WO2014187941A1

WO2014187941A1 - Method and device for producing microfine fibres and filaments

Info

Publication number: WO2014187941A1
Application number: PCT/EP2014/060631
Authority: WO
Inventors: Jürgen Carl Binzer; Markus SEIP; Birger Dzur; Christian Karcher; Swetlana PROCHOROW; Michael Fischer; Michael GRAMß
Original assignee: J C BINZER & Co KG GmbH
Current assignee: J C BINZER & Co KG GmbH
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-24

Abstract

The invention relates to a method and a device for producing microfine fibres or filaments from a starting material that can be melted, which in particular is supplied continuously. It is intended that the expense of producing the fibres or filaments is as low as possible. For this purpose, the starting material (6) is atomised in an atomisation zone (2) by simultaneously inputting thermal and kinetic energy, wherein molten particles are removed from the starting material (6) and are accelerated into a quenching zone (4), in which the particles are passively or actively cooled by means of an excess of coldness, wherein the particles thereby solidified into fibres or filaments are then collected in a collection region (5).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung mikrofeiner Fasern und Filamente Method and device for producing microfine fibers and filaments

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mikrofeiner Fasern und Filamente aus einem schmelzbaren Ausgangsmaterial, das insbesondere kontinuierlich zugeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung mikrofeiner Fasern oder Filamenten mit einem derartigen Verfahren. Mikrofeine Fasern oder Filamente, also Fasern größerer Länge, die im Folgenden der Einfachheit halber nur als Fasern bezeichnet werden, finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung. Als mikrofeine Fasern werden dabei Fasern angesehen, deren Längen/Dicke (Durchmesser) - Verhältnis größer als 1 ist. Insbesondere sollen die Fasern eine Dicke von weniger als 50 μηι oder sogar von weniger als 10 μηι bei Längen von mindestens 1 mm, insbesondere von mehr als 5 mm aufweisen. Bei Fasern mit kreisförmigen Querschnitt entspricht die Faserdicke einem Durchmesser der Fasern. Als Ausgangsmaterial für die Fasern können dann je nach gewünschtem Verwendungszweck unterschiedliche Materialien ausgewählt werden, beispielsweise kann als Ausgangsmaterial ein Glas- oder Keramikwerkstoff oder ein metallischer Werkstoff bzw. eine metallische Legierung verwendet werden. Insbesondere metallische Fasern gewinnen dabei für verschiedene Anwendungsgebiete immer mehr an Bedeutung. Ein spezielles Einsatzgebiet ist beispielsweise die Herstellung von Filtern aus derartigen metallischen Fasern zur technischen Filtration. Diese Filter müssen dabei sehr kleine Partikel auffangen, wofür Faserdicken von weniger als 50 μηι erforderlich sind. Mikrofeine Fasern können darüber hinaus beispielsweise in Bereichen der Katalyse und Energiespeicherung oder für Treibstoffzellen eingesetzt werden. The invention relates to a method for producing microfine fibers and filaments of a meltable starting material, which is supplied in particular continuously. Furthermore, the invention relates to a device for producing microfine fibers or filaments with such a method. Microfine fibers or filaments, ie fibers of greater length, which in the following are referred to simply as fibers for the sake of simplicity, are used in many fields of technology. In this case, fibers are considered to be microfine fibers whose length / thickness (diameter) ratio is greater than 1. In particular, the fibers should have a thickness of less than 50 μηι or even less than 10 μηι at lengths of at least 1 mm, in particular more than 5 mm. For fibers of circular cross-section, the fiber thickness corresponds to a diameter of the fibers. Depending on the intended use, different materials can then be selected as the starting material for the fibers, for example a glass or ceramic material or a metallic material or a metallic alloy can be used as starting material. In particular, metallic fibers are becoming increasingly important for various fields of application. A special one Field of application is, for example, the production of filters from such metallic fibers for technical filtration. These filters must absorb very small particles, for which fiber thicknesses of less than 50 μηι are required. In addition, microfine fibers can be used, for example, in fields of catalysis and energy storage or for fuel cells.

Mit mechanischen Verfahren, also beispielsweise Umform-, Schneid- oder Scherprozessen lassen sich die gewünschten geringen Faserdicken kaum wirtschaftlich herstellen. So eignen sich diese Verfahren üblicherweise nur für Fasern, deren Dicke größer als 20 μηι ist. With mechanical methods, ie, for example, forming, cutting or shearing processes, the desired low fiber thicknesses can hardly be produced economically. So these methods are usually only suitable for fibers whose thickness is greater than 20 μηι.

Eine bekannte Lösung sieht vor, metallische Fasern mit geringer Faserdicke mittels Bündelzugverfahren herzustellen. Dabei handelt es sich um ein mehrstufiges, nicht kontinuierliches Verfahren, bei dem Metalldrähte elektrochemisch beschichtet, zu einem Bündel zusammengefügt und erneut beschichtet werden. Anschließend wird eine thermisch kontrollierte Streckung und eine Auflösung der Beschichtung im Säurebad durchgeführt. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und insbesondere energie- und kostenintensiv. Ferner ist es auf relativ wenige Materialien beschränkt. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung mikrofeiner Fasern oder Filamente beziehungsweise eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens anzugeben, mit der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden. Insbesondere soll der Aufwand zur Herstellung der mikrofeinen Fasern beziehungsweise Filamente reduziert und der Energiebedarf für die Herstellung der Fasern verringert wer- den. Damit soll eine kostengünstige Herstellung der Fasern ermöglicht werden. A known solution provides to produce metallic fibers with low fiber thickness by means of bundle drawing. This is a multi-step, non-continuous process in which metal wires are electrochemically coated, assembled into a bundle, and recoated. Subsequently, a thermally controlled stretching and a dissolution of the coating is carried out in an acid bath. This process is very complicated and in particular energy and cost intensive. Furthermore, it is limited to relatively few materials. The invention is based on the object of specifying a method for producing microfine fibers or filaments or a device for using this method, with which the disadvantages of the prior art are eliminated. In particular, the effort for producing the microfine fibers or filaments should be reduced and the energy required for the production of the fibers should be reduced. This should enable a cost-effective production of the fibers.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 10 und 12 bis 18. According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 11. Advantageous embodiments can be found in the subclaims 2 to 10 and 12 to 18.

