APPARATUS FOR MAKING THIN FIBRES OF GLASS, CERAMICS OR THE LIKE

Abstract: 1. Apparatus for manufacturing thin glass fibres, ceramic fibres and the like in which the liquid glass or ceramic composition (12) is split in a rotor by means of composition nozzles (18) built annularly into the outer wall (15) of said rotor by centrifugal force into single streams which upon emerging form glass cones (23) from which glass threads are drawn off in the direction of the composition nozzle axis by means of a gas stream acting on all sides of said cones, characterized in that at least one blast nozzle (20a, 20b) is provided for the gas stream in the region of each composition nozzle (18) and the rotor comprises a tank portion (13) for accommodating the composition (12) and a gas-bearing portion (14) which encloses said portion (13), there being provided in the space between the vertical outer wall (15) of the tank portion and the vertical outer wall (16) of the gas-bearing portion a nozzle ring (17) containing the composition nozzles (18) which rotates with the rotor.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dünner Glasfasern, Keramikfasern oder dgl. Die Erfindung richtet sich auf die Herstel lung von sich zu Fasern zerteilenden Fäden aus in der Wärme erweichenden anorganischen Massen, insbe sondere Glas- oder Keramikfasern. Zur Vereinfachung der Beschreibung sollen jedoch nur Glasfasern ange sproch,e,n ,werden, ohne dabei die Erfindung darauf einzuschränken. Im engeren Sinne richtet sich die Erfindung auf die Herstellung dünner Glasfasern mit Hilfe eines flüssige Glasmasse aufnehmenden und in Umdrehung versetzten, meist und auch nachfolgend 'Rotor" genannten Behälters, dessen Aussenwandung Öffnungen aufweist, durch welche die durch die Um drehung des Rotors entstehende Zentrifugalkraft Ströme der Glasmasse drückt, die beim Erkalten in Fasern sich zerteilende Fäden bilden. Die Entwicklung ging, wie z.B. die DE-OS 26 02 902 ausweist, den Weg zu immer mehr und immer feineren, meist und auch nachfolgend 'GlasdüsenN genannten Öffnungen, um den Ausstoss zu erhöhen und von vorneherein die Bildung sehr dünner Fäden zu gewährleisten. In der DE-OS 26 02 902 sind 40 000 bis 100 000 Glasdüsen genannt, und wenn man bedenkt, dass derartige Rotoren im allgemeinen einen Gesamtdurchmesser von 450 mm nicht Ubersteigen und ihre Mantelhöhen in der Regel nicht mehr als 60 mm betragen, wird klar, welche Schwierigkeiten entstehen, und dass diese Glasdüsen kaum noch mechanisch, sondern heute eher mit Hilfe von Laserstrahlen in die Rotorwand einzubringen sind. Ausgangsbasis der vorliegenden Erfindung ist die Uberlegung, dass die Tendenz bei dergleichen sozusagen NhochgezUchtetentl Rotoren in eine Richtung geht, in der die Nachteile die Vorteile überwiegen. Die Einbringung so vieler und so feiner Glasdüsen ist, abgesehen von der Schwierigkeit ihrer Fertigung selbst, nur in verhältnismässig dünne Rotorwände möglich, die dann durch die Zentrifugalkraft an sich und durch die gegen die Innenseite der rot-weissglühenden Aussenwand des Rotors gepresste Glasmasse unstabil werden können und auch einer sonstigen erhöhten Beanspruchung ausgesetzt sind. Dies wirkt sich um so mehr aus, als mit feiner werdenden Düsen auch die Rotor-Drehzahl gesteigert werden muss (z.B. 3000 U/min und mehr), um die Glasschmelze