscheibe des elektrischen den Fluß der zugeführten Gase direkt längs der Sei- Stromkreises, entsprechend 38 in Fig. 9, dienen. Es ist tenwände 87 in der durch die Pfeile angezeigten Rieh- daher nicht erforderlich, spezieller auf die Anordnung tung führen. Eine derartige Erwärmung ist wesent- 30 des elektrischen, Stromkreises in Verbindung mit Fig. 9 lieh, um kalte Stellen längs der Wände zu vermeiden, und 10 einzugehen.

die mit zur Ungleichförmigkeit der Temperatur des Beim Betrieb der in Fig. 9 und 10 dargestellten geschmolzenen Glases beitragen würden. Falls ge- Konstruktion, die bei. 90 entlüftet ist, werden die Glaswünscht, kann eine iVnzahl Zuleitungen für das brenn- kugeln bei der Öffnung 93 geschmolzen, und da deren bare Gas vorgesehen werden, obwohl es im allgemei- 35 geschmolzenes Material direkt in das geschmolzene nen ausreicht, die Flamme längs des Tiegels ungefähr Material in dem Tiegel 5' fließt, gibt es entsprechend in der Höhe des Flüssigkeitsspiegels oder etwas nied- im wesentlichen keinerlei Temperaturänderung durch riger zu leiten. Ein Tiegel, wie er in Fig. 7 dargestellt die Glaszufuhr zu der Schmelze, von der die Fäden ist, hat geeigneterweise eine Wandstärke von ungefähr gezogen werden.

4.5 mm. eine Gesamtbreite von ungefähr 100 mm, eine 40 In dem in Fig. 9 dargestellten Fall werden die Fa-

Länge von ungefähr 125 mm und eine Höhe des ge- den 101 in einer den Fachleuten bekannten Weise bei

schmolzenen Glases von ungefähr 100 mm; es ist nicht 103 gesammelt, und der kombinierte Strang wird auf

erforderlich, die Enden solch eines Tiegels direkt zu die Wickelrolle oder Trommel 97 aufgewickelt. Das

erwärmen, da die Gase leicht dahinfließen und die auf der Trommel 97 befindliche Material kann dann

Strahlung der feuerfesten Wand die Erwärmung 45 einer Weiterbehandlung unterworfen oder in der üb-

unterstützt; falls es erwünscht sein sollte, können liehen Weise verpackt werden.

solche zusätzlichen öffnungen jedoch vorgesehen Es ist wichtig, zu bemerken, daß bei jeder der ersten

werden. Ausführungsformen der beschriebenen Vorrichtung

Dieser Flüssigkeitsspiegel kann mit der in Verbin- das innerhalb des dünnwandigen Tiegels aus feuer-

dung mit Fig. 1 und 9 beschriebenen Vorrichtung so 50 festem Ton befindliche Glas sehr gleichmäßig erwärmt

geregelt werden, daß die Gesamtänderung der Höhe ist und sein Fluß durch die Öffnungen entsprechend

des Flüssigkeitsspiegels im allgemeinen 3 mm oder gleichmäßig ist, wodurch die Herstellung von Fäden

weniger beträgt und nicht mehr als etwa 4,5 mm, wo- gleichmäßigen Durchmessers ermöglicht wird. Dies

bei die Änderung im gewissen Grade von der Art des trifft besonders auf die Konstruktion nach Fig. 9 zu,

Glases, dem Durchmesser der gezogenen Fäden und 55 bei der es im wesentlichen keinerlei Kühlwirkung gibt,

der Ziehgeschwindigkeit abhängt. Eine Änderung von wenn neues Glas dem geschmolzenen Material im

etwa 4,5 mm bei einem im wesentlichen gefüllten Tie- Tiegel zugeführt wird.

gel beeinflußt die Ziehverhältnisse nicht wesentlich. Es muß weiterhin bemerkt werden, daß die ganze

Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform, bei der Vorrichtung für das Schmelzen von Bleiglas beson-

die gleichen Bezugszeichen mit einem Strich versehen 60 ders geeignet ist, da der Tiegel 91 aus feuerfestem Ton

verwendet werden, um die gleichen Bestandteile wie hergestellt ist, im Gegensatz zu Platin, welches durch

in Fig. 5 zu bezeichnen, ist besonders zum Ziehen fei- solches Glas zerstört werden würde.

ner Fäden und die Verwendung eher in Fadenform als Die derart beschriebene Tiegelkonstruktion läßt sich

für die Darstellung von geblasenen Fasern, wie sie in billig herstellen, und entsprechend sind die Herstel-

Verbindung mit Fig. 1 beschrieben worden ist, ge- 65 lungskosten feiner Fasern und Fäden auf gewerblicher

eignet. Basis wesentlich ermäßigt.

