DE1930093B - Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von feinen Fasern gleichmäßiger Stärke unter weitgehendem Ausschluß von Schmelzperlen aus mineralischen oder organischen Materialien in viskosem Zustand, insbesondere von Glasfasern, Mineralfasern, Steinfasern und Schlackenfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von feinen Fasern gleichmäßiger Stärke unter weitgehendem Ausschluß von Schmelzpcrlen aus mineralischen oder organischen Materialien in viskosem Zustand, insbesondere von Glasfasern, Mineralfasern, Steinfasern und Schlackenfascrn. Sie umfaßt Verfahren zur Herstellung solcher Fasern und Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.

Bekannt ist eine Vorrichtung mit einer Schleuderscheibe, der ein schmclzflüssigcr Materialstrom zugeführt und von der Scheibe wieder abgeschleudert wird. Die abgeschleuderten Malerialteile werden dabei Blasströmen ausgesetzt und zu Fasern zerrissen. Nachteilig dabei ist, daß die Fasern verhältnismäßig

dick und ungleichmäßig sind und viele Schmelzperlen enthalten. Außerdem wird bei dieser bekannten Vorrichtung nur von einer einzigen Ebene abgeschleudert, und man erzielt daher nur ein verältnismäßig geringes Ausbringen an Fasern.

Bekannt ist ferner eine Vorrichtung mit einem hohlen Schleuderkörper, der an seiner Peripherie eine große Anzahl von Schleuderöffnungen aufweist. Das Arbeiten mit dieser Vorrichtung ist mit vielen Schwierigkeiten verbunden, da die öffnungen unter der Einwirkung des schmelzflüssigen Glases rasch verschleißen bzw. sich leicht verstopfen. Auch der Mantel, der die Schleuderöffnungen tragt, verwirft sich leicht '"enη die Temperatur nicht sehr genau geregelt wird. Daher bedingt das Arbeiten mit solchen Schleuderkörpern die Verwendung von relativ teuren Gläsern mit ganz bestimmten Eigenschaften (Entglasungsgeschwindigkeit. Viskosität usw.) sowie von verhältnismäßig teuren Metallegierungen für den Umfangsmantel des Schleuderkörpers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorbeschriebenen bekannten Arten zu vermeiden. Es sollen feine Fasern gleichmäßiger Stärke unter weitgehendem Ausschluß von Schmelzperlen hergestellt werden, das Ausbringen der Fasern soll groß sein, und ein rascher Verschleiß der Vorrichtung soll vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß mün das zu zerfasernde Material in Berührung bringt mit blatt- bzw. schaufelartigen Organen oder Flügeln, die eine Rotationsbewegung ausführen, wobei jeder Flügel einen Teil des Materials mitführt, welcher unter der Wirkung der Zentrifugalkraft das Ende des Flügels erreicht und sich davon löst in Form dünner Ströme oder Fäden, die danach einer Ausziehwirkung unterworfen werden, um sie in Fasern umzuwandeln.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Vorteile. Im Gegensatz zu der oben genannten, bekannten Schleuderscheibe, bei der die Schmelzmasse direkt zu Fasern zerrissen wird, bilden sich beim erfindungsgemäßen Verfahren zuerst Schmelzfäden, die danach zu Fasern ausgezogen werden. Auf diese Weise kann man nach dem erfindungsgemäöen Verfahren feine und gleichmäßige Fasern erzeugen. Da ferner beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur in einer Ebene Fasern erzeugt werden, ist ein gutes Ausbringen an Fasern gegeben. In bezug auf den oben genannten, bekannten Schlcuderkörpcr ist der Vorteil gegeben, daß es beim anmeldungsgcmäßcn Verfahren keinen Verschleiß und keine Verstopfung der SchleudcrölTnungen gibt. Auch ein Verwerfen des l'mfangsmantels ist nicht möglich.

Gemäß einem Merkmal ist die F.rfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Material den Flügeln zugeleitet wird in Form eines oder mehrerer dünner Ströme, die durch die Flügel aufgefangen werden.

Gemäß einer Abänderung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Flügeln in Berührung gebrachleri dünnen Materialströme vorher geteilt werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der von jedem Flügel mitgenommene Teil '!es Materials in Fäden aufgeteilt wird, indem man ihn in Kanälen oder über Unebenheiten am Ende des Flügels sich bewegen läßt.

