DE1186976B

DE1186976B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Faeden aus Glas oder anderem, in der Waerme erweichendem Material

Info

Publication number: DE1186976B
Application number: DEO8444A
Authority: DE
Inventors: Robert G Russel
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1960-12-30
Filing date: 1961-12-21
Publication date: 1965-02-11
Also published as: GB978688A; US3150946A; NL122882C; NL272846A; BE707827A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

DOId

Deutsche Kl.: 29 a-6/30

Nummer: 1186 976

Aktenzeichen: O 8444 VI b/29 a

Anmeldetag: 21. Dezember 1961

Auslegetag: 11. Februar 1965

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Fäden aus Glas oder anderem in der Wärme erweichendem Material, im wesentlichen bestehend aus einer Zuführungsvorrichtung, die das Material in geschmolzener Form durch Öffnungen als Materialströme ausfließen läßt, aus einer die Ströme zu Fasern ausziehenden Vorrichtung und aus Rohren in unmittelbarer Nähe dieser Öffnungen, um die Materialströme so weit abzukühlen, daß sie zu feinen Fäden ausgezogen werden können.

Neben der Verwendung von Rohren, die gemäß einem vorbekannten Vorschlage zur Herstellung der für das Ausziehen der Fäden günstigsten Viskosität des Glases oder des anderen, in der Wärme erweichendem Material dienen, werden auch wassergekühlte Schirme in der unmittelbaren Nähe der Öffnungen angewendet.

Gemeinsam ist diesen Rohren bzw. Schirmen der Nachteil, daß sich im Betrieb der Vorrichtung die Oberflächen der Schirme oder Rohre mit Niederschlagen flüchtiger Bestandteile des ausgezogenen Materials zusetzen. Das erfordert eine Reinigung, die meistens im Abstand von 6 bis 8 Stunden vorgenommen werden muß. Dadurch entstehen Zeitverluste, die zu ganz erheblichen Produktionsausfällen führen.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die die Materialströme abkühlenden Rohre so auszubilden, daß sich auf diesen keine Niederschläge mehr bilden können.

Das erreicht die Erfindung grundsätzlich dadurch, daß die Rohre poröse Wandungen aufweisen und mit Kühlluft betreibbar sind. Diese Kühlluft reinigt die Rohre dadurch, daß sie alle Teilchen, die sich sonst auf der Oberfläche der Rohre niederschlagen würden, mitreißt und dadurch deren Absetzen auf den Rohren verhindert. Wird in weiterer Ausbildung der Erfindung so vorgegangen, daß die Porosität der Kühlrohre so groß ist, daß die in die Ausziehzone ausströmende Luft einen wesentlichen Teil der Luft in der Ausziehzone ersetzt, so erreicht man eine Frischluftströmung vor allem im Bereich der Öffnungen der Zuführungsvorrichtung, wo das verarbeitete Material infolge des Ausziehvorganges Konen bildet. Diese Frischluftströmung um die Konen absorbiert Wärme von diesen durch Konvektion, wobei die Strahlungsabsorption durch die Rohre selbst, wie in den vorbekannten Vorschlägen, erhalten bleibt. Die Wärmeabfuhr ist also bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung größer als bei den herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art, so daß auch Materialien einwandfrei zu Fäden ausgezogen werden können, die Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fäden aus Glas oder anderem, in der Wärme erweichendem Material

Anmelder:

Owens-Corning Fiberglas Corporation, Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Robert G. Rüssel, Granville, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1960 (79 763)

höhere Schmelztemperaturen in Bereichen oberhalb derjenigen erfordern, in denen man bisher Fäden herstellen konnte.

Gewöhnlich besitzen die bekannten Zuführungsvorrichtungen eine Vielzahl von in Quer- und Längsrichtung angeordneten Öffnungen, aus denen die Materialströme ausfließen. Dann ist es zweckmäßig, die Erfindung so zu verwirklichen, daß die Kühlrohre beiderseits von je zwei Reihen Materialströmen angeordnet sind. Die Entfernung, die die Kühlrohre von den Materialströmen einnehmen, sollte dabei verstellbar sein, weil sich dadurch eine zusätzliche Regelbarkeit der Wärmeabfuhr ergibt.

