DE1596577A1

DE1596577A1 - Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Fasern,insbesondere von Glasfasern

Info

Publication number: DE1596577A1
Application number: DE19671596577
Authority: DE
Inventors: Dale Kleist
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1966-06-02
Filing date: 1967-05-31
Publication date: 1971-03-04
Also published as: DK114151B; NL6707307A; CH467733A; AT292941B; ES341255A1; NL140822B; BE699366A; ES353368A1; US3523774A; GB1160481A; FI47658C; FI47658B

Description

DR.-ΙΝΘ. OIPL.-ΙΝβ. M₁SC. ' PIPL.-PHYS. DRi DIPL.PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

F³ATENTAN WALTE IN STUTTGART

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29- Mai 1967 ■.. . ■

Owens-Corning Fiberglas Corporation iEoledo, Ohio, XJ„^s _eA_e

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Fasern*' insbesondere von Glasfasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Herstellung von Fasern aus einem durch Erhitzen aufschmelzbaren Werkstoff„ insbesondere zur Herstellung von Glasfasern, wobei der schmelzfltissige Werkstoff in einen hohlen Rotor geleitet und durch Zentrifugalkräfte in Vorfäden zerteilt wird, die durch einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom zu Fasern ausgezogen werden.

Bei den bekannten Einrichtungen zur Herstellung von Glasfasern hat die Umfangswand des Rotors zahlreiche Austritteöffnungen für das schmelzflUaäge Glas, und der Durchmesser dieser bekannten Rotoren beträgt ungefähr 20 om. Die bei sich drehendem Rotor

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aus den Ausflussöffnungen austretenden, viskosen Vorfäden werden von dem Hoehgeschvrindigkeitsgasstroin, bei dem es sich häufig um einen Dampfstrom handel—t, zu Pasern ausgezogen» Die bekannten Gasstrahlerzeuger für den Hochgeschwindigkeitsgas strom arbeiten mit einem Dampfdruck von 7 atü oder iuehr, da bei geringeren Drücken die Vorfäden nicht in der gewünschten Weiee au einzelnen, dünnen Pasern ausgezq§en werden»

Der GIaB-Durchsat3 durch einen hoäen Rotor von ungefähr 20 cm Durchmesser wird durch verschiedene Paktoren begrenzt. Notwendigerweise ist die Anzahl der Austrittsöffnungen in der Rotor-uafangswand begrenzt, und zwar ist sie um so kleiner, je kleiner der Durchmesser sowie die Höhe des Rotors sind» Aus diesem Grunde wurden schon Versuche gemacht, Rotoren dieses Durchmessers, jedoch mit größerer Höhe einzusetzen, jedocfi beeinträchtigten verschiedene Umstände eine günstige Verteilung des schmelzflüssigen Glases über die mit Austrittsöffnungen versehene Umfangswand _f da es unter anderem erforderlich ist, im Bereich der ganzen umfangsfläche das Glas im sohmelzflüssigen Zustand zu halten, damit sich an allen Austrittsöffnungen Vorfäden mit im wesentlichen derselben Viskosität ergeben. Bei Rotoren größerer Höhe werden aber die unteren Bereiche des Rotors leioht kühl, so daß dort die Viskosität des Glases in

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unzulässiger Weise ansteigt. Außerdem verschlechtert die ungleichförmige Temperaturverteilung den Glasdurchsatz im unteren Bereich eines solchen Rotors« tfei-tere Versuche zurErhöhung des Glasdurohsatzes bei Rotoren mit 20 cm Durchmesser durch Erhöhung der Drehgeschwindigkeit führten zu Glasfasorn schlechterer Qualität_β

Zum Zwecke der Erhöhung der Glasfaserausbeute wurde auch schon versucht, Rotoren größeren Durchmessers einzusetzen, jedoch ergaben sich dabei in Verbindung mit den üblichen Erzeugern für Hoehgeschwindigkeitsdampfströme Vorfäden unterschiedlicher Viskosität und infolgedessen Glasfasern minderer Qualität» Der Grund hierfür liegt darin, daß sich die Uinfangsv;and eines solchen Rotors nicht auf den erforderlichen, hohen Temperaturen halten IaQt₉ und daß sich eine ungleichförmige Teaperaturverteilung einstellt. Außerdem tritt in einer derartigen Einrichtung· in demjenigen Bereich, in dem die Vor fäden zu Glasfasern ausgezogen werden, eine außerordentlich starke Turbulenz auf, die ebenfalls au einer verschlechterten Glasfaserqualicät führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das die Verwendung von Rotoren größeren Durchmessers als bisher zulässt, ohne daß sich dadurch die Qualität der hergestellten Pasern verschlechtert _o Diene Aufgabe v/ird gemäß der Erfindung dadurch