Bei einem Verfahren zur Herstellung mikrofeiner Fasern oder Filamente aus einem schmelzbaren Ausgangsmaterial, das kontinuierlich zugeführt wird, ist also erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Ausgangsmaterial durch gleichzeitiges Einbringen thermischer und kinetischer Energie verdüst wird, wobei vom Ausgangsmaterial schmelzflüssi- ge Partikel abgelöst und in Richtung einer Quenchungszone beschleunigt werden, in der die Partikel abgekühlt werden, wobei die dadurch zu Fasern oder Filamenten erstarrten Partikel anschließend gesammelt werden. In a method for producing microfine fibers or filaments of a meltable starting material, which is supplied continuously, is therefore provided according to the invention that the starting material is atomized by simultaneous introduction of thermal and kinetic energy, wherein the starting material molten particles ge detached and in the direction of a Quenchungszone be accelerated in the the particles are cooled, whereby the particles thereby solidified into fibers or filaments are subsequently collected.

Durch das Verdüsen wird eine Abscheidung von Partikeln vom Ausgangsmaterial er- reicht, wobei die in schmelzflüssiger Form vorliegenden Partikel möglichst bereits eine faserförmige Struktur aufweisen. Dabei wird gleichzeitig thermische und kinetische Energie in das Ausgangsmaterial eingebracht. Durch Beaufschlagen mit einem Ver- düsungsmittel wird das Ausgangsmaterial dabei nicht nur geschmolzen, sondern aus der Schmelze auch direkt Partikel gelöst. Durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Ver- düsungsmittel und den Partikeln werden diese dann in Richtung Quenchungszone beschleunigt, wobei die Form der Partikel durch die Geschwindigkeit des Verdüsungsmit- tels beeinflussbar ist. Durch das Verdüsen werden die Partikel also gleichzeitig gelöst bzw. geschmolzen und vom Ausgangsmaterial weg beschleunigt, wodurch diese aus der Verdüsungszone heraus und in die Quenchungszone hinein bewegt werden. In der Ver- düsungszone kann dabei die thermische Energie sehr konzentriert in das Ausgangsmaterial eingebracht werden, sodass eine Temperaturbelastung der Umgebung der Verdüsungszone gering gehalten werden kann. In der Quenchungszone erfolgt eine aktive oder passive Abkühlung der Partikel unter deren Schmelzpunkt, die dadurch erstarren. Um eine teilweise bei einem allmählichen Abkühlen auftretende, ungewünschte Kugel- bildung dieser Partikel gegebenenfalls zu verhindern, was durch Oberflächenspannungen des Materials erzwungen wird, erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform in der Quenchungszone aktiv eine schlagartige Abkühlung mit Kälteüberschuss. Die Partikel werden dort schockgefroren und können anschließend faserförmig beziehungsweise in Form von Filamenten aufgesammelt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehens- weise lassen sich also hohe Abscheideraten bei einem relativ geringen Energieverbrauch in Verhältnis zu bekannten Vorgehensweisen erzielen. By atomizing, a separation of particles from the starting material is achieved, wherein the particles present in molten form have as far as possible already a fibrous structure. At the same time thermal and kinetic energy is introduced into the starting material. By applying a dosing agent, the starting material is not only melted, but particles are also directly released from the melt. Due to the relative velocity between the atomizing agent and the particles, they are then accelerated in the direction of the quenching zone, wherein the shape of the particles can be influenced by the velocity of the atomizing agent. As a result of the atomization, the particles are simultaneously dissolved or melted and accelerated away from the starting material, as a result of which they are moved out of the atomization zone and into the quenching zone. In the evaporation zone, the thermal energy can be introduced very concentrated into the starting material so that a temperature load on the environment of the atomization zone can be kept low. In the quenching zone, an active or passive cooling of the particles takes place below their melting point, which solidifies as a result. In order to prevent an undesired spherical formation of these particles, which sometimes occurs during gradual cooling, which is forced by surface tensions of the material, in a preferred embodiment an abrupt cooling with excess cold takes place actively in the quenching zone. The particles are shock-frozen there and can then be collected in a fibrous form or in the form of filaments. With the procedure according to the invention, therefore, high deposition rates can be achieved with relatively low energy consumption in relation to known procedures.

Bevorzugterweise wird das Ausgangsmaterial in massiver oder pulverförmiger Form zugeführt und beim Verdüsen geschmolzen. Durch das Verdüsen lassen sich mit hohem Wirkungsgrad schmelzflüssige Partikel in der gewünschten Größe erzeugen. Gegenüber dem Verdüsen eines als Schmelze vorliegenden Ausgangsmaterials ergibt sich damit eine bessere Energiebilanz. Das Ausgangsmaterial kann dabei beispielsweise stabför- mig ausgebildet sein oder in Drahtform zugeführt werden. Prinzipiell kann das Ausgangsmaterial auch eine andere, beispielsweise plattenförmige Form aufweisen. Damit sind eine kontinuierliche Verdüsung und eine kontinuierliche Faserherstellung möglich. ln einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei der Verdüsung die thermische Energie durch Gasentladung oder durch chemische Verbrennung zugeführt. Dadurch kann die thermische Energie sehr konzentriert in das Ausgangsmaterial eingebracht werden, wo- bei durch die Gasentladung bzw. durch die bei der chemischen Verbrennung zugeführten Materialströme gleichzeitig die kinetische Energie eingebracht wird. So wird eine Beschleunigung der abgetrennten, schmelzflüssigen Partikel erreicht, die dazu ausgenutzt wird, die schmelzförmigen Partikel in Richtung Quenchungszone fliegen zu lassen. Bei der chemischen Verbrennung wird ein Brenngas als Verdüsungsmittel zugeführt und gezündet, wobei die zugeführte thermische Energie bzw. die Verbrennungstemperatur und die zugeführte kinetische Energie bzw. Geschwindigkeit des Verdüsungsmittels miteinander gekoppelt sind. Die chemische Verbrennung kann auch als Flammspritzverfahren bezeichnet werden. Preferably, the starting material is supplied in solid or powdery form and melted during atomization. By atomizing, molten particles of the desired size can be produced with high efficiency. Compared to the atomizing of a starting material present as a melt, this results in a better energy balance. The starting material may be, for example, rod-shaped or fed in wire form. In principle, the starting material may also have another, for example plate-shaped form. This enables continuous atomization and continuous fiber production. In a preferred embodiment, in the atomization, the thermal energy is supplied by gas discharge or by chemical combustion. As a result, the thermal energy can be introduced in a very concentrated manner into the starting material, with the kinetic energy being simultaneously introduced by the gas discharge or by the material flows supplied during the chemical combustion. Thus, an acceleration of the separated, molten particles is achieved, which is used to fly the molten particles in the direction quenching zone. In the chemical combustion, a fuel gas is supplied as an atomizing agent and ignited, wherein the supplied thermal energy or the combustion temperature and the supplied kinetic energy or speed of the atomizing means are coupled together. Chemical combustion can also be referred to as a flame spraying process.

