DE1158671B - Vorrichtung zum Ziehen von Glasfaeden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Glasfäden, bei welcher aus einem kanalförmigen Vorherd von in einer Reihe geschaltete Düsen gespeist werden.

Textile Glasseide wird hauptsächlich nach zwei Grundverfahren hergestellt. Bei beiden Verfahren werden elektrisch beheizte Zuführungen aus einer Platinlegierung, sogenannte Düsen, verwendet, welche eine Anzahl Austrittsöffnungen aufweisen, durch welche Glasströme hindurchfließen. Diese Ströme werden mechanisch zu feinen endlosen Elementarfäden gezogen, welche zu einem Spinnfaden vereinigt werden.

Das eine Verfahren wird als Kugelverfahren bezeichnet und verwendet kleine Schmelzbehälter, denen Glaskugeln als Einsatzmaterial zugeführt werden. Jeder Behälter schmilzt ausreichend Glaskugeln, um eine Düse mit Glas zu beliefern. Das andere Verfahren wird als Direktschmelzverfahren bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird eine Wanne zur Bildung schmelzflüssigen Glases aus dem Gemenge verwendet und das schmelzflüssige Glas dann mehreren Düsen zugeführt, die in einem Vorherd angeordnet sind, der sich vom Raffinationsende der Glaswanne aus erstreckt. Ein offensichtlicher Vorteil dieses letzterwähnten Verfahrens besteht darin, daß die Herstellung von Kugeln und deren erneutes Einschmelzen vermieden wird.

Eines der beim Direktschmelzverfahren auftretenden Probleme besteht in der Schwierigkeit, alle Düsen unter den gleichen Bedingungen arbeiten zu lassen, so daß die gleiche Art Seide und Spinnfaden erhalten werden. Bisher ging die in der Großfertigung gemachte Erfahrung dahin, daß jede Düse auf ihre eigenen besonderen Betriebsbedingungen eingestellt und nachgestellt werden muß, damit die gewünschte Art von Garn erhalten wird. Ein Ziel der Erfindung besteht daher in der Herstellung textiler Glasseide nach dem kontinuierlichen Schmelzverfahren in der Weise, daß alle Düsen unter im wesentliehen den gleichen Bedingungen zur Herstellung der gleichen Art von Spinnfaden arbeiten.

Die den Düsen zugeführte elektrische Energie wird so eingeregelt, daß die Düsen bei einer bestimmten Temperatur arbeiten. Hierdurch wird dem Glas eine bestimmte Viskosität bei ihrem Durchtritt durch die Austrittsöffnungen in der Düse verliehen und der Abzug eines Fadens von dem gewünschten Durchmesser mit einer bestimmten Geschwindigkeit ermöglicht. Ein weiterer Faktor außer der Viskosität des Glases, der die durch die Austrittsöffnungen hindurchtretende Glasmenge bestimmt, ist die Höhe

Anmelder:

Pittsburgh Plate Glass Company,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 20. August 1959 (Nr. 835 077)

Donald William Denniston, Pittsburgh, Pa.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

bzw. das Gefälle des Glases oberhalb der Düsenaustrittsöffnungen. Je größer die Höhe des Glases oberhalb der Düsenaustrittsöffnungen ist, desto größer ist die Glasmenge, welche durch die Austrittsöffnungen bei einer gegebenen Viskosität und Abzugsgeschwindigkeit ist. Daher können bei der gleichen Viskosität und Abzugsgeschwindigkeit Fasern verschiedener Länge, je nach Höhe der Glasschmelze oberhalb der Düsen gebildet werden. Wenn das Glas durch den Vorherd zu jeder der aufeinanderfolgenden Düsen fließt, hat der Fließwiderstand des Glases an den hitzebeständigen Seiten- und Bodenwänden des Vorhafens zur Folge, daß die Höhe der Glasschmelze über jeder aufeinanderfolgenden Düse längs des Vorherds geringer ist. Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für das Direktschmelzverfahren zu schaffen, welche es ermöglicht, daß der Glasschmelzspiegel oberhalb der Austrittsöffnungen in jeder Düse bei der Bewegung der Glasschmelze durch den Vorhafen zu jeder aufeinanderfolgenden Düse der gleiche ist.

