DE2730886A1

DE2730886A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von fasern, insbesondere glasfasern

Info

Publication number: DE2730886A1
Application number: DE19772730886
Authority: DE
Inventors: Elmer Paul Rieser
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-08
Publication date: 1978-01-12
Also published as: FI61461B; FR2357493B1; SE7707923L; JPS6035299B2; US4227906A; ES460493A1; FR2357493A1; NO772423L; AU505732B2; ZA773562B; NL7707185A; BR7704445A; NO143215C; BE856436A; CA1096168A; AU2610277A; DK310677A; CA1094321A; GB1537598A; NO143215B

Description

OR.-ING. DIPL.-INt.. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. DIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT - GRIESSEACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART 2/30886 A 42 39Om Anmelder: Owens-Corning Fiberglas Corporation

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5. Juli 1977 Toledo, Ohio 43 659 / USA

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern, insbesondere Glasfasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus geschmolzenem mineralischem Material, insbesondere Glas. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Ausziehen von Glasfasern aus einem Speiser oder einer Düse, die geschmolzenes Glas enthält und deren Boden Durchbrechungen aufweist, aus welchen Glasströme austreten, die zu Fäden ausgezogen werden.

Eine der Begrenzungen und Einschränkungen, die bei der Herstellung von Glasfasern berücksichtigt werden muß, ist die Anzahl der Fasern, die man aus einer üblichen Düse ausziehen kann, deren Boden mit öffnungen, üblicherweise mit Spitzen oder VorsprUngen versehen ist, deren jede über eine öffnung verfügt. Aufgrund der Fähigkeit des geschmolzenen Glases, über die Düsenbodenflache entlangzukriechen und diese zu überfluten, ist zwischen den einzelnen öffnungen ein gegebener, minimaler Abstand erforderlich. Andererseits ist aber das Ausmaß der Bodenwand der Düse begrenzt durch die Eigenschaften der für die Herstellung solcher Düsen verfügbaren feuerfesten Metalle und Materialien. In der Praxis hat sich daher herausgestellt, daß eine üblicherweise mit Spitzen und öffnungen versehene Düse größenordnungsmäßig auf etwa zweitausend Austrittsöffnungen für Glasfäden beschränkt ist.

Ein Vorschlag zur Vergrößerung der Austrittsöffnungsanzahl, die bei einer Düse möglich ist, besteht darin, daß man einen

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Fluidumsfluß, beispielsweise eine Luftströmung auf die in diesem Fall keine Vorsprünge, sondern lediglich Durchbrechungen aufweisende Düse richtet. Der auf die Düse auftreffende Fluidumstrom dient dazu, das aus den öffnungen oder Durchbrechungen austretende Glas schnell abzukühlen und verhindert daher ein überfluten der Düse, im besonderen also des Düsenbodens mit Glas; auf diese Weise kann man eine größere Anzahl von öffnungen in einer Düse vorsehen. Ein entsprechendes Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung läßt sich dem US-Patent 3 905 790 entnehmen. Dieses US-Patent enthält den Vorschlag, daß der nach oben gerichtete Fluidumsfluß, der auf die Düsenbodenwand auftrifft, dazu dienen kann, Taschen von stagnierenden Fluidumsbereichen auf der Düsenunterseite zu verhindern, wobei dann ein Teil des auftreffenden Fluidums seitlich von dem Bereich der öffnungen der Düsenbodenwand nach außen abfließen kann.

Eines der Probleme, welches bei der Verwendung eines auf die Düsenbodenwand auftreffenden Fluidums berücksichtigt werden muß, ist die Kontrolle oder Steuerung des Fluidumsflusses selbst. Etwas von dem Fluidumsfluß, der üblicherweise eine Luftströmung ist, wandert mit den sich nach unten bewegenden Fasern oder Fäden mit. Es ist auch möglich, daß ein großer Anteil des Luftflusses, wie er im folgenden lediglich noch genannt wird, vom Ort des Auftreffens auf die Düse nach außen und dann nach unten verläuft. In einigen Bereichen angrenzend an die Düse können Wirbelströme auftreten, während andere Bereiche über Taschen von im wesentlichen stationären Fluidumsbereichen verfügen. Besonderheiten und Eigenheiten des speziellen Flußmusters der Luftströmung können auch Temperaturveränderungen in der Bodenwand der Düse selbst hervorrufen.