Die jetzt in bezug auf Fig. 9 zu beschreibende Kon- Vom Betriebsstandpunkt aus gesehen, soll die Stand-

struktion ist speziell für genauere Regelung der Tem- höhe des Glases innerhalb des Tiegels innerhalb ge-

peratur des Materials im Tiegel 5' entworfen, als es wisser Grenzen gehalten werden, um Erstarren des

mit der Ausführungsform nach Fig. 1 erreichbar ist. 70 Glases an den Öffnungen zu vermeiden und um anderer-

seits einen unzulässigen Durchfluß geschmolzenen Glases zu verhüten. Falls es gewünscht wird, kann der Flüssigkeitsspiegel des Glases in Einklang mit bekannten Grundsätzen unter Druck gesetzt werden.

Der hier verwendete Ausdruck »handelsübliche Qualität« der Fasern soll so verstanden werden, daß das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbare Erzeugnis innerhalb der gewerblichen Industrienormen liegt. So können Fasern nach Wunsch bequem ohne andere Überlegungen hergestellt werden, als sie bei Metalltiegeln, erforderlich wären; es muß jedoch bemerkt werden, daß, wenn möglich, d. h. wenn das Glas auf Metall nicht korrodierend wirkt, geeigneterweise zur Herstellung feinerer Fäden oder Fasern die Metallnippel verwendet werden können, da sie eine etwas feinere Regelung ermöglichen als die Öffnungen aus keramischem oder feuerfestem Material. Jedenfalls soll die tatsächliche Mündungsöffnung derjenigen von Metalltiegeln ähnlich sein — beispielsweise ungefähr 0,8 mm Durchmesser —, um einen geeigneten Tropfen zum Ziehen eines Fadens von ungefähr 0,005 mm Durchmesser zu ergeben.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 11 bis 15 dargestellt, die sich von der in Fig. 1 bis 10 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß zusätzlich zu dem brennbaren Gas Induktionsheizspulen 104 verwendet werden, um eine spezielle Fläche des Glases in dem Tiegel bei einer bestimmten Temperatur zu halten. Insbesondere werden die Induktionsheizspulen 104 in den Wänden des feuerfesten Körpers 1 vorgesehen und können aus rohrförmigem Kupfer bestehen, in welchem Falle Kühlwasser während des Betriebes durchgeleitet wird, um Schmelzen des Kupfers zu verhüten, oder aber es können die Spulen in geeigneter Weise aus Platin hergestellt sein, in welchem Falle eine Kühlung nicht erforderlich ist und Wärmeverluste daher vermindert werden. Die Spulen. 104 können mit der Ausgangsseite eines nicht dargestellten geeigneten Hochfrequenzgenerators oder Oszillators verbunden sein.

Innerhalb des Tiegels 5 ist ein Metallstreifen 105 angeordnet, der sich sowohl oberhalb als auc'h unterhalb des Niveaus des geschmolzenen Glases in dem Tiegel erstrecken kann. Dieser Metallstreifen wird selbst durch das Feld der Spulen 104 geheizt und liefert seinerseits Wärme zu dem geschmolzenen Glas im Tiegel 5. Er schützt die Wand des Tiegels auch gegen Erosion durch solche Chemikalien, die dazu neigen, aus dem heißen Glas zu entweichen und darauf schwimmend zurückgehalten zu werden.

Der metallisch leitende Körper oder diese Schicht 105 wirkt dahin, eine gleichmäßige Temperatur in dem innerhalb des Tiegels enthaltenen Gas innerhalb von ungefähr 5° C sicherzustellen. Dieses ist bei der Bildung feiner Fäden genau geregelten Durchmessers äußert wünschenswert, da sie von einer gleichmäßigen Viskosität des Glases abhängig sind.