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gelöst, daß der Gasstrom geringfügig in Richtung auf den Rotorumfang gerichtet und der Gasstromquerschnitt in Richtung der Gasströmung zunehmend eingeengt wird» Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß sich bei einer solchen Führung des Gasstromes im Bereich des Umfange de«* Rotors die erforderlichen hohen Temperaturen leicht einhalten lassen können, so daß sich Fasern guter Qualftät ergeben» Besonders zweckmäßig ist es, wenn zusätzlich ein heißer Gasstrom, vorzugsweise ein Strom von Verbrennungsgasen auf den Bereich gerichtet wird, in dem die Vorfäden den Rotor verlassen, und wenn der Gesamtquerschnitt der beiden Gasströme zunehmend eingeengt wird· Der heiße Strom von Verbrennungsgasen wird dann von dem Hochgeschwindigkeitsgasstrom längs der Umfangswand des Rotors entlanggeführt, so daß sich dort eine besondere gleichförmige Temperaturverteilung einstelllt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine bekannte Einrichtung zweckmäßigerweise derart abgewandelt, daß sie mindestens eine, den Rotor im Abstand umgebende Leitfläche für diesen Hochgeschwindigkeitsgasstrom aufweist, die in Richtung der Gasströmung auf die Rotor-Umfangswand zu konvergiert.

Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellende Kerlanale ergeben sich aus den Patentansprüchen und/oder aus

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der nachfolgenden Beschreibung« dieder Erläuterung zweier in der Zeichnung dargestellter Auaführungsbeispiele einer e.rfindungsgemäSen Einrichtung dient. Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Seitenansicht einer Einrichtung zur Erzeugung von Glasfasern mit mehreren» hintereinander angeordneten Einheiten zur GIaβfasererzeugung;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig„ 1 durch eine dieser Einheiten;

Fig. 3 einen Teil eines Axsialsohnittes durch einen ersten erfindungsgemäßen Rotor mit zugehörigem Gasstrahlerzeuger, und

Fig. 4 einen der Hg. 3 entsprechenden Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform_o

Sie in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Erzeugung einer Pasermatte hat einen Vorkammerofen 10, der mit einem geeigneten Schmelzofen 12 in Verbindung steht, in dem Glas oder ein anderes aufschmelzbares Material, das sfoh zur Herstellung vonfaineralischen Fasern eignet, aufgeschmolzen wird« Das geschmolzene Glas fließt von Schmelzofen 12 durch einen üblichen Kanal in den Vorkammerofen 10 und bildet dort einen Vorrat an sohmelzflüseigem : Glae für die verschiedenen Faserheretellungseinheiten. Bei den dargestallten Ausführungsbeispiel sind 3 solche Einheiten hintereinander unter dem Vorkammerofen angeordnet, Jβdooh können

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es mehr oder weniger derartige Einheiten sein, und ihre Anzahl hängt von dem Charakter der herzustellenden Hatte ab·

Unten am Vorkammerofen sind im Abstand voneinander Wannen befestigt, und zwar für jede der drei Einheiten eine Wanne, aus der einer oder mehrere Glasetröme in die darunterliegende Einheit fließen» Jede der unter der ihr zugeordneten Wanne angeordnete Einheit 16 wird von einem nicht dargestellten Gestell getragen und von einer Zylinderabschirmung 18 umgeben. Die hergestellten Glasfasern fallen in einen Schacht 22, über dem am unteren Ende der Zylinderabschirmungen 18 mehrere Sprühdüsen 25 im Abstand voneinander angeordnet Bind, die auf die in der vom Schacht 2d gebildeten Kammer 23 befindlichen Fasern ein Bindemittel oder dergleichen aufsprühen·

Am Grunde des Schachtes 22 befindet sich das obere Trum 24 eines endlosen Förderbandes 26, und die Glasfasern fallen unter dem Einfluß der sie ausziehenden Gaeströme sowie der Schwerkraft auf dieses obere Trum 24· IHs Förderband 26 läuft über mehrere Walzen 28, von denen eine in nicht dargestellter, üblicher Welse so angetrieben ist, daß sich das $ obere !Drum 24 gemäß Fig. 1 nach rechts bewegt· Unter dem letzteren sowie der Kammer 23 befindet sich eine Absaugkammer 30, die von einer Wanne 32 gebildet wird und über ein Saugrohr 34 Kit einem üblichen, nicht dargestellten Abaauggebläae verbunden ist, eo