Praktisch wird die Erfindung gemäß einem weiteren ihrer Merkmale so verwirklicht, daß die Kühlrohre aus entsprechend verformten Drahtnetzen bestehen, die auf Anschlußstutzen für die Luft aufgeschoben sind. Diese Drahtnetze ermöglichen die gewünschte Porosität, die beispielsweise 30% betragen kann. Zweckmäßig ist es ferner, die Kühlrohre mit einem länglichen Querschnitt zu versehen und auf dem Aufschiebestutzen verdrehbar anzuordnen. Dann ist es möglich, die Rohre zweckentsprechend der Bahn der ausgezogenen Fäden anzupassen, die von der Zuführungsvorrichtung zu einer Ausziehvorrichtung und nicht immer senkrecht verläuft. Ist

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die Einstellung der Kühlrohre auf dem Aufschiebestutzen einmal gewählt, so kann diese Stellung gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung durch Halteschienen fixiert werden.

Eine andere Möglichkeit zur praktischen Verwirklichung der Erfindung besteht jedoch auch darin, die Kühlrohre am Boden der Zuführungsvorrichtung unmittelbar zu befestigen oder sie mit diesem ein Stück bilden zu lassen. Dann läßt sich mit den Rohren der Boden der Zuführungsvorrichtung und deren gesamte Konstruktion verstärken, wodurch an dem hochwertigen Metall, das beispielsweise Platin ist, für die Zuführungsvorrichtung gespart werden kann. Diese Verstärkung bietet auch die Möglichkeit, die Öffnungen, aus denen das Material austritt, gegeneinander zu versetzen, so daß man für die Herstellung einer gegebenen Anzahl von Fäden kleinere Zuführungsvorrichtungen verwenden kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb der oben erläuterten Vorrichtung. Dieses Verfahren besteht darin, die eingeführte Kühlluft hinsichtlich ihres Druckes, ihrer Menge und/oder ihrer Temperatur zu regeln. Dadurch ist eine Regelung der Fadenabmessungen möglich, die mit Hilfe dieser Regelbarkeit der Kühlluft bei der Fadenher-Stellung ermöglicht wird. Es hat sich herausgestellt, daß durch die Regulierung von Druck- und Luftmenge durch die Rohre in den Fadenherstellungszonen die Menge des aus der Zuführungsvorrichtung austretenden Glases und der Durchmesser der auszuziehenden Fäden für einen sonst gegebenen Satz von Zuführunpbetriebsbedingungen geändert werden können. Durch Steigerung des Druckes und damit der Menge der aus den porösen Rohren austretenden Luft kann die Geschwindigkeit der Wärmeabsorptionen von den fadenbüdenden und oben beschriebenen Konen in regelbarer Weise so weit geändert werden, daß sich die aus den Zuführungsöffnungen austretenden Materialmengen so ändern, daß sich eine feine Einstellung der Durchmesser der Fäden unabhängig von den sonst durch die Zuführungsvorrichtung festgelegten Durchmessern ergibt. Somit können die erfindungsgemäßen, mit porösen Wandungen versehenen Rohre die Endabmessungen der ausgezogenen Fäden regulieren.

Da eine größere Stabilität der Herstellungsbedingungen infolge der gesteuerten Kühlung in der Zwischenzone des Materialaustritts aus den Zuführungsöffnungen möglich ist, lassen sich insbesondere am breitesten Teil der Konen, wo das Material am stärksten fließfähig ist, die in den Fäden sich ausbildenden Zugspannungen und die Stabilität der Konen wesentlich wirkungsvoller regulieren, so daß es nicht mehr zum Abreißen der Fäden kommen kann.

Weiterhin wird die induzierte Luft, welche gewöhnlich durch die Fadenbildungszone strömt, in ihrer Menge herabgesetzt und unter bestimmten Produktionsbedingungen kann sie sogar ganz beseitigt werden, wenn die in den Rohren strömende Luft entsprechend einreguliert wird. Wird diese Luft in die Fadenherstellungszone unter einem genau festgelegten Druck eingeführt, so können auch die die unmittelbar atmosphärische Umgebung bestimmenden Bedingungen stetiger gehalten werden und lassen sich weniger durch äußere Luft und durch deren Strömungen oder Wirbel beeinflussen, welche sich in der umgehenden Atmosphäre ergeben.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine allgemein gehaltene Ansicht einer Vorrichtung für die Herstellung von Fäden aus Glas gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Wiedergabe der Fadenherstellungszone der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine teilweise im Schnitt wiedergegebene perspektivische Ansicht der Rohre gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Wiedergabe der Rohre zur Wiedergabe ihrer Orientierung zu den Öffnungen der Zuführungsvorrichtung mit den aus diesen austretenden fadenbildenden Konen,