Das bevorzugte Material für den metallischen Körper aus elektrisch leitendem, gegen Hitze und Chemikalien widerstandsfähigem Material ist Molybdän. Dieses Material hat gute chemische Widerstandsfähigkeit und einen sehr hohen Schmelzpunkt (2620⁰C), also wesentlich höher als der von Glas. Molybdän hat einen elektrischen Widerstand, der etwa dreimal so hoch ist wie der von Kupfer, und einen Temperaturwiderstandskoeffizienten, der etwas größer ist als bei Kupfer. Die Wärmeleitfähigkeit von Molybdän beträgt ebenfalls ungefähr ein Drittel derjenigen von Kupfer. Daher greift das geschmolzene Material dieses Metall nicht an, und die günstigen elektrischen und thermischen Eigenschaften begünstigen die Leitfähigkeit in dem Glas selbst, und das schnelle Erreichen eines gleichmäßigen Temperaturzustandes zwischen dem Glas und dem Metallkörper ist sichergestellt.
Es können auch andere gegen Temperatur und Chemikalien widerstandsfähige Metalle verwendet werden, beispielsweise Platin und Wolfram. Letztere sind jedoch verhältnismäßig teuer und bieten keine besonderen Vorteile gegenüber Molybdän. Der Metallkörper

ίο selbst kann irgendeine geeignete Form haben, doch ist es am günstigsten, das Metall als einen dünneu Streifen oder Film auf die Innenseite des Tiegels aus feuerfestem Ton, vorzugsweise im Bereich des Spiegels der Glasschmelze im Tiegel, aufzubringen. Es kann jedoch ein massiver Ring oder, falls gewünscht, ein hohler Ring aus dem Metall verwendet werden, die ebenfalls am Niveau der Glasschmelze angeordnet werden können.

Die derart gebildeten Fäden und Fasern sind wegen der Anordnung des kegelstumpfförmigen Molybdänkörpers 105 in ihrer Gleichförmigkeit verbessert. Es muß besonders bemerkt werden, daß, wenn der Metallkörper im Bereich des Spiegels der Glasschmelze angeordnet ist und er durch die Induktionsspule erwärmt wird, er Wärme dem Glas nicht nur an dem Punkt, wo sie am meisten benötigt wird — dem Punkt der Zufuhr von Rohglas —, liefert, sondern daß auch das feuerfeste Tonmaterial des Kegels am Niveau der Oberfläche des geschmolzenen Glases gegen korrodierenden Angriff des Glases geschützt ist, der im allgemeinen am Oberflächenniveau des Glases am größten ist, und zwar anscheinend sowohl wegen der Tendenz zur Schaumbildung als auch der Tatsache, daß der Ton an diesem Niveau der hocherwärmten, von der Verbrennungskammer herrührenden Luft bei einer Temperatur von ungefähr 1370 bis 165O⁰C ausgesetzt ist; die Temperatur der brennenden Feuergase an der Seitenwand des Tiegels beträgt ungefähr 1650 bis ungefähr 1925°C.

Die optimale Anordnung umfaßt die Anordnung der Induktionsspule und die Zufuhr der brennenden Brenngase ungefähr in der Höhe der Glasschmelze des Tiegels; jedoch können auch andere Anordnungen nutzbringend sein, und die Erfindung soll nicht auf diesen bevorzugten Zustand beschränkt angesehen werden, da die erwünschten Ergebnisse die besondere Betriebsart wesentlich beeinflussen; wenn Fäden das Endprodukt darstellen, wird höchster Genauigkeitsgrad gewünscht, während bei geblasenen Fasern im allgemeinen eine hohe Herstellungsgeschwindigkeit, selbst etwas auf Kosten der Gleichförmigkeit, verlangt wird.