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daß in der Kammer 30 ein unterdruck herrscht, der dazu beiträgt, daß sich die Fasern 20 auf dem oberen Trum 24 absetzen; ferner werden auf diese Weise die GaBe der zum Aueziehen angewendeten Gasströme abgesaugt· Sie Glasfasern bilden auf dem Förderband eine Faseranhäufung 36, die vom Förderband laufend unter einer Schmälzerolle 38 hindurchgeführt wird, welche die Fasern ssu einer Fasermatte 40 zusammenpresst« Diese Fasermatte wird dann schließlich von endlosen Förderbändern 42 und 44 durch eine Härtungskammer 46 hindurchgeleitet, in der durch Hitze und umgewälzte Luft das auf den Fasern befindliche Bindemittel in üblicher Weise ausgehärtet wird«,

Die Figo 2 zeigt einen erfindungsgemäßen, hohlen Rotor mit verhältnismäßig großem Durchmesser, einen Brenner, der den Rotorbereich erhitzt, sowie eine Torrichtung zur Urzeugung eines Hochgeschwindigkeitsgasstromes, der die vom Rotor erzeugten Vorfäden im ^Bereich der Umfangswand des Rotors zu Fasern auszieht β Die erfindungsgemäße Einrichtung hat ein Gestell 50, an dem ein kreisringföraiger Ringbrenner 52 montiert ist» Er hat einen kreisringförmigen Verteilorkopf 54 mit einem AnschluB-teilstück 56, über das der Ringbrenner mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch beschickt wird. Der Brenner hat eine Außen- und eine Innenwand 58 bzw. 60 sowie eine Bodenplatte 62. Die Innenflächen der beiden Wände 58 und 60 sind mit feuerfestem Material 64 beschichtet, das eine solche Formgebung aufweist,

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daß in ihm eine Brennkammer 65 von kreisringförmiger Gestalt

entstehtο Sie hat eine ebenfalle kreisringförmige Auslaßring-/ durch düse 66, die die heißen Verbrennungegase ausströmen und «te

die Umgebung des Hotorumfanges erhitzen.

An der Decke der Brennkammer 65 sind in Umfangerichtung im Abstand voneinander Offnungen vorgesehen, in die Einlaßetücke 67 eingesetzt sind. Jedes dieser Einlaßstücke hat eine Anzahl verhältnismäßig enger Einlaßkanäle 68, durch die hindurch das brennbare Gemisch aus dem Verteilerkopf 80 unter verhältnismäßig niederem Druck in die Brennkammer 65 geleitet wird.

Die Bodenplatte 62 weist einen nach unten vorspringenden RingfLansch 70 auf, und eine zweite, am Boden des Ringbrenners 52 angeordnete Hingplatte 71 hat eine besonders gestaltete Bodenfläche 72, die mit dem Ringflansch 70 zusammen die ausströmenden Verbrennungsgase in Richtung auf dan Rotor-Umfangebereioh lenkt«

Ein hohler Rotor 7.4 hat ein Nabenteilstück 76, eine Umfangswand 78, ein Deckenringteilstück 80, das das Nabenteilettiok 76 einstückig mit der Umfangewand 78 verbindet, und ein naoh innen vorspringendes "Bodenringteilstüok 62, das mit dem unteren Rand der Umfangswand 78 einstückig verbunden ist ο Die

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innere„ kreisförmige Kante dee Bodenringteilstückes 82 definiert eine Bodenöffnung 84 des Rotors»

Der Rotor iot an einer Hohlwelle 86 befestigt» die zu diesem Zweck einen Montageflansch 88 aufweist, gegen den das Habenteilstück des Rotors anliegt; Sehraubbolzen 90 dienen der Sicherung des Nabenteilstückea am Montage flansch«, Die Hohlwelle 86 und damit der Rotor sind mittels Lagern 92 drehbargplagert, die sswischen einem vom Ringbrenner 52 getragenen Tragrohr 94 und einer Hülse 96 angeordnet sind, weichletztere mit der Hohlwelle 86 verbunden istο An der Hülse 96 ist ein Riemensoheibenkörper 100 montiert, über den ein Treibriemen 102 verläuft, der auch über eine von einem Elektromotor 108 über eine Antriebswelle 106 angetriebene Riemenscheibe 104 geführt ist« Dieser Elektromotor treibt also die Hohlwelle 86 und damit den Rotor 74 an.

