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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern, mit einer im wesentlichen flachen Düsenplatte mit darin angeordneten Düsenlöchern, die an der Unterseite eines Schmelzebehälters angeordnet ist, sowie mit einer Abzugseinrichtung zum Abziehen der an den Düsenlöchern ausgebildeten Glasfäden nach unten.
In neuerer Zeit hat der Verbrauch an Glasfasern (worunter hier nicht nur kürzere Fasern, sondern auch längere Fäden oder Filamente verstanden sein sollen) beträchtlich zugenommen, so dass Glasfasern in einer entsprechend grossen Menge produziert werden müssen. Dabei hat sich das Hauptinteresse darauf gerichtet, die Produktionsleistung der Herstellungs-Anlagen zu steigern.
Zur Herstellung von Glasfasern, u. zw. insbesondere zur Herstellung längerer Fäden aus Glas, wird im allgemeinen eine Düseneinrichtung mit einer Anzahl von Einzeldüsen verwendet. Dieser Düseneinrichtung ist ein Schmelzebehälter, z. B. eine kleine Wanne, ein Trog od. dgl., so zugeordnet, dass geschmolzenes Glas, welches sich in dem Schmelzbehälter befindet, durch die Düsen hindurch nach unten austreten kann, wobei es sich unterhalb der Düsenöffnungen zunächst zu einem Konus aus geschmolzenem Glas formt, der dann in einen Glasfaden übergeht. Die einzelnen Glasfäden können dabei gegebenenfalls auch mit einem mechanischen Zug nach unten gezogen werden.
Bei den bisher verwendeten Düseneinrichtungen sind die einzelnen Düsen durchwegs als soge- nannte"Spitzendüsen"ausgebildet, d. h. die Düsen besitzen ein über die Ebene der Düseneinrichtung hinaus nach unten vorstehendes isoliertes Mundstück, das gegebenenfalls noch mit Kühlrippen oder andern Kühleinrichtungen versehen sein kann und das eine ordnungsgemässe Separation der einzelnen Glaskonen sicherstellen soll. Bei einer solchen Ausbildung der Düseneinrichtung können jedoch nur verhältnismässig wenig Düsen pro Flächeneinheit der Düseneinrichtung vorgesehen sein, so dass der Durchsatz einer Düseneinrichtung entsprechend begrenzt ist.
Ausserdem ist eine solche Düseneinrichtung normalerweise auch ziemlich teuer, weil eine unmässige Menge an kostbarem Platin (dem üblicherweise verwendeten Metall) benötigt wird, sehr komplexe Düsengestaltungen erforderlich sind, oft unter erhöhtem Druck gearbeitet werden muss und demzufolge Druckerzeugungsmittel und druckbeständige Schmelzebehälter eingesetzt werden müssen, usw.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Düseneinrichtung einen erhöhten Durchsatz ermöglicht, und bei der zugleich die Düseneinrichtung weit weniger teuer und aufwendig gestaltet werden kann als bisher.
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Art dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenlöcher in der im wesentlichen flachen Düsenplatte als einfache in Abständen in Überflutungsbeziehung voneinander vorgesehene Durchgangsbohrungen ausgebildet und in mindestens vier Reihen angeordnet sind.
dass sich auf der Unterseite der Düsenplatte kapillare Rillen befinden, die einander benachbarte Düsenlöcher miteinander verbinden, und dass unterhalb der Düsenplatte eine Blaseinrichtung zur Erzeugung eines nach oben gegen das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte gerichteten Gasstromes vorgesehen ist, der die unter den Düsenlöchern beim Abziehen der Glasfäden gebildeten Glaskonen kühlt, in der Nähe der Düsenplatte eine Gasbewegung in allen Richtungen nach aussen von dem mit den Düsenlöchern versehenen Flächengebiet weg erzeugt und ausserdem eine Quelle für mit den Glasfäden nach unten gesaugtes Gas bildet.
Die Erfindung vermeidet somit die bisher gebräuchlichen Spitzendüsen und verwendet stattdessen eine einfache, flache, d. h. ebene Platte mit engständigen Durchgangsbohrungen darin. Dabei lassen sich pro Flächeneinheit der Düsenplatte wesentlich mehr Düsenöffnungen anordnen als bei den bisherigen Spitzendüsen, so dass sich allein schon dadurch eine entsprechende Durchsatzerhöhung einstellt. Derartige ebene Düsenplatten mit einfachen und engständigen Durchgangsbohrungen konnten bislang für die Herstellung von Glasfasern nicht verwendet werden, weil die Durchgangsbohrungen dabei in Überflutungsbeziehung zueinander stehen, d. h. auf der Unterseite der Düsenplatte zu einer Überflutung der gesamten Düsenplatte führen und damit die Ausbildung individueller Glaskonen verhindern.