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Es hat sich herausgestellt, daß der Luftfluß und daher auch die Umgebung im faserbildenden Bereich kontrolliert und gesteuert werden kann, und zwar teilweise dadurch, daß man eine Formkamme r bildet, die aus der Bodenwand der Düse und aus Seitenwänden besteht, die sich von dieser Bodenwand ausgehend kontinuierlich nach unten erstrecken; die Seitenwand oder die Seitenwände verfügen über eine oder mehrere öffnungen, die den Luftstrom aufnehmen oder die Luft auch absaugen. Weiter hat sich herausgestellt, daß der Luftfluß, nachdem er in Richtung auf die Düsenbodenwand geführt worden ist, einer ergänzenden Kontrolle dadurch zugänglich ist, daß man Stellglieder und Regeleinrichtungen vorsieht, die das Luftvolumen und die Geschwindigkeit der Luft oder des Fluidums kontrollieren, die durch diese öffnungen fließt.

Dabei ist es auch möglich, daß man das Temperaturmuster der Bodenwand der Düse durch eine entsprechende Kontrolle des Fluidumsflusses beeinflußt insofern, als die Temperatur bestimmter lokalisierter Bereiche der Düsenbodenwand in erheblichem Maße dadurch beeinflußt und geändert werden kann, daß man die Größe und die Position der Seitenwandöffnungen modifiziert und damit auch den durch diese fließenden Luftfluß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus geschmolzenem mineralischem Material, insbesondere zur Herstellung von aus geschmolzenem Glas ausgezogenen Glasfasern zu schaffen, welche die Vergrößerung der Düsenaustrittsöffnungen in der Bodenwand der Düse in erheblichem Maße ermöglicht und gleichzeitig solche Umgebungsbedingungen für die austretenden Glasströme schafft, daß das Ausziehen nicht beeinträchtigt wird.

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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs genannten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin, daß von der mit Offnungen versehenen Bodenwand der Düse zur Bildung einer unten offenen Formkammer, durch welche die ausgezogenen Fäden laufen, Seitenwände kontinuierlich nach unten ausgehen, daß ein Fluidum (Luft) zuführende Anordnungen vorgesehen sind, die einen Fluidumsfluß auf die Bodenwand der Düse richten und daß mindestens eine weitere öffnung in der Seitenwand der Formkammer vorgesehen ist.

Bei der Erfindung ist daher eine Düse, aus deren mit öffnung versehener Bodenwand Fäden ausgezogen werden können, vorgesehen, die Über mindestens eine Seitenwand verfügt, die sich von der Bodenwand ausgehend nach unten erstreckt, so daß eine sogenannte Formkammer gebildet wird. In der diese Formkammer bildenden Seltenwand befindet sich mindestens eine öffnung für die Abführung eines Gases oder eines Fluidums, welches in Richtung auf die Düsenbodenwand geführt worden ist. Durch die mindestens eine Seitenwandöffnung fließt mindestens ein Teil dieses Fluidums, gleichzeitig mit diesem Flußmuster - es handelt sich beim bevorzugten Ausführungsbeispiel um die Einleitung von Luftströmen gewünschter Art und Menge - werden die Fasern aus den Düsenöffnungen ausgezogen. Das Volumen und die Geschwindigkeit des durch die Seitenwandöffnungen aus der Formkammer wieder austretenden Fluidums läßt sich einstellen und kontrollieren, üblicherweise sind eine Vielzahl von öffnungen vorgesehen, wobei jede einzelne öffnung für sich kontrolliert und in ihrem Durchsatz so eingestellt werden kann, daß der Fluß des Fluidums in den an diese jeweilige öffnung angrenzenden Teilbereichen der Formkammer kontrolliert werden kann. Dabei kann auch mindestens ein Teil des aus der Formkammer durch die öffnung abgezogenen Fluidums wieder zur Formkammer zurückgeführt und dort in Rieh-

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tung auf die Düsenbodenwand geblasen werden. Durch die gesteuerte Einflußnahme auf den Luftfluß durch mindestens eine der öffnungen in der Seitenwandformkammer ist es möglich, sowohl die lokalen Umgebungsbedingungen innerhalb der Formkammer und im Ausziehbereich zu kontrollieren als auch Bedingungen und Eigenschaften der Düsenbodenwand selbst, insbesondere ihr Temperaturmuster .