Innerhalb des Rotors befindet sich ein Verteilerkäfig 112, der das aus der dem jeweiligen Rotor zugeordneten Wanne 14 zufließende Glas auf die Innenumfangsfläche 110 der Umfangswand 78 des Rotors verteilt· Bei dem dargestellten AusfUhrungabeispiel tot der Vertellerlcäfig schüseelfurnig auegebildet und hat einen Boden 114 sowie eine Umfangswand 116; die letztere weist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 118 auf, duroh die das sohmelz-

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flüssige Glas bei sich drehendem Rotor unter dem Einfluß der Zentrifugalkräfte austritt und so auf die Innenumfangsflache 110 des Rotors gelangt» Der Verteilerkäfig 112 hat ferner einen Hontageflansoh 120, der abnehmbar mittels Schraubbolzen 122 an einem am unteren Ende der Hohlwelle 86 befestigten Haltering 124 montiert ist.

Das Gestell 50 trägt ferner eine kreisringförmige Trägerplatte 128, auf der ein Iragring 130 befestigt ist. Dieser trägt drei konzentrische Rohre, nämlich ein Innenrohr 132, ein Zwischenrohr 134 und ein Außenrohr 136, die HIe eines innerhalb der Hohlwelle 86 angeordneten Innenbrenners 138 bilden» Sin Versohlußring 140 befindet sich am unteren Ende des Zwischenrohres 134 und liegt gegen das Innenrohr 132 an. Eine vom letzteren sowie vom Zwischenrohr 134 gebildete Innenringkammer 142 stellt eine Kühlmittelringkammer dar, durch die sich Wasser oder ein anderes Kühlmedium in üblicher Weise hindurchleiten läßt·

Am unteren Ende des Innenrohres 132 sowie des AuQenrohres befindet sich eine Loc'iringplatte 144, die eine Vielzahl verhältnismäßig enger Bohrungen 146 aufweist. Der fragring 130 enthält eine Verteilerringkammer 148 und nimmt das Ende einer Zuflußrohrlaitung 150 auf, über die ein brennbares Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Ein nicht dargestelltes Ventil

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steuert den Zufluß dieses Gemisches durch die Leitung 150 in eine vom Zwischen- und Außenrohr 134 bzw. 136 gebildete Brennstoffringkammer 152.

Durch die Bohrungen 146 der Loehringplatte 144» die über dem Verteilerkäfig 112 angeordnet ist, fließt das brennbare Gemisch unter geringem Druck aus und verbrennt unterhalb dieser Lochringplatte, so daß der Rotor sowie der Verteilerkäfig bei der Aufnahme der Faserhersteilung - und falls dies wünschenswert ist, unter Umständen auch im normalen Betrieb beheizt werden können, so daß die Temperatur im Bereich des Verteilerkäfige gesteuert werden kann ο Das aus einer der Wannen 14 kommende sohmelzflüssige Glas fließt unter dem Einfluß der Schwerkraft durch einen Zuflußkanal 154, der vom Innenrohr 132 gebildet wird, nach unten in den Verteilerkäfig.

Die Umfangswand 78 des Hotors hat vorzugsweise einen Surohmesser von ungefähr 50,5 cm oder mehr. Außerdem ist sie mit mindestens 10 000 oder mehr, vorzugsweise mit ungefähr 12 000 oder mehr - kleinen Auslaßöffnungen versehen, durch die Ströme sohmelzflüesigen Glases infolge der Zentrifugalkräfte austreten und so die Torfäden bilden. Versuche haben gezeigt t, daß ein Rotor mit einem Außerdurohmesser von ungefähr 30,5 cm sowie oa. 12 000 Auslaßöffnungen für die Vorfä.den,„ zufriedenstellend arbeitet, ohne daß sich die Vorfäden oder

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Fasern beim Ausziehen gegenseitig beeinflussen.