Durch die Verwendung des aufwärtsgerichteten Gasstroms wird eine solche Düsenplatte mit einfachen engständigen Durchgangsbohrungen dagegen hervorragend für die Glasfaser-Herstellung geeignet. Der Gasstrom führt nämlich, neben andern Wirkungen, durch Kühlung der Glaskonen zu einer stabilen Konus-Ausbildung und damit zu einer sicheren Separation der Ko-
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nen, d. h. er verhindert ein Überfluten der Unterseite der Düsenplatte.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vielgestaltig. So lässt sich beispielsweise die Düsenplatte (und damit der Schmelzebehälter, von dem die Düsenplatte einen Bestandteil bildet) einfach herstellen, wobei sehr viel weniger an dem extrem teuren Platin benötigt wird als bei den bisher gebräuchlichen Düsenplatten mit Spitzendüsen. Im Vergleich zu diesen bisher gebräuch- lichen Vorrichtungen wird bei der vorliegenden Vorrichtung von der Düsenplatte auch sehr viel weniger Strahlungswärme an die Umgebung abgegeben, so dass das Bedienungspersonal besser gegen
Strahlungswärme geschützt werden kann. Die verminderte Abgabe von Strahlungswärme führt aber auch dazu, dass bei der Erfindung weniger elektrische Energie notwendig ist. Dieser letztgenannte ! Punkt tritt besonders stark beim Vergleich von Düseneinrichtungen mit gleichem Durchsatz zutage.
Da hohe Flächendichten an Düsenlöchern, also eine grosse Anzahl von Düsenlöchern pro Flä- cheneinheit der Düsenplatte, realisiert werden können, ergibt die Erfindung eine verbesserte Pro- duktionsleistung pro Flächeneinheit der Düsenplatte.
Darüberhinaus ergibt sich aber auch pro Düsenöffnung selbst ein erhöhter Durchsatz, wieder im Vergleich zu konventionellen Düseneinrichtungen mit Spitzendüsen, u. zw. hauptsächlich wegen einer auf einem "Skin Effekt" beruhenden Pumpwirkung beim Kühlen der Glas-Konen durch das rasch strömende Gas, wegen der kürzeren Länge der Düsenlöcher und auch wegen der höheren Tempe- ratur am Austrittsende der Düsenlöcher. Die erzeugten Glasfasern haben eine gute Gleichmässigkeit, und weiterhin wird keine komplizierte Herstellungseinrichtung benötigt. Insbesondere entfallen kom- plizierte Kühlrippen, Kühlflossen u. dgl., Hauben-und Schacht-Anordnungen, gebogene druckfeste
Schmelzebehälter und entsprechende Düseneinrichtungen sowie Drucksysteme.
Weiterhin braucht auch kein nichtatmosphärisches Gas, das mit Kohlenstoff-Plattierungs-Gasen gemischt ist, um eine nicht- benetzbare Kohlenstoff-Barriere zu erzeugen, verwendet zu werden, und auch die Verwendung von nichtbenetzbaren Legierungen ist für die Düsenplatte nicht nötig. Überdies wird als Kühlmittel das einfachste Kühlmittel benutzt, nämlich vorzugsweise Luft.
Hinsichtlich der Anzahl der Glasfäden, die mit Hilfe einer Düsenplatte hergestellt werden können, führt die Erfindung zu einer beträchtlichen Flexibilität. Es lassen sich in jedem Fall mit Hilfe einer einzigen Düsenplatte ohne weiteres diejenige Anzahl von Glasfäden ziehen, die für die spätere Verwendung erforderlich ist, beispielsweise Stränge mit 1600, 2000, 3200, 4000,20000 und auch noch mehr Fäden. Dadurch besteht die Möglichkeit der Eliminierung von Vorspinn-Opera- tionen.
Eine sehr hohe Flexibilität besteht auch bei der Auswahl der Aufwickel-Geschwindigkeiten.
Geringere Aufwickel-Geschwindigkeiten führen zu einer Verminderung der Gefahr eines Brechens der Fäden. Demgemäss lassen sich mit der Erfindung kommerziell akzeptable Produktionsraten (in kg Glas) dadurch bewirken, dass mehr Düsenlöcher und geringere Aufwickel-Geschwindigkeiten ver- wendet werden. Aber auch selbst bei höheren Aufwickel-Geschwindigkeiten wurde gefunden, dass das gefürchtete "Snap-Out", nämlich das praktisch gleichzeitige Brechen einer grossen Anzahl von
Fasern, nicht eintritt.
Da die Düsenplatte mit dem sich mit hoher Geschwindigkeit aufwärtsbewe- genden Gas, das sich dann längs der Düsenplatte aus dem Düsengebiet heraus nach aussen bewegt, praktisch gegen die äussere Umgebung abgeschirmt ist, kann aus der Umgebung kein Fremdgas (welches Verunreinigungen tragen kann, die die Fäden verschmutzen und ein Brechen der Fäden verursachen können) in den Bereich der flüssigen Glaskonen gezogen werden, so dass die Atmo- sphäre um die Konen herum sauberer ist als bisher.
Die höhere Flächendichte an Düsenlöchern und damit die verhältnismässig grosse Anzahl von
Fasern, die pro Düsenplatte erzeugt wird, führt weiterhin noch zu Vorteilen bei dem sogenannten "Schmälzen" der Glasfäden. Dieses Schmälzen geschieht normalerweise dadurch, dass die Glasfäden mittels einer Walze oder auch eines Zerstäubers mit flüssiger Schmälze (auch als Dressing, Binder oder Gleitmittel bezeichnet) beschichtet werden. Wegen der grossen Anzahl an Fäden ergibt sich bei diesem Schmälzen ein geringerer Verlust und damit ein geringerer Verbrauch an flüssiger Schmäl- ze als bei den herkömmlichen Vorrichtungen.