Der Unterschied im Glasschmelzspiegel von Düse zu Düse kann dadurch ausgeglichen werden, daß für jede Stelle im Vorherd eine andere Düse konstruiert wird. Es ist jedoch zweckmäßig, daß alle Düsen die gleiche Konstruktion haben und somit auswechselbar sind. Dadurch verbilligt sich ihre Herstellung. Die Düsen müssen von Zeit zu Zeit ersetzt werden, so daß bei Düsen von gleicher Konstruktion der zu

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haltende Vorrat an Ersatzdüsen gering und die Fabrikation erleichtert ist. Dies ist besonders wichtig, wenn zur Herstellung der Düsen teuere Metalle wie Platin-Rhodium-Legierungen, verwendet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Ansicht im Aufriß einer Vorrichtung, die zur Formung von Glasfasern nach dem kontinuierlichen Schmelzverfahren geeignet ist,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Schnittansicht einer in einem Vorherd angeordneten Düse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Glasschmelzwanne 10 mit einem langen schmalen Vorherd 11, der sich vom Raffinationsende der Wanne aus erstreckt. Das Glasgemenge wird in das eine Ende der Wanne durch eine Gemengezuführungsvorrichtung 14 in an sich bekannter Art eingebracht. Das Gemenge wird in der Wanne 10 durch Strahlungswärme von Gasbrennern

angeordnet sind und Strahlungswärme nach unten in das Glas innerhalb des Beckens 32 richten.

Im Betrieb beträgt beispielsweise der Spiegel 30 der Glasschmelze oberhalb der hitzebeständigen Blöcke 34 im Vorherd etwa 50 mm am Kopf oder Beginn des Vorherdes. Der Abstand von der Oberseite der hitzebeständigen Blöcke 34 zu den Düsenaustrittsöffnungen 20 beträgt etwa 150 mm, so daß die Gesamtglashöhe oberhalb der Austrittsöffnungen

ο etwa 200 mm beträgt. Diese Glasspiegelhöhe oberhalb der Düsen soll für jede Düse die gleiche sein, damit die Düsen unter den gleichen Bedingungen arbeiten können und dadurch die gleiche Art von Garn erhalten wird.

Es wurde beobachtet, daß der Spiegel des schmelzflüssigen Glases oberhalb der hitzebeständigen Blöcke 34 sich in einem Vorherd mit einer Länge von 39,62 cm mit sechs in diesem angeordneten Düsen 18 von 50 mm am Beginn des Vorwerdes sich auf etwa 25 mm am Ende des Vorherdes verändert. Dies stellt eine beträchtliche Veränderung im Glasschmelzespiegel von Düse zu Düse dar, so daß ohne einen Ausgleich anderer Betriebsbedingungen der Durchmesser der durch jede Düse gebildeten Faser be-

15 üblicher Art geschmolzen und das schmelzflüssige 25 trächtlich verschieden ist.

Glas fließt durch Gefällewirkung in den Vorherd 11. Wenn auch der Unterschied in der Höhe durch

Der Vorherd erstreckt sich bei der dargestellten Aus- eine Veränderung der Temperatur der Düse 18 oder

führungsform in einer Geraden. Es kann jedoch im der Aufwickelgeschwindigkeit des Formungsrohres

Rahmen der Erfindung auch ein Vorherd von an- ausgeglichen werden kann, um den gleichen Faser-

derer Form, beispielsweise ein T-förmiger Vorherd, 30 durchmesser aus jeder jDüse zu erzielen, geschieht verwendet werden.

An aufeinanderfolgenden Stellen über die Länge des Vorherdes ist eine Anzahl von elektrisch beheizten Düsen 18 aus einer Platin-Rhodium-Legie-

dies auf Kosten des Betriebswirkungsgrades. Bei einer gegebenen Glaszusammensetzung liegt der maximale Betriebswirkungsgrad innerhalb eines sehr kleinen Temperaturbereiches. Es ist daher wün-

rung angeordnet. Das Glas fließt aus den Düsen 35 sehenswert, die Düse mit einer Temperatur arbeiten unter Gefällewirkung durch Austrittsöffnungen 20 zu lassen, die so eingestellt ist, daß der Faserund wird mit Hilfe von Aufwickelmaschinen 22 in formungsvorgang unter Bedingungen für einen feine Glasfäden 24 gezogen. maximalen Wirkungsgrad durchgeführt wird.