Gemäß einem anderen Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man auf dem Flügel eine Materialreserve aus dem durch den Flügel aufgefangenen dünnen Strom bildet, wobei diese Reserve die Schicht speist, die durch die Wirkung der Zentrifugalkraft zum Ende des Flügels gezogen wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man den Flügeln eine Neigung in bezug auf den dünnen Materialstrom gibt. Hierdurch kann man eine gleichmäßige Verteilung ίο des Materials über die ganze Höhe des Flügels bei geringeren Geschwindigkeiten des dünnen Stromes erhalten, als sie notwendig wären, um dieselbe Verteilung mit dem dünnen Strom parallelen Flügeln zu erzielen.

Die dünnen Materialströme oder Materialfäden, die von den Flügeln ausgeschleudert werden, werden zu Fasern ausgezogen werden unter der alleinigen Wirkung der Zentrifugalkraft. Es ist in diesem Falle vorteilhaft, diese Fäden auf ei;.cr geeigneten Temperatur zu halten, indem man auf sL· einen Strom weicher Flammen wirken läßt, d. h. von Flammen, die keine kinetische Energie haben.

D^:e dünnen Ströme oder Fäden können auch zu Fasern ausgezogen werden durch die Wirkung eines »5 Strahles heißer Gase, der insbesondere erzeugt wird durch einen Brenner mit schlitzförmigem Austritt, der koaxial zum mit Flügeln versehenen Rotor vorgesehen ist.

Um das von den Flügeln mitgeführte Material im für seine Ausschleuderung gewünschten Zustand der Viskosität zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Ende der Flügel durch Induktion zu beheizen.

Die Erfindung umfaßt auch Vorrichtungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren. Nachstehend werden Ausführungsform^n solcher Vorrichtungen als den Schutzumfang nicht begrenzende Beispiele beschrieben.

In dieser Beschreibung wird Bezug genommen auf die Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 als Vertikalschnitt eine erste Ausführungsform,

Fig. 2 schematisch im Grundriß die Anordnung der Flügel,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung einen Rotor mit Flügeln,

F i g. 4 in perspektivischer Darstellung einer Einzelheit eines Flügels,

Fig. 5 als Vcrtikalschnitt eine zweiteAusfünrungsfunn,

F i g. 6 eine Darstellung von einer anderen Aiisführungsform,

Fig. 7 bis 9 Horizontalschnitte mit Darstellung der Bildung von Matcrialrcservcn auf den Flügeln.
Fig. 10 ei'ic Seitenansicht von Flügeln, die in bezug au^f die Rotationsachse des Rotors geneigt sind.

Die grundsätzliche Art der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen Rotor 1, der mit radial angeordneten Flügeln 2 versehen ist. Dieser Rotor wird über seine Achse 3 in rotierende Bewegung versetzt.

Ein dünner Materialstrom 4, der durch ein Gebläse 5 beschleunigt wird, fließt kontinuierlich zwischen die Flügel. Diese fangen ein Element des dünnen Materialstromes auf und führen es mit. Die Masse dieses Elementes hängt ab von dem Abstand zwischen den Flügeln, der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 1 und der Geschwindigkeit des dünner"

Materialstromes. Dieses Element des dünnen Glasstromes überzieht als Schicht den Flügel auf Grund der Rotation des Rotors 1 und wird durch die Zentrifugalkraft zum Ende des Flügels hin gezogen.

Das Ende jedes Flügels weist (F i g. 4) Spitzen 6 oder Kanäle auf, die dazu dienen, das Material in einen Zustand der Vorausteilung zu überführen, ehe es von den Flügeln abgeschleudert wird.

Die so abgeschleuderten dünnen Ströme 7 werden unmittelbar danach der Wirkung eines Fluidstrahles 9 — Verbrennungsgas oder Dampf — von großer Geschwindigkeit unterworfen, welcher sie zu Fasern auszieht. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform wird das Ausziehen bewirkt mittels Verbrennungsgas, das aus einem ringförmigen Brenner 8 austritt, der koaxial zum Rotor 1 ist.

Die Fasern werden weggeführt durch einen Blaskranz 10. der mit Luft oder Dampf gespeist wird.