Es scheint auch so, dass durch eine Art Scheuerwirkung der Glasfäden aneinander die Aufnah- me überschüssiger Schmälze durch die einzelnen Fäden vermieden wird, so dass ein nachträgliches
Abtropfen der Schmälze von den Fäden wesentlich vermindert ist. Das wieder führt zu einer Vermin-
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Die Dicke der Düsenplatte ist eine Funktion der Grösse des Schmelzebehälters, der Festigkeit der verwendeten Legierung, der Grösse der Düsenlöcher, der Flächendichte an Düsenlöchern usw.
Im allgemeinen braucht die Düsenplatte nicht stärker als etwa 1, 5 mm zu sein, und es wurden sogar auch schon Düsenplatten von etwa 1 mm Stärke erfolgreich eingesetzt. Das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte kann rechteckig, quadratisch, aber auch mit abgerundetem Umfang versehen sein. Auf seiner kürzeren Seite kann es eine Dimension von mindestens etwa 1,2 cm besitzen, Dimensionen in dieser Richtung von mindestens etwa 2, 5 cm liegen in einer gut ausführbaren Grössenordnung. Aber auch Flächengebiete von 25 x 25 cm sind ohne weiteres möglich.
Wie auch bei der konventionellen Praxis ist bei der Erfindung der Schmelzebehälter oder die Düsenplatte mit Heizeinrichtungen versehen. Im allgemeinen wird dabei eine elektrische Widerstandsheizung verwendet.
Der Durchmesser der Düsenlöcher in der Düsenplatte ist im allgemeinen geringer als etwa 2, 5 mm, es können Durchmesser von nur 0, 5 mm und weniger verwendet werden. Das Muster der Anordnung der Düsenlöcher steht normalerweise zur freien Wahl, die Düsenlöcher können in quadra- tischem, hexagonalem oder auch jedem andern gewünschten Muster angeordnet werden. Um das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte optimal ausnutzen zu können, sollten die Düsenlöcher, von Mittellinie zu Mittellinie gemessen, nicht weiter als 2 Durchmesser voneinander entfernt sein. Abstände von etwa 1, 25 bis etwa 1, 7 Durchmesser, wieder von Mittellinie zu Mittellinie gemessen, sind bevorzugt.
Bei den kleineren Düsenlöchern kann das Metall zwischen zwei benachbarten Löchern sehr schmal werden, beispielsweise können sich Stege von nur 0, 025 mm Breite ergeben. Im übrigen hängt der Abstand der Düsenlöcher zum Teil auch von der Dicke der Düsenplatte ab. Falls gewünscht, können in der Düsenplatte periodische Gebiete ohne Düsenlöcher vorgesehen sein, um die gesamte Anordnung zu verstärken. In einem solchen Fall muss allerdings sorgfältig darauf geachtet werden, dass kein ungleichmässiger Luftstrom um die Glaskonen herum entsteht.
Mindestens sind in der Düsenplatte vier Reihen von Düsenlöchern vorgesehen, vorzugsweise sind mindestens etwa zehn oder elf Reihen von Düsenlöchern vorhanden, und noch besser werden mindestens etwa fünfzehn Reihen von Düsenlöchern (in jeder Richtung) verwendet. Infolge des geringen Abstandes zweier benachbarter Düsenlöcher, der sowohl für die Düsenlöcher innerhalb einer Reihe als auch für die Düsenlöcher zwischen zwei benachbarten Reihen gilt, stehen die Düsenlöcher in Überflutungsbeziehung zueinander, was der gegenwärtigen Praxis diametral entgegengesetzt ist.
Eine mit derartig engständigen Düsenlöchern (ohne Düsenspitzen oder Mundstücke) versehene Düsenplatte wird normalerweise sofort und vollständig von dem aus den Düsenlöchern austretenden Glas überflutet, so dass sich keine für die praktische Produktion notwendige Separation einzelner Glaskonen einstellt. Mit der Erfindung ist jedoch die Verwendung einer solchen Düsenplatte ohne weiteres möglich, weil, wie schon eingangs erwähnt, der aufwärts gegen die Düsenplatte gerichtete rasche Gasstrom die Ausbildung separater Glaskonen und deren Aufrechterhaltung sicherstellt.
Im übrigen wird die Brauchbarkeit einer solchen Düsenplatte bei der erfindungsgemässen Praxis auch nicht dadurch beeinträchtigt, dass die Düsenplatte unter den normalen Betriebsbedingungen (Glas-Druck und Glas-Temperatur kurz oberhalb der Platte) doch einmal überfluten sollte und damit die ungehinderte Produktion unterbricht. Eine Produktions-Effizienz von mindestens 90% gilt allgemein als sehr wünschenswert, und eine derartige Effizienz, sogar noch eine grössere, lässt sich mit der Erfindung sehr leicht erreichen.
Für praktische Produktionszwecke ist eine Flächendichte der Düsenlöcher von mindestens etwa 50 Löchern pro 6, 45 cm2 (ein Loch pro 12, 9 mm2) geeignet. Bevorzugt wird eine Flächendichte von mindestens etwa 100 Löchern pro 6, 45 cm2 (ein Loch pro 6, 45 mm2) und am zweckmässigsten ist eine Flächendichte von etwa 200 Löchern pro 6, 45 cm2 (ein Loch pro 3, 23 mm2). Bei sehr kleinen Loch-Durchmessern kann die Flächendichte der Düsenlöcher auch Werte von etwa 500 bis 1000 Löchern pro 6, 45 cm2 (ein Loch pro 1, 29 bis 0, 65 mm2) annehmen.