durch die Düsen zu zwingen. Diese führt in so kurzer Zeit zu einer Erweiterung der Glasdüsen und bzw. oder zur Deformierung des Rotors, dass man mit einer Rotor-Standzeit von nur 10 bis 30 Stunden rechnet, ehe man einen derartigen Rotor bereits auswechseln oder zumindest ausrichten muss. Ausserdem muss man damit rechnen, dass sich so feine Düsen bei schon sehr geringen Unregelmässigkeiten, z.B. Unreinigkeiten in der Glasschmelze oder Viskositätsschwankungen zusetzen. Sie Wfrieren ein", wie man sagt, was während des Betriebes nicht korrigiert werden kann, so dass, wenn ein bestimmter Prozentsatz von Düsen eingefroren ist, auch aus diesem Grunde eine Produktionsunterbrechung zwecks Reinigung hingenommen werden muss. Die Erfindung kehrt deshalb zu weniger Düsen grösseren Durchmessers zurück, durch die Primärfäden erzeugt werden, die ausserhalb des Rotors in Unterstützung der Zentrifugalkraft durch besonders gerichtete Gas- und bzw. oder Heissgasströme zu dünnen Fäden weiter ausgezogen werden. Von stationären Verfahren her, also jenen Verfahren, bei denen in einer Wanne oder Rinne flüssige Glasschmelze bereitgehalten wird, die durch in ihren Boden eingelassene Glasdüsen ausfliesst, sind ausserhalb der Glasdüsen angeordnete und gegen den Glasaustrittskegel gerichtete Blasdüsen in vielfacher Ausgestaltung bekannt. So zeigt z.B. die DE-OS 26 37 536 entsprechende Glasdüsen in verschiedenen Ausführungs- und Anordnungsformen. Diese sind aber sämtlich so ausgebildet, dass sie eine Mehrzahl von im wesentlichen tangential am Faden angreifende Ein- zelblasströme erzeugen, und die DE-AS 24 14 779 lehrt, dicht am Glasaustrittskegel einer schräg verlaufenden Glasdüse eine Blasdüse anzuordnen und rechtwinklig dazu einen weiteren Blasstrom zur Wirkung zu bringen. Diese bekannten Blasführungen berücksichtigen nicht, dass sich beim Rotationsverfahren der Rotor in praktisch stehender Luft dreht (vgl. z.B. DE-OS 26 02 902, Seite 2, Zeilen 16/17), was dazu beitragen kann, dass einerseits durch die Trägheit der Masseströme und andererseits infolge Abbremsung durch die Luftschicht die Spinnwirkung beeinträchtigt wird. Dabei können die Fäden, meist sogar die Spitzen der Glaskegel entgegen dem Drehsinn des Rotors umbiegen. Das bedeutet, dass nur eine verhältnismässig kurze Strecke ausserhalb des Rotors für das Ausziehen des Glaskegels zu einem dünnen Faden zur Verfügung steht, und dass dies insbesondere dort, wo der Kegel in einen Faden übergeht, nämlich im Spitzenbereich, problematisch wird. Das wirkt sich um so mehr aus, ae weiter die Düsen sind, was im Rahmen der Erfindung erwünscht ist. Demnach lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung dünner Glasfäden nach dem Rotationsverfahren jene Nachteile auszuschalten, welche die erkennbare Tendenz zu immer mehr und immer feineren Düsen mit sich bringt und die an sich bekannte Erzeugung dünner Fäden aus Primärfäden durch gerichtete Gasströme auf das Rotationsverfahren zu übertragen und dabei die Effektivität in Richtung auf ein intensives Ausziehen auf nur kurzer Strecke unter Ausschaltung oder zumindest Verringerung der Einwirkung der um den Rotor stehenden LuSt zu verbessern. Die Erfindung ist in der Zeichnung an keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebenden Ausführungsbei spielen zur Anschauung gebracht und nachfolgend anhand derselben beschrieben. Es stellen dar: Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung in verkleinertem Massstab, teils im Verti kalschnitt und teils in der Seitenan sicht; Fig. 2 eine Hälfte einer Vorrichtung in abge wandelter AusfühIrungsform in natürlichem Massstab und im Vertikalschnitt. 