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform der Rohre gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer weiter abgeänderten Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 weist ein Ofen 10 eine Zuführungsvorrichtung 11 auf, die Glas oder anderes in der Wärme erweichendes Material in geschmolzener Form durch Öffnungen als Materialströme, die zu feinen Fäden 16 ausgezogen werden, austreten läßt.

Die Fäden faßt ein Sammler 17 zu einem Glasseidenspinnfaden 19 zusammen, während gleichzeitig ein Walzenapplikator 18 eine entsprechende Schlichte aufbringt. Dieser Faden 19 läuft auf eine Wickelvorrichtung 20 mit einem Rohr 22 für eine umlaufende Spule, der eine Querführung 21 vorgeschaltet ist. Diese Wickelvorrichtung liefert die Kraft zum Ausziehen der Fäden.

Mit 26 ist eine Vorrichtung angedeutet, welche die aus den Öffnungen austretenden Materialströme abkühlt. Sie besteht aus einer Vielzahl von Wärme aufnehmenden porösen Rohren 28. Die Orientierung dieser porösen Rohre 28 gegenüber dem unteren Teil der Zuführungsvorrichtung ergibt sich deutlicher aus den Fig. 2 und 3, aus denen man erkennt, daß die Öffnungen 14 und die daraus austretenden Konen 12 tatsächlich in Paaren von sich kreuzenden Reihen angebracht sind.

Die porösen Rohre 28 gehen von einem länglichen, seitlich an der Zuführungsvorrichtung angeordneten Luftverteiler 29 aus. Kühlluft oder ein anderes, kühlend wirkendes Gas, gegebenenfalls auch Dampf, wird dem Verteiler über eine Leitung

27 zugeführt, um von dort aus jedem porösen Rohr

28 zugeführt zu werden und unmittelbar in die Fadenherstellungszone auszutreten. Die Rohre 28 sind über ihre gesamte Länge innerhalb der Fadenherstellungszone porös.

Die Höhe der Rohre 28 ist so gewählt, daß ihre Oberkanten sich etwas oberhalb der Spitze der zugehörigen Zuführungsöffnungen befinden, während sich ihre Unterkanten nach unten wenigstens bis zur Höhe der Spitzen der aus den Öffnungen 14 austretenden Konen erstrecken, was sich insbesondere aus Fig. 5 ergibt.

Nach F i g. 4 sind die porösen Rohre 28 am Verteiler 29 montiert. Der Verteiler 29 ist eine Hohlschiene mit festen Wandungen und seine Enden sind geschlossen, jedoch sind in einer Längsseite Auslaßöffnungen 30 vorgesehen, in welche rohrförmige Einsätze 31 auf Anschlußstutzen 32 für die Rohrenden

33 aufgesetzt sind. Die Rohre 28 können daher auf den Stutzen 32 in ihrer Winkelstellung verstellt werden. In der gewählten Winkelstellung können sie mit Hilfe von Klemmschienen 37 fixiert werden, welche gegenüberliegend angeordnet und durch Klemmschrauben 38 befestigt sind, so daß sie die Oberseiten und Unterseiten der Enden 33 der Rippen umfassen.

Die Rohre bestehen aus rostfreien Stahldrahtnetzen, die entsprechend verformt sind.

Die Durchlässigkeit dieser Drahtnetze kann in der Größenordnung von 30% liegen.