Die Tatsache, dass die Flächendichte jeweils auf 6, 45 cm2 (entspricht 1 Square Inch im angelsächsischen Masssystem) bezogen wurde, bedeutet nicht, dass das tatsächlich von den Düsenlöchern bedeckte Flächengebiet jeweils 6, 45 cm2 betragen muss. Wie schon vorangehend erwähnt, kann das tatsächlich von den Düsenlöchern
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bedeckte Flächengebiet grösser oder kleiner als 6, 45 cm2 sein.
Als Kühlgas wird bei der Erfindung in erster Linie Luft verwendet, weil diese billig in beliebigen Mengen zur Verfügung steht. Die Luft kann dabei Umgebungstemperatur haben, sie kann aber auch erwärmt oder gekühlt sein. Weiterhin können Dampf, fein dispergiertes Wasser, andere flüssige Tröpfchen u. dgl. der Luft zugemischt sein, um im Bedarfsfall deren Kühlkapazität zu erhöhen. Auch andere Gase, wie z. B. Stickstoff, Kohlendioxyd od. dgl., können in Kombination mit Luft oder an Stelle von Luft verwendet werden. Generell wird ein nichtreduzierendes Gas bzw. ein nichtreduzierendes gasförmiges Fluidum, welches keine reduzierende Atmosphäre im Bereich der Glaskonen und der Düsenplatte erzeugt, bevorzugt. Reduzierende Gase, wie Methan, Äthan od. dgl.. werden demgegenüber nicht bevorzugt, sie können im Bedarfsfall aber auch verwendet werden.
Da das Gas primär für Kühlzwecke benötigt wird, sind Gastemperaturen im Bereich der Umgebungstemperatur und weniger (z. B. etwa 38 C oder weniger) bevorzugt. Die Vorteile der Erfindung lassen sich grundsätzlich aber auch mit einem wärmeren Gas mit einer Temperatur bis zu z. B. etwa 260 C erreichen, vorausgesetzt dass dann das Gasvolumen entsprechend vergrössert wird, um die notwendige Kühlkapazität zu ergeben. Da Luft das bevorzugte Gas ist, sind alle nachfolgenden speziellen Zahlenangaben auf Luft bezogen. Für die Verwendung anderer Kühlgase gelten entsprechend andere Zahlenangaben, die sich aber unschwer ermitteln lassen.
Zur Inbetriebnahme der erfindungsgemässen Vorrichtung kann in verschiedener Weise vorgegangen werden. Wenn beispielsweise sich vom vorhergehenden Betriebsende aus die Temperatur der Düsenplatte um bis zu 1000 C vermindert hat und im übrigen die Glasmasse innerhalb des Schmelzebehälters auf der Betriebstemperatur von beispielsweise etwa 1150 bis 1315 C gehalten wurde, besteht eine Möglichkeit darin, die Düsenplatte auf eine Temperatur etwa im Bereich der Devitrifikationstemperatur des Glases, die für Glas der Type E zwischen etwa 1083 und 1105 C liegt, zu erhöhen.
Dadurch wird eine dünne Glasschicht innerhalb der Düsenplatte (also genauer innerhalb der Düsenlöcher) und oberhalb der Düsenplatte auf die gleiche Temperatur gebracht, während die auf Betriebstemperatur gehaltene Masse des Glases innerhalb des Schmelzebehälters davon nicht beeinflusst wird. Als Folge dieser Temperaturerhöhung der Düsenplatte fliesst eine geringe Glasmenge, die zuvor mit der Düsenplatte im Kontakt gestanden hatte, durch die Düsenlöcher aus, u. zw. in der Form gesonderter Ströme. Diese ausfliessende geringe Glasmenge benetzt und überflutet die Unterseite der Düsenplatte nicht, selbst wenn die Düsenplatte aus einer benetzbaren Legierung hergestellt ist. Es entstehen somit von vorneherein Einzelfäden, die zwar zunächst noch sehr spröde sind, die sich aber bei sorgfältiger Handhabung langsam abziehen lassen.
Wenn danach die Temperatur der Düsenplatte auf Werte oberhalb des Devitrifikationsbereiches erhöht und zugleich die Luftkühlung einjustiert wird, lässt sich die geringe Menge an devitrifiziertem Glas schnell und vollständig ausspülen, und danach kann das Glas dann in üblicher Weise weiterbehandelt werden.
Eine andere Methode der Inbetriebnahme besteht darin, die Temperatur des Glases in der Nähe der Düsenplatte durch entsprechende Temperaturerhöhung der Düsenplatte selbst so zu erhöhen, dass das Glas gering viskos wird und unter dem Druck der Säule an geschmolzenem Glas innerhalb des Schmelzebehälters rasch aus den Düsenlöchern der Düsenplatte ausfliesst. Infolge der Benetzungsfähigkeit des Glases und der Engständigkeit der Düsenlöcher wird dabei die Unterseite der Düsenplatte überflutet, und es bildet sich auf der Unterseite der Düsenplatte ein immer schwerer werdendes Glasvolumen aus, welches schliesslich abreisst und dabei die einzelnen Glasfäden mit sich zieht.