Bei der Gasentladung wird vorteilhafterweise ein stromführender Lichtbogen oder ein stromfreier Plasmastrahl eingesetzt. Dadurch wird die Energie in einem sehr kleinen Bereich des Ausgangsmaterials konzentriert eingebracht. Das zugeführte Material wird so geschmolzen und die erzeugten Partikel gleichzeitig beschleunigt. Eine Erwärmung des Plasmastrahls kann beispielsweise auf über 5000 Kelvin erfolgen, ohne dass aufgrund des fokussierten Energieeintrags eine Kühlung der Zuführungsmittel erforderlich ist. In the gas discharge advantageously a current-carrying arc or a current-free plasma jet is used. This concentrates the energy in a very small area of the starting material. The supplied material is melted and accelerates the particles produced at the same time. A heating of the plasma jet can be carried out, for example, to more than 5000 Kelvin, without cooling of the feed means is required due to the focused energy input.

Ein stromfreier Plasmastrahl kann beispielsweise mittels Gleichstromplasma erzeugt werden. Dabei wird der Plasmastrahl durch Gasaufheizung mittels Gleichstrom- Lichtbogen gezündet, der z.B. zwischen einer stabförmigen Kathode und einer Anode generiert wird. Es können Temperaturen bis zu 10.000 Kelvin und Geschwindigkeiten bis zu 10.000 m/s erreichet werden. Durch diese hohen Temperaturen werden die Partikel vom Ausgangsmaterial abgeschmolzen und durch die hohe Geschwindigkeit des Plas- mastrahls in flüssiger Form weggerissen. Die Temperatur und die Geschwindigkeit sind dabei immer miteinander gekoppelt. Eine Beeinflussung der Geschwindigkeit, beispielsweise durch Änderung einer Düsengeometrie, verändert auch ein Temperaturprofil. A current-free plasma jet can be generated for example by means of DC plasma. In this case, the plasma jet is ignited by gas heating by means of DC arc, which is e.g. is generated between a rod-shaped cathode and an anode. Temperatures of up to 10,000 Kelvin and speeds of up to 10,000 m / s can be achieved. Due to these high temperatures, the particles are melted away from the starting material and torn away in liquid form by the high velocity of the plasma jet. The temperature and the speed are always coupled with each other. Influencing the speed, for example by changing a nozzle geometry, also alters a temperature profile.

Die Gasentladung kann auch mit einem Lichtbogen realisiert werden, der das in Form von zwei kontaktierten Drähten kontinuierlich zugeführte Ausgangsmaterial abschmilzt, wobei eine Verdüsung mit einem überlagerten Gasstrom erfolgt. Temperatur und Geschwindigkeit sind dabei relativ unabhängig voneinander, so dass eine Abschmelzgeschwindigkeit, also die Zufuhr der thermischen Energie, getrennt von der Ablöserate, die im Wesentlichen von der zugeführten kinetischen Energie abhängig ist, gesteuert wer- den kann. The gas discharge can also be realized with an arc which melts the starting material continuously fed in the form of two contacted wires, wherein an atomization takes place with a superimposed gas stream. Temperature and speed are relatively independent of each other, so that a Abschmelzgeschwindigkeit, ie the supply of thermal energy, separated from the rate of removal, which is essentially dependent on the supplied kinetic energy, can be controlled.

Vorzugsweise werden in der Quenchungszone die schmelzflüssigen Partikel mittels Flu- idbeströmung zumindest bis zu ihrem Erstarrungspunkt abgekühlt. Die Fluidbeströmung kann dabei beispielsweise mittels inerten Gasen oder mittels einer Flüssigkeit erfolgen. Dabei erfolgt eine schlagartige Abkühlung der Partikel bis unterhalb ihres Erstarrungspunktes, sodass diese ihre Form beibehalten. So wird eine Tendenz zur Bildung sphärischer Partikel unterdrückt. Preferably, in the quenching zone, the molten particles are cooled by means of fluid flow at least up to their solidification point. The Fluidbeströmung can be done for example by means of inert gases or by means of a liquid. In this case, a sudden cooling of the particles takes place below their solidification point, so that they retain their shape. Thus, a tendency to form spherical particles is suppressed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt vor der Quenchungszone eine berührungslo- se Formung der schmelzflüssigen Partikel zu mikrofeinen Fasern beziehungsweise Filamenten. Die Partikel werden dadurch direkt nach Austritt aus der Verdüsungszone in ihrer Form kontrolliert, wodurch zum einen eine höhere Homogenität der hergestellten Fasern erreicht werden kann und zum anderen die hergestellten Faserdicken weiter abgesenkt werden können. So können beispielsweise Fasern mit einer Dicke von weniger als 20 μηι oder sogar weniger als 10 μηι und einer Länge von mindestens 1 mm, insbesondere mit einer Länge von 4 mm, 5 mm oder 6 mm, erzeugt werden. In a preferred embodiment, a contactless shaping of the molten particles into microfine fibers or filaments takes place before the quenching zone. The particles are thereby controlled in shape directly after exiting the atomization zone, whereby on the one hand, a higher homogeneity of the fibers produced can be achieved and on the other hand, the fiber thicknesses produced can be further lowered. For example, fibers with a thickness of less than 20 μm or even less than 10 μm and a length of at least 1 mm, in particular with a length of 4 mm, 5 mm or 6 mm, can be produced.

Bei einer alternativen Lösung werden die Partikel durch ein Magnetfeld geführt, das als statisches Feld oder als magnetisches Wechselfeld ausgebildet ist. Durch elektromagne- tische Wechselwirkungen zwischen Magnetfeld und Partikeln wirken, sofern die Partikel ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, Lorentzkräfte auf die Partikel, die einer durch die Oberflächenspannung des Materials hervorgerufene Kugelbildung entgegenwirken. Mit Hilfe eines entsprechenden Magnetfeldes lässt sich die Form der Partikel berührungslos beeinflussen. In an alternative solution, the particles are passed through a magnetic field, which is designed as a static field or as a magnetic alternating field. Electromagnetic interactions between the magnetic field and the particles, if the particles have an electrically conductive material, have Lorentz forces acting on the particles, which counteract a ball formation caused by the surface tension of the material. With the help of an appropriate magnetic field, the shape of the particles can be influenced without contact.