Nach F i g. 5 strömt die aus den porösen Rohren austretende Luft nach unten in Bewegungsrichtung der Konen und verursacht einen auf Konvektion beruhenden Wärmeübergang von den Fäden 16. An der Austrittsstelle des Glases aus den Öffnungen 12 besitzen die Konen 13 ihr größtes Volumen und ihre höchste Temperatur. Wenn sich jedoch das Glas nach unten bewegt, werden Temperatur und Abmessungen des Konus beträchtlich vermindert. Infolgedessen ist die Abfuhr der Wärme durch Strahlungsabsorption von den Konen 13 in der unmittelbaren Austrittszone im Bereich der Öffnungen 14 wirksamer, während der Wärmeübergang durch Konvektion wesentlich geeigneter im Bereich der Spitzen der Konen ist, wo sich das Glas auf niedrigerer Temperatur befindet. Außerdem nimmt die Geschwindigkeit des Glases in jedem Konus allmählich von der Austrittsstelle an den Düsen 12 bis zu den Spitzen der Konen beim Ausziehen in die Fäden zu. Infolgedessen sammelt sich die aus den Rohren 28 austretende Luft in Bewegungsrichtung der Konen über die Gesamtlänge nach unten bis zur Bildungsstelle der Fäden 16. Es fließt deshalb mehr Luft über die Spitzen der Konen, so daß eine gesteigerte Wärmeabfuhr durch Konvektion in der Zone erfolgt, wo der Wärmeübergang durch Konvektion von Glas wirksamer und bedeutender als die Strahlungsabsorption durch die Rohre ist.

Die Menge der der fadenbildenden Zone zugeführten Luft kann so gewählt werden, daß die über die Oberseiten der Rohre strömende induzierte Luft vernachlässigbar ist. Jedoch kann dieser Vorgang für besondere Bedingungen entsprechend vermindert werden, so daß induzierte Luft in diese Zone einströmt.

Wie oben angegeben, ermöglicht diese Anordnung eine zusätzliche Regelung des Fadendurchmessers. Bei einer Zunahme der Luftströmung durch die Rohrglieder kann der Durchmesser der Fäden in gewissem Umfang herabgesetzt werden, sobald die Zuführungsdüsen und die Konen dem Einfluß von Kühlluft ausgesetzt werden. Wenn jedoch die Öffnungen auf einer festen Temperatur gehalten werden, indem man sie beispielsweise durch eine automatische Temperaturregelung regulieren läßt, die von einem temperaturempfindlichen Element in unmittelbarer Nachbarschaft der Zuführungsöffnungen gesteuert wird, dann verursacht zusätzliche Luft lediglich eine Abkühlung der sich bildenden Konen, wodurch der Fadendurchmesser vergrößert wird. Wenn somit alle Steuerfaktoren eingestellt sind, kann die Menge der durch die Rohre und in die fadenbildende Zone strömenden Luft als Feineinstellung für den genauen gewünschten Durchmesser verwendet werden. Diese Steuerung kann sich beispielsweise über ±4 Vo und darüber von einem durch die automatische Temperatureinstellung festgelegten Durchmesser erstrecken.

Da die derart vorgesehene Abschirmung besonders wirksam bei der Wärmeabsorption von den fadenbildenden Konen ist, läßt sich die Zuführungsvorrichtung auf eine höhere Temperatur als die Normaltemperatur ohne Abreißen an den fadenbildenden Öffnungen bringen. Auf diese Weise läßt sich eine Entglasung des Glases in der Schmelze für manche Glasmenge vermeiden, die sich sonst nur sehr schwer zu Fäden ausziehen lassen. Bei der Vermeidung der Entglasung der Schmelze wird die Leichtflüssigkeit des Glases in der Herstellungszone ohne Abreißschwierigkeiten durch Fremdkörpereinschlüsse ebenfalls begünstigt.

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die porösen Rohre 60 am Boden der Zuführungsvorrichtung 61 unmittelbar befestigt sind, so daß sie die Zuführungsvorrichtung verstärken. Dadurch wird die zur Herstellung der Zuführungsvorrichtung erforderliche Menge an wertvollem Material beträchtlich vermindert, da die erforderliche Festigkeit gegen ein Durchsacken der Zuführungsvorrichtung durch die Rohre erhöht wird.