Die Konstruktion nach Fig. 13, bei der der Tiegel 106 mit einem Metallfilm 107 versehen ist, der sich im wesentlichen vollständig über die Innenwand erstreckt, ist dort von Nutzen, wo die durch Induktionsvorrichtungen zuzuführende Wärme etwas größer ist als in Fig. 11. Die Tiegelkonstruktion kann aber auch nach Fig. 14 angeordnet sein, wobei ein massiver Metallring 108 mit einer Stärke von ungefähr 12,7 mm in unmittelbare Nähe des Bodens eines becherförmigen Tiegels 109 um die Mündungen 110 in dem Boden angeordnet ist; das Metall kann aber auch die Form eines Ringes 111 mit einem solchen Durchmesser annehmen, daß er oberhalb der öffnungen 110 des Tiegels 112 nach Fig. 15 gehalten wird. Die Ringkonstruktion bietet damit eine gute Metallmasse, hat aber immer noch ein wesentlich geringeres Volumen als der Tiegel.

Obwohl es nicht erforderlich ist, ist festgestellt worden, daß die feuerfesten Eigenschaften des feuerfesten

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Tonmaterials verbessert und der Widerstand gegen den Einfluß hoher Temperatur und die Einwirkung aller Arten geschmolzenen Glases einschließlich von Bleiglas dadurch erhöht werden können, daß der Tiegel oder wenigstens ein Teil von ihm mit einer Lösung von Chromsäureanhydrid imprägniert wird und der imprägnierte Artikel dann gebrannt wird. Die bei der I >urchführung dieser erfindungsgemäßen Ausführungsiorm brauchbaren feuerfesten Tonmaterialien umfas-. en MuIHt, Sillimanit, gute Porzellansorten und andere verwandte Materialien.

So kann ein dünnwandiger Tiegel sehr billig dadurch hergestellt werden, daß einfach eine wäßrige Aufschlämmung oder Suspension feuerfesten Tonmaterials verwendet wird und diese in eine offene Form aus Gips od. dgl. gegossen wird, um richtigen Niederschlag des Tonmaterials zu ermöglichen. Dann Kann der frische Tiegel getrocknet und gebrannt werden, um einen harten Körper verhältnismäßig geringer Porosität zu erzeugen.

Der so beschriebene gebrannte Gegenstand wird nach Abkühlung in eine wäßrige Lösung Chromsäure-,-■.nhydrid getaucht; Chromsäureanhydrid ist leicht löslich, denn 100 g Wasser lösen ungefähr 164 g CrO₃ hei 0⁰C auf.

Das Verfahren des Imprägnieren des hartgebrannten glasigen feuerfesten Tonmaterials oder Herstel- !ungsartikels ist selbst äußerst einfach und verlangt 'lediglich das Eintauchen des Gegenstandes in die wäßrige Lösung bei Raumtemperatur für eine Zeitdauer, die ausreicht, das Eindringen des Chromsäureanhydrids in das feuerfeste Material zu bewirken. Die Zeit dauer kann sich mit dem speziellen Material und dem Grad, bis zu dem das Material gebrannt worden ist, etwas ändern, doch ist in den meisten Fällen eine Tauchzeit von ungefähr Va Stunde bei Raumtemperatur in einer gewichtsmäßig 5°/oigen wäßrigen Lösung Chromsäureanhydrid zufriedenstellend.

Das Imprägnieren des feuerfesten Tonmaterials mit Chromsäureanhydrid ändert das Äußere des feuerfesten Tonerzeugnisses nicht wesentlich; nach dem Trocknen wird das getauchte Erzeugnis wieder gebrannt, vorzugsweise bei Temperaturen von durchschnittlich ungefähr 1650 bis 1925° C.

Ob sich das Chromtrioxyd bei dem Brennen mit dem Aluminiumsilikat des feuerfesten Materials verbindet, um ein komplexes Chrom-Aluminiumsilikat zu bilden, oder ob das Oxyd innerhalb des gesättigten feuerfesten Materials lediglich unlöslich wird, läßt sich nicht feststellen: jedenfalls aber dient das Chromtrioxydimprägniermittel dazu, das gebrannte feuerfeste Material so weit weniger porös zu machen, daß das imprägnierte feuerfeste Material nach dem zweiten Brennen sich einem etwas glasierten Zustand nähert. Das Material ist insbesondere gegen die Einwirkung des geschmolzenen Glases chemisch wiederstandsfähig.