Die Generierung der Lorentzkräfte kann dabei durch verschiedene Prinzipien erfolgen, die auch miteinander kombiniert werden können. So treten Lorentzkräfte bei einer Relativbewegung zwischen Magnetfeld und den elektrisch leitfähigen Partikel auf. Die Relativbewegung kann durch die Bewegung der Partikel durch ein stationäres Magnetfeld oder durch die Bewegung des Magnetfelds gegenüber den Partikeln bzw. beiden Bewe- gungen gleichzeitig erzeugt werden. Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung der Lorent- zkräfte besteht darin, elektrische Wirbelströme in den elektrisch leitfähigen Partikeln durch ein magnetisches Wechselfeld zu induzieren. Dies führt wiederum zu einer Wechselwirkung mit dem Magnetfeld und somit zum Auftreten der Lorentzkräfte. The generation of the Lorentz forces can be done by different principles, which can also be combined with each other. Lorentz forces occur during a relative movement between the magnetic field and the electrically conductive particles. The relative movement can be determined by the movement of the particles through a stationary magnetic field or by the movement of the magnetic field with respect to the particles or both. be created simultaneously. Another possibility for generating the Lorentz forces is to induce electrical eddy currents in the electrically conductive particles through an alternating magnetic field. This in turn leads to an interaction with the magnetic field and thus to the occurrence of Lorentz forces.

Insbesondere durch eine Kombination der beiden Prinzipien können so längs und quer zur Bewegungsrichtung der Partikel wirkende Kräfte erzeugt und die Partikel so in die Länge gezogen werden. Bevorzugterweise wird das Magnetfeld mit Permanentmagneten oder mit Elektromagneten erzeugt. Permanentmagnete haben dabei den Vorteil, dass sie einen keinen eigenen Energiebedarf aufweisen. Elektromagnete, die beispielsweise als mit Gleichstrom betriebene Spulen ausgebildet sind, haben demgegenüber den Vorteil, dass sie leichter steuerbar sind und höhere Magnetkräfte mit geringerem Aufwand erzeugen können. Zusammenfassend wird im Folgenden der Begriff Magnete verwendet, der sowohl Permanentmagnete als auch Elektromagnete umfasst. Das mit den Magneten erzeugte Feld kann dabei homogen oder inhomogen ausgebildet werden. In particular, by a combination of the two principles so acting longitudinally and transversely to the direction of movement of the particles acting forces can be generated and the particles are pulled so long. Preferably, the magnetic field is generated with permanent magnets or with electromagnets. Permanent magnets have the advantage that they have no own energy requirements. Electromagnets, which are designed, for example, as DC-operated coils, in contrast, have the advantage that they are easier to control and can generate higher magnetic forces with less effort. In summary, the term magnets is used below, which includes both permanent magnets and electromagnets. The field generated by the magnets can be formed homogeneous or inhomogeneous.

Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Magnetfeld als statisches Feld oder als magne- tisches Wechselfeld ausgebildet wird. Ein statisches Magnetfeld lässt sich relativ einfach erzeugen, während ein Wechselfeld möglicherweise einen höheren Wirkungsgrad verspricht. Insbesondere mit Elektromagneten ist dabei die Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes durch eine entsprechende Ansteuerung der Elektromagneten relativ einfach möglich. Die Bewegung des Wechselfeldes erfolgt dabei vorzugsweise im Wesent- liehen parallel zur Flugbahn der schmelzflüssigen Partikel. It is particularly preferred that the magnetic field is formed as a static field or as a magnetic alternating field. A static magnetic field is relatively easy to generate while an alternating field may promise higher efficiency. In particular, with electromagnets while generating an alternating magnetic field by a corresponding control of the electromagnet is relatively easy. The movement of the alternating field is preferably carried out essentially parallel to the trajectory of the molten particles.

Bevorzugterweise werden die Magnete zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes bewegt, wobei die Bewegung insbesondere auf einer Kreisbahn erfolgt. Dies stellt eine relativ einfache Möglichkeit dar, auch mit Permanentmagneten ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Beispielsweise sind die Permanentmagnete auf einander gegenüber liegenden, rotierbar gelagerten Scheiben angeordnet, wobei über die Drehfrequenz der Scheiben und die Distanz benachbarter Permanentmagnete einer Scheibe die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes bestimmt wird. Eine derartige Anordnung kann auch als elektromagnetische Walze bezeichnet werden. Das Magnetfeld kann als beispielsweise zylindrisches statisches Feld oder als statisches Feld mit einer divergierenden bzw. konvergierenden Geometrie ausgebildet werden, durch das sich die Partikel bewegen. Ebenso können instationäre Magnetfelder in zylindrischer oder konvergierender bzw. divergierender Form verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, axial veränderliche Lorentzkräfte zu erzeugen. Preferably, the magnets are moved to generate an alternating magnetic field, wherein the movement takes place in particular on a circular path. This represents a relatively easy way to produce a magnetic alternating field even with permanent magnets. For example, the permanent magnets are arranged on mutually opposite, rotatably mounted disks, wherein the frequency of the alternating magnetic field is determined by the rotational frequency of the disks and the distance between adjacent permanent magnets of a disk. Such an arrangement may also be referred to as an electromagnetic roller. The magnetic field may be formed as a cylindrical static field, for example, or as a static field with a diverging or converging geometry through which the particles move. Likewise, transient magnetic fields in cylindrical or converging or divergent form can be used. For example, it is possible to generate axially variable Lorentz forces.

Um zu verhindern, dass die Permanentmagnete beziehungsweise die Elektromagnete zu stark thermisch belastet werden, also beispielsweise nicht über die Curie-Temperatur erwärmt werden, werden die Permanentmagnete beziehungsweise die Elektromagnete vorzugsweise gekühlt. Dadurch können die Magnete und damit das Magnetfeld sehr nah an der Verdüsungszone angeordnet werden. In order to prevent that the permanent magnets or the electromagnets are subjected to excessive thermal stress, that is, for example, are not heated above the Curie temperature, the permanent magnets or the electromagnets are preferably cooled. As a result, the magnets and thus the magnetic field can be arranged very close to the atomization zone.