1 ist ein Rotor, dessen Nabe 2 drehfest mit einer Welle 3 verbunden ist, mit der er in nicht dargestellter Weise über einen Motor und ein Getriebe in Umdrehung versetzt wird. Der Rotor kann z.B. aus einer hochhitzebeständigen Stahllegierung bestehen. Dem Rotor wird laufend im Masse des Verbrauchs ein Glasschmelzestrom 4 zugeführt, der sich über den Boden des Innenraumes des Rotors verteilt und an seiner Aussenwand 5 infolge der auf die Glasmasse einwirkenden Zentrifugalkraft hochsteigt. Der die Glasschmelze 4 aufnehmende Innenraum des Rotors kann mit einer Beschichtung, z.B. aus Aluminiumoxyd, versehen sein, um bei weniger hochwertigem Material dessen Einsatz zu ermöglichen oder bei hochwertigem Material (z.B. einer Edelmetallegerung die Lebensdauer noch zu erhöhen. In die Aussenwand 5 sind Glasöffnungen eingebracht, z.B. Glasdüsen 6 eingesetzt, durch welche die an der Innenfläche der Aussenwand 5 hochsteigende Glasmasse gedrückt wird, wobei Drehzahl, Glasdll- sen- und Rotordurchmesser, die Glaszufuhr in Durchsatz, Dichte und Viskosität so aufeinander abgestimmt werden, dass die Masse an der Innenfläche der Aussenwandung 5 etwa gerade bis zu den Glasdüsen hochsteigt. Die Glasmasse tritt in Form eines Glaskegels 7 aus der Düse aus, von dessen Ende laufend ein Faden 8 abgezogen wird. Die Glasdüsen 6 haben einen Innendurchmesser von etwa 4 bis 6 mm. Da bei solchen Durchmessern ein geringerer Druck ausreicht, um die Masse durch die Öffnungen zu drücken, ist nur eine verhältnismässig geringe Zentrifugalkraft hierfür erforderlich, und das bedeutet, dass die Rotor-Drehzahl gegenüber bekannten Verfahren erheblich herabgesetzt werden kann. Hierzu ist bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Beispiel oberhalb und unterhalb des Rotors je ein ringförmiger Gasführungskanal 9a bzw. 9b vorgesehen, in den eine nicht dargestellte Druckgasleitung mündet und der jeweils in einer Ringschlitz-Blasdüse lOa bzw. 1Ob übergeht. Der Austrittsschlitz der Blas dUsenfStzst-gerichtet, dass der austretende Gasstrom den Glaskegel 7 schräg von oben bzw. unten erfasst. Die beiden Gasströme aus den Ringschlitz BlasdUsen 1Oa,1Ob treffen also sehr schnell nach ihrem Austritt aufeinander und überall dort, wo sich ein Glaskegel befindet, umschliessen sie diesen. Auf diese Weise wird durch ganzflächigen Angriff am Glaskegel eine intensive Ziehwirkung ausgeübt, und er wird dadurch auch gegen den direkten Aufprall der ausserhalb des Rotors stehenden Luft abgeschirmt. Da bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Blasdüsen 10a und lOb stillstehen, wird ein Glaskegel nacheinander im Laufe einer Umdrehung von dem gesamten Blasstrom erfasst und dadurch auf jeden Fall eine sehr intensive Ziehwirkung unmittelbar nach dem Austritt der Glasmasse aus den Glasdüsen erzielt, wodurch die Wirkung der stehenden Luft ausserhalb des Rotors ganz oder zum grössten Teil ausgeschaltet und die sich für das Fadenziehen nachteiligen Eigenschaften vermieden werden. Dort, wo der Gesamtblasstrom aus 10a und lOb seine Wirkung