Sobald das Volumen des überfluteten Glases schwer genug geworden ist und die anfängliche Abziehkraft liefert, ist es allerdings notwendig, die Strömung des flüssigen Glases durch die Düsenlöcher hindurch zu vermindern, weil sonst keine Separation in einzelne Glaskonen und damit keine Ausbildung von einzelnen Glasfäden eintritt. Beispielsweise wird diese Regelung der Strömung des Glases durch eine entsprechende Temperaturregelung der Düsenplatte bewirkt.
Anderseits kann der elektrische Stromfluss zur Düsenplatte konstant gehalten werden, und die Verminderung der Temperatur der Düsenplatte zum Zwecke der Separation der einzelnen Glaskonen kann dadurch erfolgen, dass eine stetige Strömung an Kühlluft auf die Platte gerichtet wird.
Sobald die Separation eingetreten ist, kann dieser Strom an Kühlluft vermindert werden, damit sich die Düsenplatte aufwärmen und in der vorangehend beschriebenen Weise arbeiten kann.
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Die zweitgenannte Methode der Inbetriebnahme ist im allgemeinen etwas schneller als die erstgenannte Methode. Eine weitere Beschleunigung der Separation der einzelnen Glaskonen lässt sich erzielen, wenn nach dem Überfluten der Unterseite der Düsenplatte die Temperatur der Düsenplatte in den Bereich oder an den Rand des Bereiches der Glas-Devitrifikationstemperatur vermindert wird. Durch diese Temperaturverminderung, die normalerweise eine Temperaturverminderung um etwa 50 bis 150 C bedeutet, wird bewirkt, dass die Düsenplatte als eine Art "thermisches Ventil" für die Strömung des geschmolzenen Glases wirkt und praktisch den Glasfluss durch die Düsenlöcher hindurch stoppt. Dadurch wird es leichter möglich, das überflutete Glas an der Unterseite der Platte zum Abfliessen zu bringen oder gegebenenfalls (z.
B. mit Hilfe eines Glasstabes) von der Unterseite der Düsenplatte abzuziehen, wobei sich dann die gewünschte Separation einstellt.
Die Geschwindigkeit für den Abzug des Glases sollte am Anfang der Inbetriebnahme verhältnismässig gering sein (generell etwa 1, 27 cm/s), um eine zu starke Ausdünnung mit der Folge eines unerwünschten Abrisses der sich bildenden Glasfäden zu verhindern und um zu ermöglichen, dass sich das an der Oberfläche der Düsenplatte anhaftende Glas langsam in den abgezogenen Hauptstrom hineinzieht. Eine solche bedächtige und langsame Geschwindigkeit für das Abziehen des Glases sollte möglichst so lange aufrechterhalten bleiben, bis die Unterseite der Düsenplatte frei von Glas ist und die Separation der einzelnen Glaskonen eingetreten ist.
Zu diesem Zeitpunkt ist es, um eine Ausdünnung und einen Abriss der Fäden zu vermeiden, notwendig, die Strömungsgeschwindigkeit des Glases durch die Düsenlöcher hindurch wieder zu vergrössern, was zweckmässig durch ein leichtes Anwärmen der Düsenplatte geschieht. Durch das Anwärmen der Düsenplatte auf eine etwas höhere Temperatur spricht das zuvor durch die Temperaturerniedrigung geschlossene "thermische Ventil" in Öffnungsrichtung an, d. h. es stellt sich wieder eine begrenzte Strömung an geschmolzenem Glas durch die Düsenlöcher hindurch ein. Die sich dabei unterhalb der Mündungen der einzelnen Düsenlöcher ausbildenden Glasfäden können um eine sich sehr langsam drehende Wickelvorrichtung, z. B. eine Spannhülse, aufgewickelt werden.
Anschliessend können die Drehgeschwindigkeit der Wickelvorrichtung und die Temperatur der Düsenplatte (also die Strömung durch die Düsenplatte hindurch) simultan und gradiell erhöht werden, während zugleich die Luftkühlung durch Absenken des Kühlluftdruckes in angepasster Weise vermindert wird, bis schliesslich eine maximale Abzugsgeschwindigkeit und eine maximale Temperatur erreicht sind.
Während des Betriebes ergibt sich für das durch die einzelnen Düsenlöcher hindurchfliessende Glas eine dynamische Saugspannung, u. zw. als Folge der beim Abziehen wirksamen Kräfte, denen entgegensteht der Viskositäts-Widerstand des Glases durch die Konen (deren Basen durch Oberflächenspannung an dem Rand der Austrittsöffnungen der Düsenlöcher anhaften), die Benetzungsenergie des Glases und das teilweise Vakuum innerhalb der Konen. Durch diese dynamische Saugspannung wird mehr Glas durch die einzelnen Düsenlöcher hindurchgezogen, als unter der Wirkung der Schwerkraft allein durch sie hindurchfliessen würde. Es ergibt sich ein stetiger Glasfluss zu den einzelnen Fäden hin, und ein Überfluten der Düsenplatte wird vermieden.