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert; die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine Glaszieheinrichtung, die als Speiser, Buchse oder Düse bezeichnet werden kann, wie sie im folgenden im übrigen ausschließlich noch genannt wird. Der Zeichnung läßt sich weiterhin entnehmen eine den Umgebungsbereich der Düse kontrollierende Einrichtung, die entsprechend erfindungsgemäßen Grundsätzen ausgebildet ist.

Die folgende Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels vorliegender Erfindung verwendet als faserbildendes Material Glas und als auf die Düse auftreffendes bzw. auf diese gerichtetes Fluidum Luft. Es versteht sich aber, daß auch andere faserbildende Materialien auf mineralischer Grundlage und andere Strömungsmittel oder Fluiden, wie beispielsweise Kohlendioxyd, Stickstoff und inerte Gase verwendet werden können, wobei diese Gase insgesamt in ihrem Strömungsfluß auf die Bodenwand der Düse gerichtet sind. Es versteht sich auch, daß bei der Düse zwar auch nur eine einzige Austrittsöffnung für das Gas verwendet werden kann, die folgende Beschreibung sich jedoch mit einer Vielzahl solcher öffnungen beschäftigt. Die Beschreibung ist

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daher auch nicht einschränkend, sondern lediglich als ein Ausführungsbeispiel erläuternd anzusehen.

Die allgemeine Konfiguration der Düse ist so, wie in der Zeichnung angegeben; es handelt sich um eine Düse 22 mit Anschlußklemmen 24 für die Zuführung elektrischer Heizleistung, wobei innerhalb der Düse geschmolzenes Glas 34 befindlich ist, welches in Form von Fasern oder Fäden 36 aus der Düse ausgezogen wird, und zwar durch öffnungen 32, die sich in der Bodenwand 30 der Düse befinden. Die Anzahl dieser öffnungen in der Düsenbodenwand kann sich auf 5000 bis 10 000 und darüber hinaus belaufen. Die ausgezogenen Fäden werden, was jedoch nicht dargestellt ist, zu einem Strang zusammengefaßt und dann beispielsweise zu einer Wickelspule aufgewickelt. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Bodenwand der Düse flach und eben, sie kann aber auch nach oben oder nach unten gewölbt ausgebildet sein. So kann die Bodenwand beispielsweise nach unten konvex, also runderhaben mit gleichmäßig gekrümmter Oberfläche verlaufen; alternativ kann die Bodenwand auch V-förmig ausgebildet sein und verfügt über einen nach unten sich erstreckenden Scheitelbereich. Von allen Seiten der Düsenbodenwand erstrecken sich kontinuierlich nach unten Seitenwände 50. Diese Seitenwände können gegenüber dem Düsenboden elektrisch durch eine Isolierung 51 isoliert sein. Diese Seitenwände bilden in Verbindung mit der Bodenwand der Düse eine nach unten offene Kammer, durch welche die ausgezogenen Fäden laufen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Formkammer, wie sie im folgenden bezeichnet wird, von zylindrischer Form und verfügt daher über einen kreisförmigen Querschnitt, es können aber auch in Verbindung mit der Erfindung andere Querschnittsformen für die Formkammer verwendet werden. Darüber hinaus kann diese Formkammer auch über eine Bodenteil-

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wand verfügen, vorausgesetzt, daß für den Durchlauf der ausgezogenen Fäden eine ausreichend große öffnung vorhanden ist.

Ein Teil der Seitenwände kann aus einer Luftverteilerleitung 52 bestehen oder eine solche umfassen. Die Verteilerleitung oder Ringleitung verfügt über eine ringförmige Form, wie in den Zeichnungen dargestellt und befindet sich daher in Übereinstimmung mit der zylindrischen Form der Seitenwände 50. Der Ring- oder Verteilerleitung wird von einer nicht dargestellten Quelle Luft zugeführt. Eine ebenfalls ringförmige öffnung 54 der Verteilerleitung richtet einen Luftfluß aus dieser in die Formkammer und in Richtung auf die Düsenbodenwand. Die Ringleitung und die ringförmige öffnung dieser Leitung entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können der Bodenwand der Düse einen im wesentlichen gleichförmigen Luftfluß zuführen. Die Menge und die Richtung des Luftflusses läßt sich durch Veränderung des Luftdrucks innerhalb der ringförmigen Verteilerleitung modifizieren, außerdem durch Änderung der Größenabmessungen der Ringöffnung und der Orientierung des Winkels dieser öffnung.