Um dem Material eine genügend geringe Viskosität zu geben, damit es unter der Wirkung der Zentrifugalkraft von den Flügeln abgeschleudert werden kann, sieht man eine Heizung durch Induktion 11 vor, die dem Ende der Flügel und insbesondere ihren Spitzen eine geeignete Temperatur verleiht.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5 setzt man an die Stelle des Ausziehens durch ein Fluidum mit großer Geschwindigkeit ein Ausziehen durch die Wirkung der Zentrifugalkraft allein. Zur Vergrößerung der Ausziehwirkung hält man die dünnen Ströme 7 auf der geeigneten Temperatur durch Verwendung eines Brenners 12 mit weichen Flammen, d. h. Flammen ohne kinetische Energie. Ein Blaskranz 13 ermöglicht die Wegführung der erzeugten Fasern.

Wie beim vorhergehenden Beispiel sieht man ein System 14 zur Beheizung durch Induktion vor, das konzentrisch um den Rotor angeordnet ist.

Zur Erzielung einer guten Homogenität der Feinheit der erzielten Fasern muß man dafür sorgen, daß das Fließen des Materials zum Ende hin gleichbleibend ist. Man muß also eine Materialreserve auf jedem Flügel vorsehen, wobei diese Reserve ausreichend groß sein muß für ein kontinuierliches Ausschleudern der dünnen Ströme oder Fäden trotz der intermettierenden Speisung bei der Passage jedes Flügels durch den dünnen Glasstrom.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 führt man zwischen den Flügeln 27 einen vorher geteilten Materialstahl 4 α ein. Dieser Strahl wird erhalten, indem man auf einen peripherischen Punkt einer gerillten Scheibe 24 einen dünnen Materialstrom 4 fallen läßt, der unter der Wirkung der Zentrifugalkraft abgeschleudert und in einen geteilten Zustand überführt wird. Die Vorrichtung umfaßt eine ringförmige Verbrennungskammer 25. aus der ein Gas mit großer Geschwindigkeit und hoher Temperatur ausgeschieu-S dert wird, das das Ausziehen der von den Flügeln abgeschleuderten Fäden 26 zur Fasern bewirkt. Hie Vorrichtung wird vervollständigt durch einen Riaskranz 28, der mit Luft oder Dampf gespeist wird, und durch eine Heizung 29 mittels Induktion.

ίο Die F i g. 7 bis 9 zeigen Beispiele von Vorrichtungen zur Herstellung von Materialreserven auf jedem Flügel.

Beim Beispiel gemäß F i g. 7 gibt man dem Flügel 15 in der Nähe des Rotors 1 ein in bezug auf die Rotationsrichtung konkaves Profil. Es bildet sich in dem so entstandenen Hohlraum 16 eine Materialreserve.

Beim Beispiel gemäß Fig. 8 trägt der Flügel 17 einen Schirm 18, der eine Passage 19 für das Material

ao freiläßt. Die Reserve bildet sich hinter dem Schirm.

Bei der Abänderung gemäß F i g. 9 ist ebenfalls ein Schirm 18 vorgesehen. Aber der Flügel 20 hai ein Profil von derselben Krümmung, wie sie die Bahn hat. »lie von den ausgeschleuderten dünnen Strömen

«5 beschrieben wird. Diese Vorrichtung ermöglicht die Verbesserung des Fließens des Materials zum Ende des Flügels hin

Durch die Vervielfachung der Anzahl der dünnen Materialströme 4 kann man die Materialreserven auf den Flügeln vermindern oder ganz entbehren.

Bei der vorstehenden Beschreibung sind Flügel betrachtet worden, die in ihrer Anordnung den Mantellinien des Rotors folgen. Dabei ist eine gleichmäßige Verteilung des Materials über die Höhe jedes Flügeh nur möglich, wenn der aufgefangene Abschnitt des dünnen Materialstroms eine Länge hat, die ebenso groß ist wie die Höhe des Flügel·?. Diese Bedingung erfordert beträchtliche Geschwindigkeiten des dünnen Materialstromes, die entsprechend den Abmessungen des Rotors und seiner Rotationsgeschwindigkeit zwischen 10 und 80 m see liegen können.