Bei einer Vorrichtung zur Herstellung mikrofeiner Fasern oder Filamente mit einem Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche ist erfindungsgemäß vor- gesehen, dass sie eine Verdüsungszone, eine Quenchungszone und einen Sammelbereich aufweist, wobei in der Verdüsungszone eine Zuführeinrichtung für das Ausgangsmaterial und eine Verdüsungseinrichtung zum Einbringen thermischer und kinetischer Energie angeordnet sind und in der Quenchungszone eine das in Form von schmelzflüssigen Partikeln in die Quenchungszone eingebrachten Ausgangsmaterials abkühlbar ist, wobei im Sammelbereich die zu Fasern oder Filamenten erstarrten Partikel sammelbar sind. In a device for producing microfine fibers or filaments with a method according to at least one of the preceding claims, the invention provides that it has an atomization zone, a quench zone and a collection region, wherein in the atomization zone a feed device for the starting material and an atomizing device for introducing thermal and kinetic energy are arranged and in the quenching zone, a in the form of molten particles introduced into the quenching zone starting material is cooled, wherein in the collecting area to the fibers or filaments solidified particles are collectible.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung erfolgt eine Abscheidung des kontinuierlich zugeführten Ausgangsmaterials durch gleichzeitiges Einbringen von kinetischer und thermischer Energie. Das Ausgangsmaterial wird so in Form von schmelzflüssigen Partikeln beschleunigt und in eine Quenchungszone gebracht. In der Quenchungszone erfolgt eine passive oder eine aktive, schlagartige Abkühlung beispielsweise mittels Beaufschlagung mit Stickstoff. Durch diese Abkühlung soll eine Kugelbildung der Partikel vermieden werden, die aufgrund hoher Oberflächenspannungen bei langsamer Abkühlung auftritt. Dadurch können die Partikel in Form von Fasern oder Filamenten aufgesammelt werden, bei denen die Faserdicke unter 50 μηι, insbesondere unter 10 μηι bei einer Länge von mindestens 1 mm, insbesondere von 4 mm, 5 mm oder 6 mm, liegt. Damit können Fasern und Filamente mit geringem Aufwand, insbesondere mit geringerem Energiebedarf als bei herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise ist die Verdüsungseinrichtung derartig ausgebildet, dass sie Partikel vom Ausgangsmaterial abscheidet und gleichzeitig die Partikel in Richtung Quenchungszone beschleunigt. Die Verdüsungseinrichtung übernimmt also eine Doppelfunktion, nämlich die Abscheidung der Partikel und gegebenenfalls die Überführung in eine schmelzflüssi- ge Form sowie die Beschleunigung der Partikel weg vom zugeführten Ausgangsmaterial in die Quenchungszone, in der die Partikel schlagartig abgekühlt werden. With the help of this device, a deposition of the continuously supplied starting material by simultaneous introduction of kinetic and thermal energy takes place. The starting material is thus accelerated in the form of molten particles and placed in a quenching zone. In the quenching zone, a passive or an active, abrupt cooling takes place, for example, by application of nitrogen. By this cooling, a ball formation of the particles is to be avoided, which occurs due to high surface tensions at slow cooling. As a result, the particles in the form of fibers or filaments can be collected, in which the fiber thickness is below 50 μηι, especially below 10 μηι at a length of at least 1 mm, in particular 4 mm, 5 mm or 6 mm. This fibers and filaments can be produced with little effort, especially with lower energy consumption than conventional methods. Preferably, the atomizing device is designed such that it separates particles from the starting material and at the same time accelerates the particles in the direction of the quenching zone. Thus, the atomizing device assumes a dual function, namely the separation of the particles and, if appropriate, the transfer into a molten form and the acceleration of the particles away from the supplied starting material into the quenching zone, in which the particles are cooled abruptly.

Eine besonders geeignete Ausgestaltung der Verdüsungseinrichtung, mit der ein hoher, konzentrierter Energieeintrag und eine gleichzeitige Beschleunigung der schmelzflüssi- gen Partikel erreichbar sind, besteht darin, dass die Verdüsungseinrichtung als Lichtbogengenerator oder Plasmastrahlgenerator ausgebildet ist. Die Verwendung eines Plasmastrahlgenerators kann auch als Plasmaverdüsung bezeichnet werden. Dabei wird ein Plasma, wie beispielsweise ein Argon-Wasserstoff-Plasma, erzeugt, das eine Temperatur von über 5.000 Kelvin aufweist und mit einer Geschwindigkeit von über 800 m/s strömt. Durch Einbringen des Ausgangsmaterials in das Plasma wird dieses geschmolzen und zerstäubt, wobei die schmelzflüssigen Partikel in die Quenchungszone beschleunigt werden. Durch den erreichbaren hoch konzentrierten Energieeintrag wird die Wärmeabgabe in die Umgebung gering gehalten und ein effizienter Betrieb ermöglicht. Beim Plasmastrahlgenerator wird ein stromfreier Plasmastrahl durch Gasaufheizung mittels eines Gleichstrom-Lichtbogens erzeugt, der zwischen einer stabförmigen Kathode und einer düsenförmigen Anode ausgebildet ist. Bei einem Lichtbogengenerator wird das Ausgangsmaterial, das drahtformig zugeführt wird, elektrisch kontaktiert und mittels Lichtbogen abgeschmolzen, wobei ein überlagerter Gasstrom die Partikel aus der Schmelze auslöst und in Richtung Quenchungszone beschleunigt. A particularly suitable embodiment of the atomizing device, with which a high, concentrated energy input and a simultaneous acceleration of the molten particles can be achieved, is that the atomizing device is designed as an arc generator or plasma jet generator. The use of a plasma jet generator can also be referred to as plasma atomization. In this case, a plasma, such as an argon-hydrogen plasma, generated, which has a temperature of about 5,000 Kelvin and flows at a speed of about 800 m / s. By introducing the starting material into the plasma, it is melted and atomized, whereby the molten particles are accelerated into the quenching zone. Due to the achievable highly concentrated energy input, the heat dissipation into the environment is kept low and enables an efficient operation. In the plasma jet generator, an electroless plasma jet is generated by gas heating by means of a DC arc, which is formed between a rod-shaped cathode and a nozzle-shaped anode. In an arc generator, the starting material, which is supplied in wire form, is electrically contacted and melted down by means of an arc, wherein a superimposed gas stream triggers the particles from the melt and accelerates them in the direction of the quenching zone.

In einer anderen Ausgestaltung ist die Verdüsungseinrichtung als chemische Verbrennungseinrichtung ausgebildet. Beispielsweise kann die Verdüsungseinrichtung in Form eines Flammenspritzgerätes oder ähnlich wie ein Autogen-Schwei ßbrenner aufgebaut sein. Auch dabei werden die zur Flammenbildung dienenden Ausgangsstoffe mit hoher Geschwindigkeit zugeführt, sodass diese die schmelzflüssigen Partikel beschleunigen und in die Quenchungszone treiben können. In another embodiment, the atomizing device is designed as a chemical combustion device. For example, the atomizing device may be constructed in the form of a flame spraying device or similar to an autogenous welding torch. Here too, the starting materials used for flame formation are supplied at high speed, so that they can accelerate the molten particles and drive them into the quenching zone.