Die Anordnung der einzelnen Düsen im Vorherd Wenn die Temperatur des Glases innerhalb des

ist mit näheren Einzelheiten aus Fig. 2 und 3 gezeigt. 40 Bereiches, in welchem es fließfähig ist, zunimmt, Das schmelzflüssige Glas fließt längs des Vorherdes fließt mehr Glas durch die Düsenöffnungen. Der Be- und gelangt in eine Rinne 32 im Vorherd, das durch triebswirkungsgrad in Form einer kontinuierlichen Blöcke 34 aus hitzebeständigem Material gebildet Faserbildung ohne unbeabsichtigtes Ausbrechen der wird. Die Düse 18 ist an der Unterseite der Rinne 32 Fasern erreicht jedoch ein Maximum in einem in geringem Abstand von der Unterseite der Blöcke 45 schmalen Temperaturbereich innerhalb dieses Be-34 angeordnet. Eine Dichtung 35 aus hochtempe- reiches von Betriebstemperaturen. Bei diesem Maxiraturfesten Siliciumdioxyd- oder Siliciumdioxyd-Alu- mum soll der Faserformungsvorgang durchgeführt miniumoxyd-Fasern dient zur Abdichtung zwischen werden und jede Veränderungseinstellung der Temder Düse und dem Block. Die aus 90% Platin und peratur der Düse zum Ausgleich für den Unterschied 10% Rhodium bestehende Düse hat die Form einer 50 in der Höhe des schmelzflüssigen Glases geschieht Wanne mit Flanschen 36, die sich vom oberen Ende
der Seiten um die Wanne herum erstrecken. Unmittelbar unter den Flanschen 36 ist ein Rohr 38 angeordnet, das ein Kühlmittel führt, um die Flansche
36 auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur 55
zu halten. Die Abdichtung zwischen der hitzebeständigen Dichtung 35 und der Düse 18 wird durch das
erstarrte Glas im Rohr 38 gebildet.

Die Düse 18 ist mit Anschlußklemmen 40 versehen, die mit einer nicht gezeigten Stromquelle für die Zufuhr elektrischer Enegie zur Düse und deren Beheizung mittels des elektrischen Widerstandes der Platin-Rhodium-Legierung verbunden sind.

auf Kosten des Betriebswirkungsgrades. Dies wird nachstehend noch näher beschrieben.

Der Glasfluß durch eine Düse wird durch das Poiseuillesche Gesetz bestimmt:

O =

wobei

8Lt?

Die Düse beheizt das in ihr befindliche und durch die Austrittsöffnungen 20 hindurchtretende Glas. Das im Becken 32 befindliche Glas wird ferner mit Hilfe von Strahlungsbrennern 42 im Schmelzfluß gehalten, die in Öffnungen 44 an der Oberseite des Vorherdes

Q = Strömungsgeschwindigkeit, R = Halbmesser der Austrittsöffnung, P = Druck (hydrostatische Druckhöhe des Glases), L = Düsenlänge,

η = Glasviskosität.

Es ist natürlich wünschenswert, daß Q so hoch wie möglich ist, um eine maximale Produktion zu erzielen. Die Viskosität und Temperatur des Glases ist auf eine bestimmte Höchsttemperatur zur kontinuier-

lichen Faserformung begrenzt, welche durch ein bestimmtes Mindestverhältnis der Viskosität zur Oberflächenspannung für das jeweilige Glas bestimmt wird. Hierdurch wird die Temperatur für eine maximale Produktion bei einer gegebenen Konstruktion der Spitze und des Glasdruckes festgelegt.

Die Höhe der Glasschmelze über den Austrittsöffnungen kann zur Verstärkung des Glasflusses erhöht werden, jedoch muß, wenn alle anderen veränderlichen Größen konstant gehalten werden, die Abzugsgeschwindigkeit erhöht werden, um eine Faser von dem gleichen gewünschten Durchmesser herzustellen. Für die Abzugsgeschwindigkeit besteht praktisch eine Höchstgrenze für den wirksamen Betrieb, was durch die mechanischen Schwierigkeiten bedingt ist, die bei höheren Umdrehungszahlen des Formungsrohres auftreten und durch die erhöhte Reibung beim Gruppieren der Fasern zu einen Spinnfaden. Ferner kann das Aufbringen der Schlichtmittellösung auf die Fasern zum Brechen der Einzelfäden und zum Ausbrechen des Spinnfadens führen. Daher ist, da für die Abzugsgeschwindigkeit praktisch eine Höchstgrenze besteht, der Glasschmelzspiegel für den maximalen Wirkungsgrad festgelegt.

Die Wanne und die Düsen sind so gebaut, daß mit einer bestimmten optimalen Kombination von Betriebsbedingungen gearbeitet werden kann.