Um eine asymptotische Geometrie der Glaskonen unterhalb der Düsenlöcher und damit eine ordnungsgemässe Separation der einzelnen Glasfäden aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die einzelnen Glaskonen und die sich daraus bildenden Fäden im wesentlichen identisch zu kühlen und ausserdem eine richtige Korrelation zwischen der Abzugsgeschwindigkeit, der Temperatur der Düsenplatte und der Strömungsgeschwindigkeit durch die einzelnen Düsenlöcher hindurch aufrechtzuerhalten.
Zur gleichförmigen Kühlung der einzelnen Glaskonen und Glasfäden dient der von der Blaseinrichtung aus gegen die Düsenplatte gerichtete rasche Gasstrom (vorzugsweise Luft). Dabei hängt der Abstand der Blaseinrichtung von der Düsenplatte ab, von der Grösse des mit den Düsenlöchern versehenen Flächengebiets der Düsenplatte, von der Grösse der Luftdüsen u. dgl. Generell kann dieser Abstand im Bereich zwischen etwa 2, 5 und 51 cm liegen, er beträgt bei den weiter unten erläuterten Luftdüsen etwa 5 bis 10 cm. Bevorzugt wird der sich aufwärtsbewegende Luftstrom in einem Abstand von etwa 5 bis 30 cm von der Düsenplatte eingeführt.
Wenn das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte grösser ist, sollte die Luftdüse für den sich aufwärtsbewegenden Luftstrom mindestens- etwa 10 cm von der Düsenplatte entfernt sein, so dass der Luftstrom ohne Schwierigkeiten auf das gesamte mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte auftreffen kann. Dieser Luftstrom kann sich dabei ohne weiteres zwischen den einzelnen Fäden
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hindurch zu jedem der hunderte oder tausende von Glaskonen bewegen, denn unterhalb der Düsenplatte ist trotz der Engständigkeit der Düsenlöcher beträchtlich mehr offener Raum, als Raum von den Glasfäden eingenommen wird.
Trotz des verhältnismässig geringen Raumes, den die Glasfäden einnehmen, reissen die Fäden, infolge ihrer schnellen Bewegung, Luft mit nach unten und wirken damit als eine Art Luftpumpe. Innerhalb der ersten Bruchteile eines Zentimeters unterhalb der Düsenlöcher ist der Oberflächenwiderstand der Fäden zwar noch nicht in der Lage, die sich nach aussen schiebenden Luftwirbel so zu beschleunigen, dass die Pumpwirkung infolge Mitreissens der Luft spürbar ist. In grösserem Abstand von der Düsenplatte jedoch werden die Fäden immer enger aneinandergebracht, und die Luft schiebt sich immer fester und schneller mit den Grenzschichten auf den einzelnen Fäden nach unten, d. h. die Pumpwirkung nimmt rasch zu.
Wenn die aufsteigende turbulente Luft die Zwischenräume zwischen den einzelnen Düsenlöchern erreicht, reisst sie nach Art eines hexagonalen Sterns auseinander, wobei ein Teil der Luft direkt zum Gebiet zwischen den Fäden strömt, während der Rest perfekt so proportioniert wird, dass er eine gleichmässige 360'-Kühlung der Glaskonen bewirkt. Diese Kühlluft erwärmt sich dabei und strömt abwärts, wobei sie die Glaskonen und auch die sich daran anschliessenden Fäden auf voller Länge umhüllt und mit den Fäden abwärtsgerissen wird. Sie folgt den Fäden in die Zone hoher Pumpwirkung und wird dabei auf eine sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt.
Ausserdem werden durch den Einfluss der die sich abwärtsbewegenden Fäden umgebenden Grenzschichten Luftwirbel erzeugt, in denen eine ständige Durchmischung der aufsteigenden kalten Luft mit der abwärtsströmenden warmen Luft stattfindet. Diese ständige Durchmischung führt zu einer gleichförmigen und stabilen Umgebung über die gesamte Länge der gebildeten Fäden hinweg.
Der aufwärtsgerichtete Luftstrom hat nicht nur den Zweck, die Oberfläche der Glaskonen zu kühlen und einen mit den Fäden abwärtsgezogenen Luftstrom zu ergeben, sondern dient auch dazu, Gebiete von stagnierender Luft, die zu lokalen Überhitzungen und damit zur Gefahr eines Überflutens der Düsenplatte führen können, zu vermindern. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Teil der aufwärtsgerichteten Luft nach dem Auftreffen auf die Unterseite der Düsenplatte sich aus dem mit den Düsenlöchern versehenen Gebiet der Düsenplatte seitlich nach allen Richtungen herausbewegt. Dadurch wird insgesamt eine gleichmässige und wirksame Kühlung sichergestellt, die die Ausbildung und Aufrechterhaltung der Separation der Konen und damit der Fäden gewährleistet.
Genau entgegengesetzt an dem Verhalten üblicher Düseneinrichtungen mit Spitzendüsen wurde festgestellt, dass bei konstanter Aufwickelgeschwindigkeit und konstanter Temperatur der Düsenplatte eine stärkere Luftkühlung zu Fäden von grösserem Durchmesser führt. Offensichtlich wird durch die Oberflächenkühlung in den Glaskonen eine zusätzliche Pumpwirkung erzeugt, wenn die Fäden aus den Konen gezogen werden.