Zur Erzeugung eines kreisringförmigen Hochgeschwindigkeitsgasstromes, der die auetretenden Vorfäden zu feinen Glasfaeern 20 auszieht» umgibt den Rotor 74 ein Gasstrahlerzeuger 156, der ein kreisringförmiges Kammergehäuse 158 aufweist, welches zusammen mit einem Deckel 162 eine Ringkammer 160 bildet» Der Deckel ist am Kammergehäuse 153 mittels Schraubbolsen 164 befestigt«

Das in den Pig. 2 und 3 dargestellte Kammergehäuse 158 hat auf seiner Innenseite eine sich nach oben erstreckende Innenwand 166 mit einer nach oben und außen geneigten oberen Innenkegelfläche 168 sowie einem sich nach innen erstreckenden Teilstück, das eine Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angerodneten Schlitzen 170 hat* durch die Dampf oder ein anderes, in der Ringkammer 160 unter Druck stehendes Gas ausströmt» Alle diese Gasström© bilden zusammen den zum Ausziehen der Vorfäden angewendeten Hochgeschwindigkeitsgasstrom«

Der Deekel 162 hat eine nach unten vorspringende Ringnase 176, gegen die ein Oberflächenteilbereich der Innenwand 166 in der Umgebung der Schlitze 170 anliegt. Eine ebenfalls einen Kegelstumpf bildende Kegelflache 178 der Ringnase 176 arbeitet

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mit der oberen Innenkegelflache 168 des Kammergehäusea 158 so zusammen, daß der den Schlitzen 170 entströmende Hochgesehwindigkeitsgasstrom auf die vom Rotor erzeugten Vorfäden einwirkt und diese zu Fasern aussieht. Der Hingflansoh 70 der Bodenplatte 62 hat einen Abstand vom Deckel 162, so daß ein Ringdurchlaas 182 entsteht, durch clen aus der Umgebung Luft in den Hocbgeachwindigkeitsgasstrom eingesaugt werden kann. BIe Ueigung der oberen Innenkegelflache 168 der Innenwand 166 bezüglich der Brechachse des Rotors beträgt ungefähr 12°_f jedoch kann dieser Neigungswinkel zwischen 10 und 15° liegen.

Bei aem in den Fig» 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umfangswand 78 des Hotoxv-s 74 bezüglich dessen Drechachse sowie bezüglich des BodenringteilStückes 82 geringfügig nach oben und außen geneigt« Dieser bei 184 angedeutete Heigungwinkel der Auaemfläohe der Ümfangswand 78 liegt vorzugsweise zwischen 2 und 5°» Doj/toaximale AuSendurohmeeser des Rotor-s beträgt vorzugsweise 30,5 cm, sofern ee wünschenswert ist, kann er jedooh auch ohne weiteres noch größer gemacht werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn die Drehzahl des Rotors so gewählt wird, daS seine lineare Umfangsgeschwindigkeit 30 iq/βθο. übersteigt. Bei Verwendung eines Rotors mit größerem Durchmesser muß dessen Drohzahl entsprechend proportional herab-

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Für das Ausziehen der Vorfäden zu qualitativ hochwertigen Fasern ist ferner die Neigung der unteren Innenkegelfläche 188 der Innenwand 166 wesentlich· Bis jetzt war es üblich, bei den bekannten Vorrichtungen die der unteren Innenkegelfläche 188 entsprechende Fläche nach unten divergieren zu lassen» d. h« diese Fläche bildete einen sich nach unten erweiternden Kegel mit der Drehachse des Hotors als Ach-se. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß durch Umkehrung der Keigung der unteren Innenkegelfläche 188 - diese bildet bei der erfindungogemäSen Einrichtung einen sich nach oben erweiternden Kegelstumpf - erhebliche Vorteile erzielbar sind·

Der in Flg. 3 bezüglich der Linie A-A mit 190 bezeichnete Neigungswinkel ( die Linie A-A ist parallel zur Rotationsachse des Hotors ) liegt zwischen 2 und 10°, bevorzugt wird jedoch ein Neigungsv/inkel von ungefähr 5°· Die horizontale Linie 192; die die Schnittlinie der beiden Innenkegelflachen 168 und durchsetzt» liegt zweckmäSigerweise geringfügig unter der Ebene» in der die oberste Reihe der Auslaßöffnungen 79 des Rotors liegt; es ergeben sich nämlich dann besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisae bezüglich des Ausziehens der Vorfäden zu Fasernο

Wie die i?ig.» 3 fowwr üulgt, sind dt« Halgungen der Außenfläche

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der Umfangswand 78 des Rotore sowie de? unteren Xnn&egelflache des Kamisergehäuses 58 zueinander so gewählt» daß diese beiden Flächen von der horizontalen Linie 192 nach unten konvergieren· Dies ist ein weiteres, besondere vorteilhaftes Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung, da auf diese Weise der Hochgeschwindigkeitsgasatrom auf die Unfangswand 78 des Rotors zu gerichtet wird·