Nach F i g. 6 sind die Öffnungen in einem V-förmigen, trogartigen Kanal 62 vorgesehen, der vom Boden der Zuführungsvorriehtung vorsteht. Dadurch können die Öffnungen längs der Rohre 62 näher aneinandergesetzt werden. Dies führt zu einer wesentlichen Verminderung der Längserstreckung der Zuführungsvorrichtung und damit zu einer Verringerung des Gesamtverbrauches an dem wertvollen, teueren Material bei der Herstellung der Zuführungsvorrichtung. Der Abstand zwischen benachbarten, V-förmigen Rohren 62 kann so eng gemacht werden wie derjenige zwischen benachbarten Öffnungsreihen der früheren Ausführungsformen, wobei jede Reihe von Öffnungen mit einem Paar von Rohren auf gegenüberliegenden Seiten versehen ist. Außerdem kann man auch ein Paar von Öffnungsreihen für den Austritt von Glas zwischen jedem Paar poröser Rohre 61 vorsehen. In jedem Falle wird die Einwirkung der atmosphärischen Wirbel vermindert und gleichzeitig wird eine Kühlwirkung durch Strahlungsabsorption und Übergang der Wärme erzeugt, die von den Konen aus Glas, aus denen die Fäden 3 ausgezogen werden, ausgeht.

Nach F i g. 7 trägt die Zuführungsvorrichtung 70 poröse Rohre 71 auf gegenüberliegenden Seiten jeder Reihe von Öffnungen an einem V-förmigen Kanal, der von der Zuführungsvorrichtung vorragt, oder, wie in der Zeichnung wiedergegeben, auf gegenüberliegenden Seiten jedes benachbarten Paares von Reihen von Öffnungen, aus denen das Glas austritt. Die Kühlluft wird allgemein horizontal in Richtung des V-förmigen Kanals gerichtet. In diesem Fall erstrecken sich die Rohre nicht merklich unter die Austrittszone des Glases aus den Öffnungen und beseitigen deshalb in erster Linie die Wärme von den Konen durch Konvektionswärmeübergang, da unmittelbar in der Nähe der sich bildenden Konen nur eine geringe Abschirmung vorhanden ist. Der V-förmige Teil der Zuführungsvorrichtung ist ebenfalls durch die darüber strömende Luft gekühlt, so daß eine zusätzliche Regelung des Glases durch Erstreckung der Kühlwirkung zwangläufig in den Austrittsteil der Zuführungsvorrichtung erfolgt. Das aus der Zuführungsvorrichtung kommende Glas wird

auf einem Temperaturwert gehalten, der von der Strömung durch die Zuführungsvorrichtung bei Annäherung an die V-förmige Zone mit ihren öffnungen bestimmt ist, jedoch unterliegt die unmittelbare Aüstrittszone des Glases einer örtlichen Temperaturregelung, weil die von der Zuführungsvorrichtung kommende Luft so einreguliert ist, daß sie die Zuführungstemperatur in der Zone der öffnungen und damit die Temperatur des dort austretenden Glases herabsetzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Fäden aus Glas oder anderem, in de* Wärme erweichbarem Material, im wesentlichen bestehend aus einer Zufiihrungsvorrichtung, die das Material in geschmolzener Form durch öffnungen als Materialströme ausfließen läßt, aus einer die Ströme zu Fasern ausziehenden Vorrichtung und aus Rohren in unmittelbarer Nähe dieser öffnungen, um die Materialströme so weit abzukühlen, daß sie zu feinen Fäden ausgezogen Werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre poröse Wandungen aufweisen und mit Kühlluft betreibbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität der Kühlrohre so groß ist, daß die in tue Ausziehzone ausströmende Luft einen wesentlichen Teil der Luft in der Ausziehzooe ersetzt.

3. VorficÄtung nach Aaspruch 1 oder 2, dadurch gekefflfeeichnet, daß die Kühlrohre beiderseits von je zwei Reihen Materialströmen angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Kühlrohre von den Materialströmen verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre aus entsprechend verformten Drahtnetzen bestehen, die auf Anschlußstutzen für die Luft aufgeschoben sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre einen länglichen Querschnitt haben und auf dem Aufschiebestutzen verdrehbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre am Boden der Zuführungsvorrichtung unmittelbar befestigt sind oder mit diesem ein Stück bilden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre auf den Anschlußstutzen durch Halteschienen fixiert sind.

9. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeführte Kühlluft hinsichtlich ihres Druckes, ihrer Menge und/ oder ihrer Temperatur geregelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeführte Luftmenge zur Regelung des Durchmessers der ausgezogenen Fäden gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 908 036, 2 947 028.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 508/273 2.65

ι Bundesdruckerei Berlin