Im normalen Betrieb ist die Länge der Glaskonen, die für das blosse Auge stabil ist, nur sehr kurz, generell beträgt sie nicht mehr als etwa das 2, 5fache des Durchmessers der Düsenlöcher, und in jedem Fall sind die Glaskonen nicht länger als etwa 3 mm. Unter bevorzugten Betriebsbedingungen ist die Länge der Glaskonen nur um etwa das l. Sfache grösser als der Durchmesser der Düsenöffnungen. Oftmals führt die Pumpwirkung, die durch die gekühlte Oberfläche der Konen erzeugt wird, dazu, dass sich die Basen der Konen etwas aufwärts zur Seite der Düsenlöcher in der Düsenplatte hin zurückziehen. Die Glastemperatur an der Spitze der Konen liegt etwa bei der Temper-Temperatur des Glases, d. h. im allgemeinen im Bereich zwischen etwa 760 und 930 C.
Der Winkel, mit dem der Luftstrom nach oben gegen die Düsenplatte gerichtet wird, hängt etwas von der Anzahl der Reihen an Düsenlöchern und von der Flächendichte der Düsenlöcher ab.
Generell ergibt sich die beste Prozesskontrolle, wenn der Luftstrom so vertikal zur Düsenplatte angeordnet wird, wie dies gerade noch mit der Notwendigkeit, die Glasfäden abwärtszuziehen, verträglich ist. Beispielsweise kann die Luft in einem Winkel von etwa 40 aus der Horizontalen heraus auf die Düsenplatte gerichtet werden. Untersuchungen an einer Düsenplatte mit 17 Reihen und mit 10 Reihen haben gezeigt, dass sich im kommerziellen Betrieb eine realistische Prozesskontrolle (d. h. die Gewährleistung und Beeinflussung der Separation der Konen) erzielen lässt, wenn der Winkel des Luftstroms bei mindestens etwa 45 bis 46 von der Horizontalen liegt, und wenn er bevorzugt bei mindestens etwa 60 von der Horizontalen liegt. Bei Verwendung von nur wenigen
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Reihen an Düsenlöchern scheint der Winkel des Luftstroms etwas weniger kritisch zu sein.
In jedem Fall werden, soweit möglich, Winkel des Luftstroms von etwa 70 bis 850 bevorzugt. Der Ausdruck "Horizontale" bedeutet dabei die Ebene, in der die Düsenplatte normalerweise liegt.
Als Blaseinrichtung kann jede mechanische Anordnung verwendet werden, die einen Massestrom an aufwärtsgerichteter Luft erzeugt, d. h. eine einzige sich aufwärtsbewegende Luftsäule, die als solche im Gebiet der Konen und der Düsenplatte ankommt und auf die Düsenplatte auftrifft. In manchen Fällen ist dabei eine einzige Luftdüse ausreichend, in andern Fällen können Mehrfach-Düsen oder Schlitz-Düsen zweckmässiger sein. Auch können Ablenkplatten, die die Luft zu einem aufwärtsgerichteten Strömungsweg ablenken, eingesetzt werden. Im allgemeinen genügt es, die Luft von einer Seite der Düsenplatte aus auf das mit den Düsenlöchern versetzte Flächengebiet der Düsenplatte zu richten, und eine solche Anordnung ist bevorzugt.
Falls gewünscht, kann die Luft aber auch von zwei oder mehr Seiten der Düsenplatte aus auf das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte geleitet werden. In jedem Fall sollte der Querschnitt des Luftstroms im Augenblick des Auftreffens auf die Düsenplatte mindestens so gross sein wie das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte. Um etwas zusätzlichen Platz für die Anordnung der Blaseinrichtung zu schaffen, kann es im übrigen zweckmässig sein, die Fasern etwas zu einer Seite hin abzuziehen. Der gleiche vorteilhafte Effekt lässt sich aber auch dadurch erreichen, dass die Fasern senkrecht abgezogen werden und die Düsenplatte selbst etwas schräg angeordnet wird.
Die Drücke der Luft, mit denen der aufwärtsgerichtete Luftstrom erzeugt wird, lassen sich für den jeweiligen Bedarfsfall leicht ermitteln, sie können zwischen 4, 9 mbar bis hinauf zum Bereich von 1, 32 bis 1, 67 bar liegen und gegebenenfalls auch noch grösser sein, je nach Grösse, Anordnung und Positionierung der Düsen usw. Generell werden Drücke von etwa 1, 05 bis 1, 32 bar bevorzugt, insbesondere für Düsenplatten mit 10 oder mehr Reihen an Düsenlöchern. Die lineare Geschwindigkeit der die Luftdüsen verlassenden Luft liegt durchweg bei mehr als etwa 30 m/s und vorzugsweise bei mehr als 60 m/s. Luftgeschwindigkeiten von 120 m/s und höher können aber ebenfalls angewendet werden, die Luftgeschwindigkeiten hängen ebenso wie die verwendeten Luftdrücke teilweise von der Art der Blaseinrichtung ab.
Sichergestellt sein muss in jedem Fall lediglich, dass der Luftstrom zum Kühlen der Konen und zum Aufrechterhalten einer stabilen Separation der Konen ausreicht, dass er auf die Düsenplatte auftrifft und jegliche stagnierende Luft in der Nähe der Düsenplatte vermeidet, und dass er eine Quelle für mit den Fasern abwärtsgesaugtes Gas bildet. Anderseits darf natürlich aber die Kühlung nicht so prononziert sein, dass die Herstellung der Glasfäden nachteilig beeinflusst wird.