einzubüssen beginnt, ist eine im Prinzip wie die Ringschlitz-Blasdüsen aufgebaute Umlenkdüse 11 vorgesehen, welche die Fäden 8 nach unten umlenkt, die Ziehwirkung der Blasdüsen 10a, 1Ob unterstützt und zusätzlich dazu beiträgt, die Wirkung der um den Rotor stehenden Luft auszuschalten oder doch wenigstens wesentlich abzuschwächen. Hierzu liegt der Austrittsschlitz dieser Umlenkdüse auf einem Radius grösser, aber nicht wesentlich grösser als der Abstand zwischen der Rotorachse und dem Ende des Glaskegels 7. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 besteht der Rotor aus dem die flüssige Glasmasse 12 aufnehmenden Wannenteil 13 und dem Gasführungsteil 14. Dieser umschliesst dabei den Wannenteil derart, dass zwischen der senkrechten Aussenwand 15 des Wannenteils und der senkrechten Aussenwand 16 des Gasführungsteils ein ringförmiger Zwischenraum entsteht. Dieser Zwischenraum nimmt einen allgemein mit 17 bezeichneten Düsenring auf, in den die Glasdüsen 18 eingesetzt und die Ringgaskanäle 19a,19b mit den Ringschlitz-Blasdüsen 2Oa,20b eingearbeitet sind. Diese Einarbeitung bereitet auf der Drehbank insofern keine Schwierigkeit, als die Kanäle 19und Dü- sen 20 nach aussen offen sind und erst durch die Wand 16 des Gasführungsteils 14 geschlossen und vervollständigt werden. Die Gasführung erfolgt längs der Pfeile durch die hohle Rotorwelle 21. Dabei wird das Gas im Gasführungsteil 14 nach aussen in den Kanal 19b gepresst und gelangt von hier teils durch die Ringschlitzdüse 20b direkt nach aussen, teils über Steigkanäle 22 zwischen den Glasdüsen 18 in den Ringkanal 19a und damit in die Ringdüse 20a. Dadurch wird die Wirkung des Blasdrucks verstärkt und die Blasdüsen werden noch näher an die Glaskegel 23 mit der Folge intensiverer Ziehwirkung herangebracht. Da in diesem Fall die Ringschlitz Blasdüsen sich synchron mit den Glasdüsen drehen, ist jeder Glasdüse ein Abschnitt der Ringschlitz Blasdüsen zugeordnet. Gehalten wird der Düsenring 17 bei dem dargestellten Beispiel in seiner Lage dadurch, dass ein umlaufender Vorsprung 24 des Deckels des Wannenteils 13 in eine Nut25 in-einer flanschartigen Verbreiterung der Aussenwand des Gasführungsteils 14 eingreift. Auf diese Weise wird der verhältnismässig einfach herzustellende Düsenring leicht auswechselbar, z.B. für den Fall, dass man zu Glasdüsen anderen Durchmessers übergehen oder die Weite der Blasdüsen ver ändern will. Im Düsenring lassen sich aber auch die durch die heisse Glasschmelze besonderen Beanspruchungen ausgesetzten, z.B. 100 Glasdüsen leichter als in der Rotorwand auswechseln. Man kann die Schnittdarstellung der Fig. 2 aber auch anders als vorstehend beschrieben betrachten, nämlich in der Weise, dass um jede Blasdüse 18 konzentrisch eine Ring-Blasdüse angeordnet ist, deren Achse mit der Achse der Glasdüse zusammenfällt. Zu diesen einzelnen Ring-Blasdüsen würden dann aus dem Gaszuführungsteil 14 Steigkanäle 26 führen. Damit würde mit allerdings erhöhtem Herstellungsaufwand und einer eingeschränkten Zahl der Glasdüsen eine besonders intensive Ziehwirkung durch einen von vorneherein hülsenförmigen Ziehstrom erzielt. Ebenso wie sich die Glasdüsen 18 und die Blasdüsen 20 bzw. 26 in einem Düsenring 17 gemäss Fig. 2 zusammenfassen lassen, kann auch die zusätzliche, den erzeugten Faden nach unten ablenkende und eventuell