Bei der Verwendung des mit Chromtrioxyd imprägnierten Tiegels ist die Widerstandsfähigkeit des Tiegels gegen Wärmestöße ein wichtiges Kennzeichen. das es ermöglicht, den Tiegel auf die Betriebstemperatur in 6 bis 8 Stunden ohne Gefahr von Wärmerissen oder -Sprüngen zu erwärmen.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hersteilung von Glasfaden aus einer verhältnismäßig geringen Menge an geschmolzener Glasmasse, die in einem von der Seite her beheizten Tiegel au^ feuerfestem Ton. der im Boden mit Öffnungen zum Abziehen der Fäden versehen ist, gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze in diesem Tiegel, der eine derartig geringe Bodenstärke mit Bezug auf seine Breite besitzt, daß er bei der seitlichen Beheizung im gesamten Material etwa gleichmäßige Temperatur hat, intermittierend Glas in solcher Menge und in solchen Zeitabständen zugeführt wird, daß das abgezogene Material ersetzt wird und die Temperatur der Schmelze im wesentlichen unbeeinflußt bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel mittels Brenngas, beheizt wird und daß die intermittierend zugeführten Glasmengen durch die Abgase vor Einbringen in die Schmelze wenigstens teilweise geschmolzen werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einem Tiegel aus feuerfestem Ton, dadurch gekennzeichnet, daß dessen mit mehreren öffnungen (27, 110) zum Abziehen der Glasfaden (31, 101) versehener Boden eine derartig geringe Stärke mit Bezug auf seine Breite hat, daß er bei an sich bekannter seitlicher Beheizung im gesamten Material etwa gleichmäßige Temperatur besitzt, sowie durch eine Vorrichtung (21, 23, 25) für die gesteuerte, nacheinander erfolgende Zuführung einzelner fester Glasstückchen (19).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Öffnungen (63, 79) des Bodens Nippel (65) eingesetzt sind, die aus einem gegenüber Glas widerstandsfähigen Material bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nippel (65) Flansche (73) aufweisen, mit denen sie in entsprechenden Einsenkungen (61) an den Öffnungen (63) aufgenommen sind.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (5) kreisförmigen Querschnitt besitzt.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen im geschmolzenen Glas unlöslichen und diesem gegenüber chemisch widerstandsfähigen Metallkörper (105, 107, 108, 111), der höchstens an einem Teil der mit dem Glas in Berührung stehenden Tiegelinnenwand anliegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (105) im Bereich des Spiegels der Glasschmelze, also dort, wo das frische Glas zugeführt wird, angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8. gekennzeichnet durch Vorrichtungen (104) zum induktiven Beheizen des im Tiegel befindlichen Metallkörpers (105, 107, 108, 111).

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Tiegelwände aus Sillimanit gebildet sind.

11. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Tiegels aus mit Chromanhydrid imprägniertem feuerfestem Ton besteht.

12. Vorrichtung nach Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel aus dem gebrannten Produkt von Sillimanit und einem aus CrO₃ bestehenden Imprägnierungsmittel im Sillimanit gebildet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gezeichnet, daß der feuerfeste Ton zunächst gebrannt

wird, um ihn glasig zu machen, alsdann mit einer Lösung aus CrO₃ imprägniert und hernach nochmals bei einer das Imprägniermittel unlöslich machenden Temperatur gebrannt wird.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 13, gekennzeichnet durch einen den Tiegel umgebenden Körper (1) aus feuerfestem Material, dessen Boden einen Durchlaß aufweist, über dem der Tiegel (5) gehalten ist, wobei der Tiegel zusammen mit dem feuerfesten Körper einen Raum begrenzt, sowie durch eine Brenngaszuführung (7) zu diesem Raum und eine Abgasabführung hieraus.

15. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 bis 14, gekennzeichnet durch auf das Niveau der Glasschmelze im Tiegel ansprechende Mittel (13, 15), welche die Steuervorrichtung (23) für die Zuführung der einzelnen Glasstückchen, z. B. Glaskugeln (19), betätigen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 716 635, 928 545;
USA.-Patentschrift Nr. 2 692 296;
»Lehrbuch der Keramik« von H. Hecht, 1923,
S. 169.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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