Die heißen Verbrennungsgase aus der Bronnkammer 65 strömen nach unten entlang der Umfangswand 78 des Rotors, und der Hochgeschwindigkeitgasstroiü des Gas Strahlerzeugers 156 sowie die durch den Ringdurchlass 182 in diesen Hochgeschwindigkeitagasstrom hineinan angesaugte Umgebungsluft sorgen dafür, daß die heißen Verbrennungegase über die ganze Länge der TJmfangswand an dieser vorbei streichen_β Dies ist ein großer Vorteil der erfindungsges&ßen Einrichtung, da auf diese Weise die heißen Verbrennungsgase die Rotorumfangswand gleichmäßig erhitzen, so daß alle Vorfäden im wesentlichen mit derselben Viskosität aus den Auslaßöffnungen 79 austreten* Durch eine B grenzung und Einengung des Strömungsquerschnittes der Verbrennungsgase, der eingesaugten Umgebungsluft sowie des Hochgesohwindigkeitsgasstromes in dem nach unten konvergierenden Bereich zwischen Rotor-Umfangswand 78 und unterer Innenkegelfläohe 188 wird über eine verhältnismäßig große Länge unterhalb den Schlitze 170 des Gasstrahlerzeugers eine äußerst hohe Strömungsgeschwindigkeit aufrecht erhalten., und in dem Bereich, in dem die

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Vorfäden zu Fasern auegezogen werden, ergibt sich gegenüber den bekannten Einrichtungen nahezu keine oder nur eine äußerst geringfügige Turbulenz*

Diese Merkmale der erfinduagsgemäßen Einrichtung verbessern das Ausziehen der Vorfäden ganz wesentlich, und es ergeben eich längere Fasern besserer Qualität· Außerdem zeigt es sich, daß sich auf diese Weise der Druck für die Erzeugung des Hoohgeschwindigkeitsgasstromes um 20 $> oder mehr vermindern läßt» ohne daß der Ausziehvorgang darunter leidet, was zu einer erheblichen Verminderung ieb Wärmeenergiebedarfs und einer erhöhten Faserausbeute führt«,

Ferner zeigte es sich, daß die Herstellung einer Fasermatte mit Hilfe des erfindungsgenäßen Verfahrens s&wie der Einrichtung nach der Erfindung zu einem Endprodukt führte, dessen Dichte gegenüber den bekannten Fasermatten wesentl nh kleiner ist» ohne daß deshalb die Wärmeisolierungseigensohaf oder der sogenannte K-Faktor verschlechtert wurden·

Die Verbrennungswärme in den Gasen, die aus der Brennkamme:'· 65 &ua ausströmen, führt au einer Temperatur in der Umgebung des Rotors, die wesentlich über der Erweichungstemperatur des Glases liegt· Dies gilt insbesondere für den Beaieh längt*

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der ITmfangsvrand des Rotors_f so da8 alia Vorfäden im wesentlichen dieselbe Viskosität haben» wenn sie eich vom Umfang des Rotors weg in diejenige Zone bewegen, in der sie vom Hochgeschwindigkeitsgasstrora ausgezogen werden«. Ferner führt die Begrenzung der eingesaugten Umgebungsluft mit Hilfe des Ringdurchlasses 182 dazu, daß dieae eingesaugte Luft zusammen mit dem Hochgesehwindigkeitsgasstrom die Wärmeenergie der Verbrennungsgase aus der Brennkammer 65 längs der Umfangewand 78 des Rotors zusammenhalten»

Pig» 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der die Neigung der Umfangswand des Rotors bezüglich der Drehachse des letzteren abgewandelt wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Brennkammer 65'» Ringflansoh 70', Kammergehäuse 58* und Deckel 162* im wesentlichen identisch mit den entsprechenden Teilen des Ausführungsbeispieles nach Pig· 3°

Auoh hler wird Umgebungsluft in den Hochgeschwindigkeitsgasatrom durch den RingdurchlaQ 182* eingesaugt, und die den Hoohgeechwindlgkeitsgaestrom ergebenden Oase entströmen den in Uiafangeriohtung im Abstand voneinander angeordneten Schlitzen 170*. Auoh die Neigungswinkel der Innenkegelfläohen 168»und 188· des Gasetrahlerzeuger8 156* sind im wesentlichen dieselben wie bei Com AußfUhrungebeiepiel nach Pig=, 3«