ihn weiter ausziehende, parallel zur Rotorachse gerichtete, ausserhalb des Rotors an geordnete Umlenkduse 27 in den Düsenring integriert werden. Bezugszeichenauf stellung 1 Rotor 2 Nabe 3 Welle 4 Glasschmelzstrom 5 Aussenrand 6 Glasdüse 7 Glaskegel 8 Faden 9 Gasführungskanal (a+b) 10 Ringschlitz-Blasdüse (a+b) 11 Umlenkungsdüse 12 flüssige Glasmasse 13 Wannenteil 14 Gasführungsteil 15 senkrechte Aussenwand (von 13) 16 senkrechte Aussenwand (von 14) 17 Düsenring 18 Glasdüsen 19 Ring-Gaskanäle (a+b) 20 Ringschlitz-Blasdüsen (a+b) 21 Rotorwelle 22 Stichkanäle 23 Glaskegel 24 Vorsprung 25 Nut 26 Steigkanal 27 Umlenkdüse

Claims: Patentansrüche 1. Verfahren zur Herstellung dünner Glasfasern, Keramikfasern und dgl., bei dem die flüssige Nasse in einem Rotor durch in seine Aussenfläche eingebrachte Düsen durch Zentrifugalkraft in Einzelströme aufgeteilt wird, die nach dem Austritt aus den Düsen beim Erkalten Fäden bilden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass am Massedüsenaustritt kegelförmige Primärfäden gebildet werden, die jeweils axial einem hülsenförmigen oder sich hülsenförmig schliessenden, einen Faden ziehenden Gasstrom ausgesetzt werden. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass oberhalb und unterhalb der in der Aussenwand (5) eines Rotors ringförmig angeordneten inassedüsen (6) jeweils eine diese erfassende ring förmige Blas-Schlitzdüse (1Oa,1Ob) angeordnet ist, deren gemeinsame Achse die Rotorachse ist. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Jeder Massedüse eine sie umgebende und achsgleich mit ihr liegende Blas Ringdüse zugeordnet ist. 4. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Masse- und Blasdüsen (23-18,19) in einem auswechselbaren Düsen ring (17) zusammengefasst sind. 5. Vorrichtung nach dem Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rotor aus einem die Masse (12) aufnehmenden Wannenteil (13) und einem diesen umschliessenden Gasführungsteil (14) aufgebaut ist, wobei im Zwischenraum zwischen der senkrechten Aussenwand (15) des Wannenteils und der senkrechten Aussenwand (16) des Gasführungs- teils der Düsenring (17) angeordnet ist. 6. Vorrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ringgaskanäle (19a,19b) und deren Ringschlitz-Blasdüsen (20a,20b) durch die Aussenwand (15) des Gasführungs- teils (14) geschlossen und vervollständigt sind. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass eine die gezogenen Fäden (8) erfassende, abwärts gerichtete Umlenk-Blasdüse (11,27) vorgesehen ist, deren Austrittsschlitz auf einem Radius grösser, aber nicht wesentlich grösser als der Abstand zwischen der Rotorachse und dem Ende der Glaskegel (7,23) liegt. Vorrichtung nach dem Anspruch 2, g e k e n n z e 1 c h n e t durch einen Massedüsendurchmesser zwischen 3 und 6 mm bei einem Durchmesser der Rotorwand von 400 mm. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, g e k e n n z e i c h n e t durch eingesetzte Massedüsen aus einer Edelmetall-Legierung. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, g e k e n n z e i c h n e t durch einen aus einer Edelstahllegierung bestehenden Rotor, dessen Masseschmelze aufnehmender Teil mit Aluminiumoxyd beschichtet ist.

Inventors: SCHLACHTER, FREDO
Applicants: GLASWERK SCHULLER GMBH
Application year: 1984
Main classification: C03B37
IPC codes: D01F9, C03B37