Vorteilhafterweise umfasst die Quenchungszone ein insbesondere rohrförmiges Gehäu- se, in dem eine Abkühlung der Partikel erfolgt, die durch das Gehäuse hindurch fliegen. Das Gehäuse weist dafür an gegenüberliegenden Seiten Öffnungen auf, durch die die Partikel ein- bzw. austreten können. Durch das Gehäuse können Partikel aufgefangen werden, die von der gewünschten Bewegungsrichtung abweichen. Darüber hinaus kann ein zu kühlender Bereich umgrenzt werden. Ferner erfolgt durch das Gehäuse eine thermische Isolierung, sodass die eingebrachte Kälteenergie im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses verbleibt und nicht zu einer starken, ungewollten Abkühlung au ßerhalb der Quenchungszone führt. Die Effizienz des Verfahrens wird damit gesteigert. Advantageously, the quenching zone comprises a particularly tubular housing, in which a cooling of the particles takes place, which fly through the housing. For this purpose, the housing has openings on opposite sides, through which the particles can enter or exit. Through the housing particles can be collected, which deviate from the desired direction of movement. In addition, an area to be cooled can be delimited. Furthermore, thermal insulation takes place through the housing, so that the introduced cooling energy essentially remains within the housing and does not lead to a strong, unwanted cooling outside the quenching zone. The efficiency of the process is thereby increased.

Das Gehäuse kann beispielsweise im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sein und gegebenenfalls eine Innenbeschichtung aufweisen, die ein Anhaften der mit einer Innenseite des Gehäuses kollidierenden Partikel verhindert oder zumindest ein leichteres Ablösen ermöglicht. For example, the housing may be substantially tubular and optionally have an internal coating which prevents adhesion of the particles colliding with an inside of the housing or at least facilitates easier detachment.

Im Gehäuse sind dabei vorzugsweise Einströmöffnungen für ein zur Kühlung der schmelzflüssigen Partikel dienendes Fluid vorgesehen. Dadurch kann relativ einfach eine aktive Kühlung innerhalb des Gehäuses erfolgen, wobei sowohl flüssige als auch gasförmige Fluide verwendet werden können. Preferably, inflow openings for a fluid serving for cooling the molten particles are provided in the housing. This allows relatively easy active cooling within the housing, wherein both liquid and gaseous fluids can be used.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist zwischen der Verdüsungszone und der Quenchungszone eine Formungszone angeordnet, in der Magnete zur Ausbildung eines Magnetfeldes angeordnet sind. Durch elektromagnetische Wechselwirkungen zwischen Magnetfeld und den elektrisch leitfähigen, schmelzflüssigen Partikel treten Kräfte auf, insbesondere Lorentzkräfte, die eine Kugelbildung verhindern und mit der eine berührungslose Formung der schmelzflüssigen Partikel möglich ist. Die Magnete können da- bei als Permanentmagnete oder als Elektromagnete ausgebildet sein. In a preferred development, a shaping zone is arranged between the atomizing zone and the quenching zone, in which magnets are arranged to form a magnetic field. By electromagnetic interactions between the magnetic field and the electrically conductive, molten particles occur forces, in particular Lorentz forces that prevent ball formation and with the non-contact shaping of the molten particles is possible. The magnets can be designed as permanent magnets or as electromagnets.

Mit den Magneten kann ein statisches Magnetfeld oder ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden. Die zur Formung genutzten Lorentzkräfte ergeben sich z.B. durch eine Relativbewegung zwischen dem Magnetfeld und den schmelzflüssigen Partikeln oder durch Induzieren elektrischer Wirbelströme in die Partikel durch Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes. Da diese Partikel durch die Quenchungszone getrieben werden, sich also relativ schnell bewegen, wird auch bei einem statischen Magnetfeld eine ausreichende Relativbewegung erhalten. Ein statisches Magnetfeld kann dabei nicht nur mittels Permanentmagneten, sondern auch mit Elektromagneten, beispielsweise einer mit Gleichstrom versorgten Spule, erzeugt werden. Zusätzlich kann das Magnetfeld bewegbar ausgebildet sein. With the magnets, a static magnetic field or a magnetic alternating field can be generated. The Lorentz forces used for shaping arise, for example, by a relative movement between the magnetic field and the molten particles or by inducing electrical eddy currents into the particles by applying an alternating magnetic field. Since these particles are driven through the quench zone, ie move relatively quickly, a sufficient relative movement is obtained even with a static magnetic field. A static magnetic field can not only by means of permanent magnets, but also with electromagnets, such as a DC powered coil can be generated. In addition, the magnetic field can be designed to be movable.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Magnete beweglich angeordnet, wobei ein magnetisches Wechselfeld erzeugbar ist. Damit ist es möglich, auch mit Permanentmagneten ein magnetisches Wechselfeld bereit zu stellen. Beispielsweise sind die Magnete auf einander gegenüber liegenden Scheiben angeordnet und sind drehbar gelagert, sodass sie mit einer entsprechenden Drehfrequenz rotieren können. Eine besonders wartungsfreundliche Vorrichtung wird dadurch erhalten, dass die Ver- düsungszone, die Quenchungszone und gegebenenfalls die Formungszone jeweils durch ein eigenständiges Modul gebildet sind, wobei die Module miteinander koppelbar sind. Durch entsprechende Auswahl der Module beziehungsweise einen Austausch der Module kann dabei eine Anpassung an unterschiedliche Ausgangsmaterialien erfolgen. Ferner ist im Falle eines Defektes ein einfacher Austausch einzelner Module möglich, sodass Ausfallzeiten gering gehalten werden. In a preferred embodiment, the magnets are movably arranged, wherein a magnetic alternating field can be generated. This makes it possible to provide a magnetic alternating field even with permanent magnets. For example, the magnets are arranged on mutually opposite discs and are rotatably mounted so that they can rotate at a corresponding rotational frequency. A particularly maintenance-friendly device is obtained by virtue of the fact that the spray zone, the quench zone and optionally the shaping zone are each formed by an independent module, wherein the modules can be coupled to one another. By appropriate selection of the modules or an exchange of the modules can be made to adapt to different starting materials. Furthermore, a simple replacement of individual modules is possible in the event of a defect, so that downtime is kept low.

Im Anschluss an den Sammelbereich kann gegebenenfalls ein Sortierbereich angeordnet werden, in dem eine Sortierung der erhaltenen Fasern nach Form und/oder Größe erfolgt. Dies kann beispielsweise über Rüttelsiebe oder ähnliches realisiert werden. Following the collecting area, a sorting area can optionally be arranged in which sorting of the fibers obtained takes place according to shape and / or size. This can be realized for example via vibrating screens or the like.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt: Die einzige Figur einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung mikrofeiner Fasern oder Filamente. The invention will be described below with reference to a preferred embodiment in conjunction with the drawings. The single FIGURE shows a schematic structure of a device for producing microfine fibers or filaments.