Diese Geschwindigkeit kann beträchtlich vermindert werden, wenn man den Flügeln 21 eine Neigung in bezug auf die Rotationsachse 22 (Fig. 10) gibt

Die Länge des aufgefangenen Abschnittes 23 des dünnen Stromes ist in diesem Falle geringer als die Höhe des Flügels. Dieser Abschnitt des dünnen Stromes verteilt sich dann über die gesamte Oberfläche des Flügels. Die Gleichmäßigkeit dieser Verteilung hängt ab vom Winkel i. den der Flügel mit der Rotationsachse des Rotors bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von feinen Fasern gleichmäßiger Stärke unter weitgehendem Ausschluß von Schmelzperlen aus mineralischen oder organischen Materialien in viskosem Zustand, insbesondere von Glasfasern, Mineralfasern, Steinfasern und Schlackenfasern, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu zerfasernde Material in Berührung bringt mit blatt- bzw. schaufelartigen Organen oder Flügeln, die eine Rotationsbewegung ausführen, wobei jeder Flügel einen Teil des Materials mitführt, welcher unter der Wiikung der Zentrifugalkraft das Ende des Flügeis erreicht und sich davon löst in Form dünner Ströme oder Fäden, die danach einer Ausziehwirkung unterworfen werden, um sie in Fasern umzuwandeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekernzeichnet, daß das Material den Flügeln züge- ao leitet wird in Form eines oder mehrerer dünner Ströme, die durch die Flügel aufgefangen werden.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Flügeln in Berührung gebrachten dünnen Materialströme vorher geteilt werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Flügel eine Materialschicht gebildet wird, die geteilt wird, indem man sie in Kanälen oder über Unebenheiten am Ende des FIT gels sich bewegen läßt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man auf jedem Flügel eine Materialreserve aus dem durch den Flügel aufgefangenen dünnen Strom bildet, wobei diese Reserve die Schicht speist, die durch die Wirkung der Zentrifugalkraft zum Ende des Flügels gezogen wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Flügeln eine Neigung in bezug auf die Achse des Rotors gibt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Anspräche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die von den Flügeln ausgeschleuderten dünnen Materialströmc zu Fasern auszieht mittels eines ringförmigen Strahles aus warmen Gasen oder Dampf.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Materialströme durch die Wirkung der Fliehkraft ausgezogen werden und daß man die Temperatur der dünnen Ströme auf einem geeigneten Wert hält durch die Wirkung eines Stromes von weichen Flammen, d. h. von Flammen ohne kinetische Energie.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche I bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß man das Ende der Flügel beheizt, insbesondere durch Induktion.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern wegführt mittels warmer Gase oder Dampf, die bzw. der aus einem ringförmigen, zu den Flügeln konzentrischen Kranz austreten b/w. austritt.

H. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen mit Flügeln, Schaufeln od. dgl. (2) versehenen Rotor (1), einen Zulauf für den dünnen Strom (4) aus dem zu ze.-fasernden Material, wobei dieser Strom zur Vergrößerung seiner Geschwindigkeit ein Gebläse (5) durchläuft, eine ringförmige Verbrennungsl.ammer (8), die koaxial zum Rotor (1) ist und auf die durch Zentrifugalkraft ausgeschleuderten dünnen Ströme (7) Verbrennungsgase richtet, die das Ausziehen dieser Ströme zu Fasern bewirken, und einen mit Luft oder Dampf gespeisten ringförmigen Blaskranz (10) zurEntfemung der Fasern.

12. Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausziehen der dünnen Ströme (7) lediglich die Zentrifugalkraft zur Wirkung gebracht wird und daß die Vorrichtung einen ringförmigen Brenner (12) aufweist, der koaxial zum Rotor (1) sitzt und weiche Flammen erzeugt, die auf die dünnen Ströme während des Ausziehens wirken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine gerillte Scheibe (24) aufweht, der an einem peripherischen Punkt ein dünner Strom (4) des zu zerfasernden Materials zugeführt wird, wobei dieser Strom in geteiltem Zustand ausgeschleudert wird, ehe er mit den Flügeln (27) in Berührung kommt.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Endes der Flügel durch Induktion eine ringförmige Spule (11. 14, 29) vorgesehen ist, die von einem Hochfrequenzstrom durchlaufen wird.

15. Vorrichtung nach mindest.» einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Flügel mit Unebenheiten (6) versehen ist.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rotor benachbarte Teil der Flügel (15) gekrümmt ist mit dem konkaven Teil in Rotationsrichtung, um einen Hohlraum (16) zu bilden, in welchem sich eine Materialreserve bildet.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, da", am Flügel (17) ein Schirm (18) festsitzt, hinter dem die Materialreserve gebildet wird.