Wenn sich die Spiegelhöhe des durch den Vorherd fließenden Glases von der einen Düse zur anderen verändert, muß eine Abänderung im Vorherd und/ oder in der Düsenordnung im Vorherd vorgenommen werden, um den Glasschmelzspiegel über jeder Düse im Vorherd gleichzumachen, damit die gleichen optimalen Betriebsbedingungen für jede Düse gegeben sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschieht dies dadurch, daß der Vorherd gegenüber der Waagerechten leicht geneigt gebaut wird. Auf diese Weise hält die Gefällewirkung den Spiegel der Glasschmelze oberhalb der hitzebeständigen Blöcke über die volle Länge des Vorherdes im wesentlichen konstant. Beispielsweise kann bei einem Vorherd mit einer Länge von etwa 39,60 m, wie vorangehend beschrieben, mit einem Spiegel der Glasschmelze, der 50 mm über den hitzebeständigen Blöcken am Beginn des Vorherdes liegt, und bei sieben Düsenstellen die Neigung des Vorherdes etwa 25 mm von dem einen Ende des letzteren zum anderen betragen. Die Neigung des Vorherdes läßt sich aus den Abmessungen des Vorherdes, der Viskosität des Glases, die durch seine Temperatur über die Länge des Vorherdes bestimmt wird, und aus der Menge des durch den Vorherd fließenden Glases berechnen. Es wurde festgestellt, daß, wenn die Eintrittsglasspiegelhöhe größer ist, der Höhenabfall geringer ist und umgekehrt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Vorherd in der üblichen Weise auf einer waagerechten Ebene aufgebaut werden, und es kann jede nachfolgende Düse längs des Vorherdes in der Richtung des Glasflusses in einem größeren Abstand vom Boden der hitzebeständigen Blöcke 34 eingebaut werden. In Fig. 4 ist ein zusätzliches hitzebeständiges Einsatzstück 46 gezeigt, welches aus einem Edelmetall bzw. einer Edelmetallegierung besteht und welches ermöglicht, daß die Düse 18 in einer geringfügig tieferen waagerechten Ebene angeordnet wird als die vorausgehende Düse. Das Einsatzstück 46 ist für jede Düse, die vom Anfang des Vorherdes weiter weg liegt, dicker. Es kann natürlich eine Kombination der beschriebenen Maßnahmen vorgesehen werden, insofern, als hitzebeständige Einsatzstücke 46 verwendet werden und der Vorherd für das Erreichen der erfindungsgemäßen Ziele geneigt wird.

Im Rahmen der Erfindung sind natürlich auch andere Anordnungen hinsichtlich der Vorherdkonstruktion und des Düseneinbaus im Vorherd möglich, wenn hiermit erreicht wird, daß der Spiegel der Glasschmelze oberhalb der verschiedenen Düsen der gleiche ist.

Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil für das kontinuierliche Schmelzverfahren zu Bildung von textiler Glasseide anwendbar, jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern auch auf andere Glasformungsverfahren anwendbar, bei welchen ein Vorherd verwendet wird und die gleiche Höhe der Glasschmelze an jeder Zufuhrstation im Vorherd bestehen soll. Beispielsweise ist die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Bildung feiner Glasfasern anwendbar, bei welchem Ströme geschmolzenen Glases von einer Vielzahl von Stellen in einem Vorherd einer Vielzahl von drehbaren Spinnern, zugeführt werden.

Die Spinner erzeugen ihrerseits feine Fasern, die darunter auf einem sich bewegenden durchbrochenen Förderer gesammelt werden. In diesem Falle ermöglicht die Aufrechterhaltung einer konstanten Höhe der Glasschmelze im Vorherd oberhalb der Zufuhrleitungen, daß der mittlere Spiegel der Zufuhrleitungen in den Spinnern jeder Station bei gleichen Betriebsbedingungen erreicht wird.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Ziehen von Glasfaden, bei welcher aus einem kanalförmigen Vorherd in einer Reihe geschaltete Düsen gespeist werden, 'dadurch gekennzeichnet, daß beginnend vom Anschluß des Vorherdes (11) an die Schmelzwanne (10) bis zum Ende des Vorherdes (11) der Abstand zwischen Schmelzbadspiegel (30) und den Düsenaustrittsöffnungen (20) gleichgehalten ist, indem man bei waagerechtem Vorherd (11) die Düsen (18) entsprechend dem Schmelzbadspiegel stufenweise senkt und/oder den Boden des Vorherdes (11) seinem Ende zu neigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise Senkung der Düsen (18) durch hitzebeständige Einsatzstücke (46) erfolgt (Fig. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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