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Andererseits hat der Rotor 200 hier eine Umfangswand 202 anderer Neigung· Sie hat wieder zahlreiche, verhältnismäßig enge· Auslaßöffnungen 204, durch die das an der Rotorinnenfläche 206 befindliche Glas in Form von Vorfäden unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte nach außen austritt, und zwar wieder in einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom mit kreisringförmigem Strömungaquerachnitt, der sich aus den den Schlitzen 170* des Gasstrahlerzeugers 156* entströmenden Gasen zusammensetzt« Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Rotor jedoch an seinem unteren Ende den größten Aussendurchme&ser von ungefähr 30,5 cm oder mehrο

Der Rotor hat ein Habenteilstück 210, das mit dem oberen Endteilstück der Umfangswand 202 Über ein Seckenringteilstück 212 einstückig verbunden ist«, Der bei 190* angedeutete Neigungswinkel der unteren Innenkegelflache 188* des Gasstrahlerzeugers (bezogen auf die zur Rotordrehachse parallele Linie A^f-A¹) kann mit dem Neigungswinkel 190* in Fig. 3 übereinstimmen, d«, h. zwischen 2 und 10° liegen; die untere Innenkegel fläche bildet also auch hier einen nach unten konvergierenden Kegelstumpf ₀ -■··-«

Mit 216 ist der Neigungswinkel der Rotor-Umfangewand 202 bezeichnet, die einen nach oben zu konvergierenden Kegelstumpf

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bildete Der Neigungswinkel 216 - der auf die zur Rotordrehaohse parallele vertikale Linie B'~B* bezogen ist - kann zwischen 0 und 5° liegen, bevorzugt wird jedoch ein Neigungswinkel von ungefähr 2°·

Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ergeben sich qualitativ hervorragende Fasern, was unter anderen auf die fehlende Turbulenz zwischen Gasstrahlerzeuger und Rotor zurückzuführen ist» Besondere Torteile bringt es mit sich, wenn die Neigung der Rotor-Umfangswand 202 bezüglich der Neigung der unteren Innenkegelflache 188» so gewählt ist, daß Rotorumfangswandaußenfläche und untere InnSkegelfläche 188* im Bereich unter der horizontalen Linie 192* geringfügig aufeinander zulaufen» Eine solche Konstruktion führt dazu, daß die hohe Geschwindigkeit des die Vorfäden ausziehenden Gasstromes über die ganze Länge der Umfangswand

sch

des Rotors aufrecht erhalten bleibt. Die ge/ilderten erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens sowie der Einrichtung zur Herstellung von Fasern führen dazu, daß der Hoohgesohwindigkeitsgasstrom von der unteren Innenkegelfläche 188 bzw. 188¹ in Richtung auf den Rotor gelenkt wird und deshalb die heißen Verbrennungegase der Brennkammer 65 bzw» 65* so zusammenhält, daß diese die gesamte Außenfläche der ümfangswand 78 des Rotors gleichmäßig erhitzen; dies bewirkt das Austreten von Vorfäden im wesentlichen einheitlicher Viskosität»

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Ferner führt die Begrenzung und Einengung dee Strömungequerschnittes der Verbrennungsgaae, der eingesaugten Umgebungaluft sowie der Gase des Hochgeschwindigkeitagasstromes zwischen Rotorumfangswand und Gasstrahlerzeugerinnenflache, die nach unten aufeinander zulaufen« dazu, daß die Gase des Hochgeschwindingksitsgasstromee ihre hohe Strömungsgeschwindigkeit über eine größere Strecke unterhalb der Schlitze 170 bzw. 170^f beibehalten, und daß die Turbulenz in der Zone, in der die Vorfäden zu Pasern ausgezogen werden, unterdrückt wird.

Alle diese Faktoren begünstigen ein verbessertes Ausziehen der Vorfäden zu langen, dünnen Fasern besserer Qualität.