Das soeben beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine ringförmige Verteilerleitung und auf eine entsprechende öffnung zur Zuführung eines Luftflusses zur Düsenbodenwand; die erfindungsgemäßen Grundsätze können aber auch dort und bei solchen AusfUhrungsbeispielen angewendet werden, wo der Luftfluß von einer einzigen Düse oder von einer Mehrzahl von Düsen erzeugt wird. So können beispielsweise bei einer V-förmigen Bodenwand einer Düse ein Paar sich gegenüberliegender Luftdüsen verwendet werden, die den Luftfluß jeweils gegen eine Fläche der Düsenbodenwand richten.

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Die Seitenwände verfügen weiterhin noch über eine oder mehrere öffnungen 60, die als Luftauslässe aus der Formkanuner dienen. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Auslaßöffnungen vorgesehen, die über dem Umfang der Formkanuner angeordnet sind.

Die Nähe der öffnungen in der oberen Seitenwand der Formkammer mit Bezug auf die Düsenbodenwand kann dazu beitragen, unerwünschte Turbulenzen in den unteren Teilen der Formkammer dadurch zu reduzieren, daß Luft abgezogen wird. Die öffnungen können so positioniert werden, daß sie sich angrenzend zu den Bereichen der Formkammer befinden, in denen ein Luftfluß stattfindet, so daß die auftreffende Luft durch diese öffnungen nach außen abfließen kann. Ist daher beispielsweise die Bodenwand der Düse rechteckförmig, dann kann es vorteilhaft sein, angrenzend an die langen Seiten der Düsenbodenwand größere Seitenwandöffnungen vorzusehen, um der Luft den Austritt zu ermöglichen, verglichen mit den öffnungen, die sich angrenzend an die kürzeren Seiten der Düsenbodenwand befinden.

Aus der Formkammer durch die Auslaßöffnungen austretende Luft kann in eine Aufnahmekammer geleitet werden, beispielsweise in die ringförmig dargestellte, die Luft aufnehmende Kammer 62, von welcher dann die Luft mittels eines Ventilators oder eines Gebläses 64 abgezogen wird. Das Gebläse dient dazu, über der Austrittsöffnung einem Druckunterschied aufzubauen. Die Menge der durch diese Austrittsöffnungen abgezogenen Luft kann, zumindest teilweise, durch die Geschwindigkeit des Gebläses gesteuert werden. Von dem Gebläse abgezogene Luft kann in Rückzirkulation der Luftverteilerleitung wieder zugeführt werden, die diese Luft, wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, erneut der DUsenbodenwand zuleitet. Es können zur Entfernung

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von Unreinheiten und Verschmutzungen sowie Stoffpartikeln Filter 72 verwendet werden. Schließlich ist es möglich, zur Konditionierung der rückζirkullerten Luft bzw. allgemein des Fluidums Kühlmittel 74 und ein Bypass-Ventil 76 zu verwenden.

Die Menge der durch die Öffnungen austretenden Luft kann auch gesteuert bzw. eingeregelt werden durch Betätigung von Drosselklappen oder Lüftungsschiebern 66, die in den Öffnungen angeordnet sind. Diese Lüftungsschieber können durch übliche Betätigungsmittel gesteuert werden, beispielsweise einer Stange 68, die an den Dämpfungsklappen angreift, und einer entsprechenden Betätigungseinrichtung 70. Indem man die Luftmenge kontrolliert, die durch die öffnungen aus der Formkammer abgezogen wird, läßt sich auch der Luftfluß nach außen durch den offenen Boden der Forrokammer kontrollieren. Schließt man beispielsweise die Lüftungsklappen, dann führt dies dazu, daß die gesamte, in die Formkammer von der ringförmigen Verteilerleitung 54 eingeführte Luft dazu gezwungen wird, aus dem Boden der Formkammer nach unten auszutreten.

Dort, wo nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung eine Vielzahl von öffnungen für das Abziehen der Luft verwendet wird, kann jede der öffnungen individuell eingestellt und gesteuert werden. Die Kontrolle der durch eine bestimmte öffnung austretenden Luftmenge kontrolliert auch den Luftfluß in dem Bereich der Formkammer, der an diese öffnung angrenzt. Daher kann durch eine solche Steuerung auch eine Kontrolle über die Temperatur lokalisierter Bereiche innerhalb der Formkammer gewonnen werden, und zwar entsprechend erfindungsgemäßen Maßnahmen. Die Kontrolle dieser lokalisierten Bereiche innerhalb der Formkammer führt zu der Fähigkeit, das Temperaturmuster der Bodenwand selbst einer Kontrolle unterwerfen zu

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können. Verfügt daher beispielsweise eine bestimmte Düsenbodenwand etwa an einem Ende über eine heiße Stelle, dann kann der austretende Luftfluß durch die öffnung, die sich dieser heißen Stelle am nächsten befindet, vergrößert werden. Diese Vergrößerung des Luftflusses angrenzend an die heiße Stelle erzeugt eine Kühlwirkung auf diese heiße Stelle, so daß man zu einem geeigneteren Temperaturmuster der Düsenbodenwand gelangt.