In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung 1 zur Herstellung mikrofeiner Fasern und Filamente aus einem schmelzbaren Ausgangsmaterial dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Verdüsungszone 2, eine Formungszone 3, eine Quenchungszone 4 und einen Sammelbereich 5 auf. In der Verdüsungszone 2 wird Ausgangsmaterial 6, bei diesem Ausführungsbeispiel in stabförmiger Form, zugeführt und verdüst. Dafür ist in der Verdüsungszone 2 eine Verdüsungseinrichtung 7 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen Plasmastrahlgenerator, mit dem ein stromfreier Plasmastrahl 8 erzeugbar ist. Der Plasmastrahl 8 weist eine Temperatur von über 5.000 Kelvin auf und strömt mit einer Geschwindigkeit von über 800 m/s. Dementsprechend erfolgt ein gleichzeitiger Eintrag von thermischer und kinetischer Energie in das Ausgangsmaterial, das dadurch geschmolzen wird, wobei die Partikel gelöst und beschleunigt werden. Beispielsweise kann er durch ein Wasserstoff-Argon-Plasma gebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Ausgangsmaterial 6 von zwei Seiten mit seinen Enden in den Plasmastrahl 8 eingeführt, sodass aus dem Ausgangsmaterial 6 Partikel ausgeschmolzen werden, die aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des Plasmastrahls 8 beschleunigt und durch die Formungszone 3 und die Quenchungszone 4 in den Sammelbereich 5 getrieben werden. In the single figure, an apparatus 1 for producing microfine fibers and filaments of a meltable starting material is shown. The device 1 has an atomization zone 2, a forming zone 3, a quenching zone 4 and a collecting area 5. In the atomization zone 2, starting material 6, in this embodiment in rod form, is supplied and atomized. For this purpose, an atomization device 7 is arranged in the atomization zone 2. In this embodiment, this is a plasma jet generator with which a current-free plasma jet 8 can be generated. The plasma jet 8 has a temperature of more than 5,000 Kelvin and flows at a speed of over 800 m / s. Accordingly, there is a simultaneous input of thermal and kinetic energy into the starting material which is thereby melted, thereby dissolving and accelerating the particles. For example, it may be formed by a hydrogen-argon plasma. In the illustrated embodiment, the starting material 6 is introduced from both sides with its ends in the plasma jet 8, so that from the starting material 6 particles are melted, which accelerates due to the flow velocity of the plasma jet 8 and driven through the shaping zone 3 and the quenching zone 4 in the collecting region 5 become.

In der Formungszone 3 erfolgt eine berührungslose Formung der schmelzflüssigen Partikel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dabei mit Hilfe von Magneten 9, die als Elektromagnete ausgebildet sind, ein rotierendes magnetisches Wechselfeld erzeugt. Auf die durch die Formungszone 3 fliegenden schmelzflüssigen Partikel wirken dadurch Lorentzkräfte, die eine Kugelbildung der schmelzflüssigen Partikel verhindern und zu einer Verringerung der Dicke dieser Partikel führen. Anstelle der Magnete 9 kann beispielsweise auch eine von Gleichstrom durchflossene Spule verwendet werden, die insbesondere eine Form aufweist, die an die Gestalt des Partikelstrahls angepasst ist. In the forming zone 3, a non-contact shaping of the molten particles takes place. In the present embodiment, a rotating alternating magnetic field is thereby generated with the aid of magnets 9, which are designed as electromagnets. On the flowing through the forming zone 3 molten particles thereby act Lorentz forces that prevent balling of the molten particles and lead to a reduction in the thickness of these particles. Instead of the magnets 9, for example, it is also possible to use a coil through which direct current flows, which, in particular, has a shape which is adapted to the shape of the particle beam.

Bevor eine allmähliche Abkühlung der schmelzflüssigen Partikel auftritt, gelangen diese in die Quenchungszone 4, in der eine schlagartige Abkühlung durch aktives Abkühlen mit hohem Energieüberschuss erfolgt. Beispielsweise wird Stickstoff in die Quenchungszone 4 eingebracht und kühlt die schmelzflüssigen Partikel. Dieser Stickstoff ist in der Figur durch Pfeile 10, 1 1 symbolisiert. Andere geeignete Fluide können aber ebenfalls in gasförmiger oder auch in flüssiger Form verwendet werden. Before a gradual cooling of the molten particles occurs, they pass into the quenching zone 4, in which a sudden cooling takes place by means of active cooling with a high energy surplus. For example, nitrogen is introduced into the quench zone 4 and cools the molten particles. This nitrogen is symbolized in the figure by arrows 10, 1 1. However, other suitable fluids can also be used in gaseous or in liquid form.

In der Quenchungszone ist ein Gehäuse 12 angeordnet, das rohrförmig bzw. zylindrisch ausgebildet ist und offene Stirnseiten 13, 14 aufweist, durch die die Partikel eintreten beziehungsweise austreten können. In einer Wandung 15 des Gehäuses 12 sind dabei weitere Einströmöffnungen ausgebildet, durch die ein zur Kühlung der Partikel dienendes Fluid eingeleitet werden kann. Damit ist es möglich, in sehr kurzer Zeit und damit auf einer sehr geringen Länge eine schlagartige Abkühlung der schmelzflüssigen Partikel unter deren Erweichungspunkt zu erreichen. In the Quenchungszone a housing 12 is arranged, which is tubular or cylindrical and has open end faces 13, 14, through which the particles can enter or exit. In a wall 15 of the housing 12 are formed further inflow openings through which a serving for cooling the particles fluid can be introduced. Thus, it is possible to achieve a sudden cooling of the molten particles below their softening point in a very short time and thus to a very short length.