Außerdem ermöglichen das erflndungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung nach der Erfindung die Verminderung der Drücke zur Erzeugung des Hochgeschwindigkeitagasstroms, so daß die Faserherstellung infolge erheblicher Energieeinsparungen wirtschaftlicher wird« Der Hochgeschwindigkeitsgasstrom läßt sich zwar mit Druckluft erzeugen, jedoch wird die Verwendung hochgespannten Dampfes bevorzugte

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Claims

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29o Mai 1967 Φ.Ί - «θ·-·

Patentansprüche :

ο Verfahren aur Herstellung von Pasern aus -ainem durch Erhitzen aufschinfilzbaren Werkstoff, im^besondere zur Herstellung •von Glasfasern, bei dem der sehtaelaflüasi/;© Werkstoff in einem hohlen Rotor geleitet und durch Zentrifugalkräfte in Vorfüden zerteilt wird, die durch einan Hochgeachwindig» keitsgaustrom zu Fasern ausgesogen werden» dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom geringfügig in Richtung auf den Eotormnifang gerichtet und der Gas3tromq,uerechnitt in ilichtung der Gawströnmng zunehmend eingeengt wird ο

2. Verfahren naoh Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der sohneli flüssige Werkstoff in mindesteao 10000 Vorfäden aufgeteilt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennseichnet, daß der Gaüftrom in Richtung auf den Rotor eingeengt wird₀

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, d?iß zusätzlich ein heißer Gasstrom, vorzugowoiee ein Strom von VerbrsnnungBgaeen auf den Bereich geriohtet wird, in dem die Vorfäden den Rotor verlassen, und daö der (ioanrntquorti ;hri.tl; der bajdm iiaflBtrHwe zunehmend eingeengt

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β Verfahran nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnetp daß der Zufluß vom Hochgeschwindigkeitsgasatrom angesaugter Umgebungsluft "begrenzt und diese angesaugte Luft von den Verbrennungsgasen erhitzt wird»

6< Verfahren nach Anspruch 4 oder 5₉ dadurch gekennzeichnet, daB zu.? Erzeugung de» heißen Gasstromes ein brennbares Gemisch in einer Brennkammer verbrannt wird»

7ο Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einengung des Hochge-Fchwinligkeitsgasstroiues der heiße Gasstrom auf den Bereich beschränkt wird, in dem die Yorfäden den Rotor verlassen,

0»/ Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche _t mit einem hohlen Rotor, dem der sohmelssflüssige Werkstoff zugeführt wird uad dessen Umfangswand eine Vielzahl von Auslassöffnungen für die viskose Vorfäden aufweist, sowie mit einem den Rotor umgebenden Gasstrahlerzeuger sur Abgabe des Hoohgeaohwindigkeitsgasstroxaes, gekennzeichnet durch mindestens einej den Rotor (74) im Abstand umgebende Leitfläche (168* 188; 168*, 188') für diesen Gasstrom, die in Richtung der Gasn-kr.niung auf die Rofeor-ünfangsv/ond (78; 202) zu konvergiert.

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9« Einrichfcung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (65; 65*) zur Erzeugung des heißen Gasstromes, die eine auf dem Umfangsbereieh des Rotors gerichtete, vorzugsweise kreisringförmige Austrittsöffnung, (70;70*) hat, so daS der heiße Gasstrom der Umfangswand des Rotors entlangströmt.

Oo Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die TJmfangswand des Rotors v/enigBtens 10000 Auslaßöffnungen (79ϊ 204) hat.

H₀ Einrichtung nach einem oder niohreren eier Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrahlerzeuger (156; 156') eine den Rotor umgebende Austrittsöffmragen (170) aufweisende tferteilarkammer (160; 160^f) hat, die vorzugsweise kreisringföraig ist«

2* Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerkammer eine lregelßtumpfförmige Innenfläche (168; 188) als Leitfläche hat.

3. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Rotors ungefähr 30,5 cm beträgt, und die Umfangewand des Rotors ungefähr 12000 Auslassöffnungen hato

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14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Aneprtiohe 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (78) des Rotors (74) Kegelstumpfform hat.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen von Brennkammer und Gasßtrahlererzeuger relativ zueinander und bezüglich des Rotors so angeordnet sind, daß der Hochgeschwindigkeitsgasstrom den Strom von Verbrennungsgasen im Bereich der Umfangsv/and des Rotors zusammendrängt.

16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 -15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auetrittsöffnung der Brennkammer einen geringeren radialen Abstand von der Drehachse des Rotors hat als die Austrittsöffmingen der Verteiler?-

17. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rotors vor. unten nach oben zunimmt.

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18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 hie 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rotors von unten nach oben zunimmt (Fig. 4)«

19· Rotor zur Glasfaserherstellung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine verhältnismäßig dünne Umfangewand, die mindestens 10000 Auslaßöffnungen aufweist.

20. Rotor nach Anspruch 19t gekennzeichnet durch einen Durchmesser von ungefähr 30,5 cm.

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