Es versteht sich, daß die Erfindung im vorhergehenden lediglich als spezielles Ausführungsbeispiel erläutert worden ist und in üblicher Weise Ausgestaltungen und Weiterbildungen innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens zugänglich ist.

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Claims

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DR.-ING. DIPL-INJ. «»,.St.. DI°L.-«»HVS. Ij«. DIPL.-PHVS.

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PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

A 42 390 m Anmelder: Owens-Corning Fiberglas Corporation

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Patentansprüche :

1. Vorrichtung zur Herstellung von Fäden oder Fasern aus geschmolzenem mineralischem Material, insbesondere Düse zur Herstellung von Glasfäden aus Glas, mit einer Düsenboden wand, die mindestens eine, bevorzugt eine Vielzahl von öffnungen aufweist, durch welche die Fäden ausgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der mit öffnungen (32) versehenen Bodenwand (30) der Düse (22) zur Bildung einer unten offenen Fonnkammer, durch welche die ausgezogenen Fäden laufen, Seitenwände (50) kontinuierlich nach unten ausgehen, daß ein Fluidum (Luft) zuführende Anordnungen (52) vorgesehen sind, die einen Fluidumsfluß auf die Bodenwand (30) der Düse (22) richten und daß mindestens eine weitere öffnung (60) in der Seitenwand (50) der Formkammer vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine weitere öffnung (60) Mittel aufweist, die den Austritt des in die Formkammer eingeführten Fluidums (Luft) durch diese öffnung kontrollieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftaustrittsöffnung (60) Lüftungsklappen (66) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sauganordnung (64) vorgesehen ist, die über der Luftaustrittsöffnung (60) einen Druckabfall erzeugt.

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5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zufuhrdüse für das Fluidum (Luft) und ein Fluidumsvorrat vorgesehen sind und daß in der Formkammer-Seitenwand für jede der Zufuhrdüsen eine öffnung (54) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Formkammer abgezogene Fluidum (Luft) der Formkammer im zyklischen Rückfluß wieder zuführbar ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Formkammer umgebende Ring-Verteilerleitung (52) vorgesehen ist, die mindestens eine Austrittsöffnung (54) aufweist, aus welcher ein Fluidumsfluß in Richtung auf die Düse austritt und daß die mindestens eine weitere Seitenwandöffnung (60) für die Luftabführung in der Seitenwand oberhalb der Zufuhr-Verteilerleitungsöffnung angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwand (30) der Düse (22) nach unten in die Formkammer vordringt.

9. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus geschmolzenen mineralischen Materialien, insbesondere Glasfasern aus in einer Düse erhitztem schmelzflussigen Glas, wobei die Fäden aus Glasströmen ausgezogen werden, die aus einer Vielzahl von öffnungen in der Düsenbodenwand austreten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Formkammer von der Düsenbodenwand nach unten mindestens eine Seitenwand verläuft, die mindestens eine öffnung

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aufweist, daß ein Fluidumsfluß auf die Bodenwand der Düse gerichtet wird, daß ein Teil des Fluidumsflusses aus der mindestens einen öffnung der Forrokammer wieder abgezogen wird und daß die Fasern beim Austritt aus der Forrokammer abgezogen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des Fluidums durch die mindestens eine Seitenwand-Öffnung gesteuert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der oder den Austrittsöffnungen ein Druckabfall erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Austrittsöffnungen vorgesehen und so ausgebildet sind, daß die Menge des durch sie hindurchströmenden, in die Formkammer eingeführten Fluidums geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ungleichen Verteilung des Temperaturmusters der Düsenbodenwand Fluidumsmengen aus bestimmten öffnungen so ab gezogen werden, daß die unterschiedlichen Düsenbodenwand- temperaturen ausgeglichen werden können.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des durch die Abzugsöffnungen aus der Formkammer abgeführten Fluidums der Düsenbodenwand erneut zugeführt wird.

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