An die Formungszone 4 schließt sich der Sammelbereich 5 an, der beispielsweise eine Auffangeinrichtung 16 umfasst, in der die Fasern beziehungsweise Filamente abgebremst und aufgefangen werden. An den Sammelbereich kann sich eine nicht dargestellte Sortiereinrichtung anschließen, die beispielsweise Rüttelsiebe aufweist. Mit dieser Sortiereinrichtung können die Fasern nach Dicke und/oder Gestalt sortiert werden. Bei einer Herstellung von Filamenten kann dagegen vorgesehen werden, eine Aufwickeleinrichtung nach oder in Zusammenhang mit dem Sammelbereich 5 anzuordnen, um die erhaltenen Filamente aufzuwickeln. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Ausgangsmaterial 6 in die Ver- düsungszone 2 eingebracht. Dort erfolgt der Eintrag der thermischen und kinetischen Energie mit Hilfe der Verdüsungseinrichtung 7, sodass schmelzflüssige Partikel abgespalten und in Richtung Quenchungszone 4 beschleunigt werden. In der Quenchungs- zone 4 erfolgt eine schlagartige Abkühlung beispielsweise mittels Stickstoff, wodurch eine Kugelbildung der Partikel vermieden werden soll, die aufgrund hoher Oberflächenspannungen insbesondere metallischer Werkstoffe bei langsamerer Abkühlung auftritt. Dadurch ist die Ausbildung mikrofeiner Metallfasern mit einem Durchmesser von weniger als 50 μηι möglich. Für das Herstellen von Fasern mit geringerer Dicke kann zusätzlich eine Formungszone vorgesehen werden, die zwischen der Verdüsungszone und der Quenchungszone angeordnet wird und durch berührungslose Verformung der Partikel diese zu Fasern mit geringerer Dicke verformt. Diese Form wird dann durch die schlagartige Abkühlung in der Quenchungszone auch im erstarrten Zustand der Partikel beibehalten. Dadurch können Fasern mit Dicken von weniger als 10 μηι, gegebenenfalls sogar von weniger als 5 μηι erreicht werden. The collecting zone 4 is adjoined by the collecting zone 5, which comprises, for example, a collecting device 16 in which the fibers or filaments are decelerated and collected. To the collecting area, a sorting device, not shown, may connect, which has, for example vibrating screens. With this sorting device, the fibers can be sorted by thickness and / or shape. In the case of production of filaments, on the other hand, provision can be made for arranging a winding device on or in connection with the collecting region 5 in order to wind up the filaments obtained. In the method according to the invention, the starting material 6 is introduced into the atomization zone 2. There, the entry of the thermal and kinetic energy takes place with the aid of the atomizing device 7, so that molten particles are split off and accelerated in the direction of the quenching zone 4. In quenching zone 4, abrupt cooling takes place, for example, by means of nitrogen, which is intended to avoid spheroidization of the particles, which occurs due to high surface tensions, in particular of metallic materials, with slower cooling. As a result, the formation of microfine metal fibers with a diameter of less than 50 μm is possible. In addition, for forming fibers of lesser thickness, a forming zone may be provided which is positioned between the atomizing zone and the quenching zone and which, by non-contact deformation of the particles, deforms them into fibers of lesser thickness. This shape is then retained by the sudden cooling in the quench zone even in the solidified state of the particles. As a result, fibers with thicknesses of less than 10 μηι, possibly even less than 5 μηι can be achieved.

Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine sehr effiziente Herstellung von mikrofeinen Fasern beziehungsweise Filamenten mit Dicken von weniger als 50 μηι, insbesondere von weniger als 10 μηι. Beispielsweise lassen sich Fasern dabei mit einer Länge von 1 bis 10 mm herstellen. Gegenüber herkömmlichen Verfahren sind dabei der Aufwand und der Energiebedarf beträchtlich geringer, sodass eine kostengünstige Herstellung der Fasern ermöglicht wird. Diese können in vielfältigen Bereichen der Technik eingesetzt werden, beispielsweise in der Fließstoff- und Filtrationsbranche. Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. The inventive method or apparatus of the invention allows a very efficient production of microfine fibers or filaments with thicknesses of less than 50 μηι, in particular less than 10 μηι. For example, fibers can be produced with a length of 1 to 10 mm. Compared to conventional methods are the effort and the energy consumption considerably lower, so that a cost-effective production of the fibers is made possible. These can be used in many areas of technology, for example in the non-woven and filtration industry. The invention is not limited to one of the above-described embodiments, but can be modified in many ways.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Ver- fahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. All features and advantages arising from the claims, the description and the drawing, including design details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention, both individually and in the most diverse combinations.

Bezugszei chen l iste Reference numeral

1 Vorrichtung 1 device

2 Verdüsungszone 2 atomizing zone

3 Formungszone 3 forming zone

4 Quenchungszone 4 quench zone

5 Sammelbereich 5 collection area

6 Ausgangsmaterial 6 starting material

7 Verdüsungseinrichtung 7 atomizing device

8 Plasmastrahl 8 plasma jet

9 Magnete 9 magnets

10, 1 1 Stickstoff 10, 1 1 nitrogen

12 Gehäuse 12 housing

13, 14 Stirnseite 13, 14 front side

15 Wandung 15 wall

16 Auffangbehälter 16 collection container

Claims

claims

1 . Method for producing microfine fibers and filaments from a meltable starting material, which is supplied in particular continuously, characterized in that the starting material (6) is atomized by simultaneous introduction of thermal and kinetic energy, whereby the starting material (6) produces molten particles and in the direction of a quenching zone (4) are accelerated, in which the particles are actively cooled with excess cold, wherein the thereby solidified into fibers or filaments particles are then collected.

2. The method according to claim 1, characterized in that the starting material (6) is supplied in solid or powdery form and melted during atomization.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the atomization

thermal energy is supplied by gas discharge or by chemical combustion.

4. The method according to claim 3, characterized in that in the gas discharge a

current-carrying arc or a current-free plasma jet (8) is used.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the quenching zone (4) the molten particles are cooled by means of Fluidbeströmung (10, 1 1) at least up to its solidification point.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that before the quenching zone, a non-contact shaping of the molten particles to microfine fibers or filaments takes place.

7. The method according to claim 6, characterized in that the particles are guided for shaping by a magnetic field, which is formed as a static field or as an alternating field.

8. The method according to claim 7, characterized in that the magnetic field with magnets which are formed as permanent magnets or as electromagnets (9) is generated. A method according to claim 8, characterized in that the magnets are moved to generate an alternating magnetic field, wherein the movement takes place in particular on a circular path.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that the permanent magnets or the electromagnets are cooled.

Device for producing microfine fibers or filaments with a method according to at least one of the preceding claims, characterized in that it comprises an atomizing zone (2), a quenching zone (4) and a collecting zone (5), wherein in the atomizing zone (2) a feeding device for the starting material (6) and an atomizing device (7) for introducing thermal and kinetic energy are arranged and in the quenching zone (4) in the form of molten particles in the quenching zone (4) introduced starting material (6) is passively or actively cooled, wherein in the collecting area (5) the particles solidified into fibers or filaments can be collected.

Device according to claim 1 1, characterized in that the atomizing device (7) is designed such that it separates particles from the starting material (6) and at the same time accelerates the particles in the direction of the quenching zone (4).

Apparatus according to claim 1 1 or 12, characterized in that the atomizing device (7) is designed as an arc generator or plasma jet generator.

Apparatus according to claim 1 1 or 12, characterized in that the atomizing device (7) is designed as a chemical combustion device.

Device according to one of claims 1 1 to 14, characterized in that the quenching zone (4) comprises a particular tubular housing (12) in which the particles are cooled, which fly through the housing (12).

Device according to one of claims 1 1 to 15, characterized in that between the atomizing zone (2) and the quenching zone (4) a forming zone (3) is arranged, are arranged in the magnets (9) for forming a magnetic field.

Apparatus according to claim 16, characterized in that the magnets (9) are arranged to be movable and with the magnets (9) an alternating magnetic field can be generated. Device according to one of claims 1 1 to 17, characterized in that the Verdüsungszone (2), the Quenchungszone (4) and optionally the forming zone (3) each formed by an independent module, wherein the modules are coupled to each other.