Die Verwendung einer einzigen, rasch strömenden Luftsäule ist zwar bevorzugt, aber nicht die einzige Möglichkeit zur Stabilisierung der Konen. Ebenso gut kann zum gleichen Zweck auch
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die Düsenplatte streichen zu lassen, u. zw. in einem Winkel von 46 bis 900 zur Platte. Auch weitere Modifikationen sind hinsichtlich der Kühlluft möglich, beispielsweise die Verwendung einer Stakkato-Serie von gesteuerten ringförmigen Wirbeln, die sich etwa senkrecht zur Unterseite der Düsenplatte auf diese zu bewegen. Weiterhin können auch spiralige Luftströme eingesetzt werden, deren Wirbel sich etwa in einer Ebene mit der Düsenplatte drehen, ähnlich denjenigen, die durch ein Ventilator-Blatt erzeugt werden.
Die Engständigkeit der Düsenlöcher und die Stabilität der Glaskonen unterhalb der Düsenlöcher hat noch den besonderen Vorteil, dass eine Selbst-Korrektur einer örtlichen Überflutung eintritt, wenn sich durch Brechen eines Fadens während des Betriebs eine solche örtliche Überflutung einstellen sollte. Falls ein Faden bricht, stellt sich an der zugeordneten Düsenöffnung eine Überflutung zum benachbarten Faden hin ein, und dieser benachbarte Faden übt eine zunehmende Abziehkraft auf das überflutete Glas aus, so dass sich die Konus-Ausbildung und damit die Faserbildung auch an der überfluteten Düsenöffnung wieder einstellt. Im Bedarfsfall kann dabei eine lokalisierte Zusatzkühlung, wie sie als solche bekannt ist, z.
B. mit einer Hand-Luftlanze, bei den infolge der Überflutung ineinandergeflossenen Fasern angewendet werden, um die Überflutung zu beseitigen und die normalen Betriebsbedingungen wieder herzustellen.
Um sicherzustellen, dass im Falle eines Fadenbruchs das geschmolzene Glas von dem betreffenden Düsenloch aus in kontrollierter Weise flutet, sieht die Erfindung kapillare Rillen zwischen
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den Auslassöffnungen der Düsenlöcher vor. Diese kapillaren Rillen haben die Wirkung, dass sich die Düsenplatte so verhält, als ob sie eine gesteuerte, aber perfekte Benetzbarkeit hätte.
Vorzugsweise wird dabei jedes Düsenloch mittels der kapillaren Rillen mit mindestens zwei benachbarten Düsenlöchern verbunden. Dadurch ist im Fall eines Fadenbruchs ein besonders gut kontrolliertes Überströmen des Glases von dem betreffenden Düsenloch aus zu mindestens einem benachbarten Düsenloch sichergestellt.
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sie aber eine Breite von nur einem Drittel des Durchmessers der Düsenlöcher. Ihre Tiefe kann etwa die Hälfte der Dicke der Düsenplatte betragen.
Im Zusammenhang mit der Inbetriebnahme der Vorrichtung und im Zusammenhang mit der Selbst-Korrektur des Überflutens ist eine Düsenplatte aus einer stark benetzbaren Legierung, die leichter überflutet, gegenüber einer Düsenplatte aus einer sogenannten nichtbenetzbaren Legierung bevorzugt. Natürlich überfluten aber alle Legierungen, sobald die Temperatur des Glases ausreichend hoch ist und das Glas vollständig leicht flüssig ist.
Es hat sich gezeigt, dass die Glaskonen am Umfangsrand des mit den Düsenlöchern versehenen Flächengebiets der Düsenplatte häufig eine leichte Instabilität zeigen, im Vergleich zu den übrigen Glaskonen. Dies beruht darauf, dass sowohl die Düsenplatte als auch das Glas infolge von Wärmeverlusten am Umfangsrand des mit den Düsenlöchern versehenen Flächengebietes der Düsenplatte etwas kühler sind. Die Stabilität der Glaskonen am Umfangsrand des mit den Düsenlöchern versehenen Flächengebiets der Düsenplatte lässt sich aber verbessern, wenn die Düsenlöcher am Umfangsrand etwas grösser (beispielsweise um etwa 0, 02 bis 0, 07 mm im Durchmesser) gemacht werden als die übrigen Düsenlöcher in der Düsenplatte. Dadurch ergibt sich ein stabiler Betrieb, ohne dass die Gleichförmigkeit der Fadengrösse spürbar beeinträchtigt wird.
Da die Hauptmasse des ausströmenden Glases und nicht gerade nur dessen Oberfläche bei den am Umfangsrand angeordneten Düsenlöchern etwas kühler ist, fliesst das Glas durch diese Düsenlöcher etwas weniger leicht hindurch, so dass der etwas vergrösserte Durchmesser dieser Düsenlöcher die verminderte Fliessfähigkeit des Glases kompensiert und im Ergebnis einen Glasfaden von praktisch der gleichen Dicke bildet, wie er auch von den innerhalb gelegenen Düsenlöchern geliefert wird.
Im übrigen kann es, alternativ oder zusätzlich zur geringfügigen Vergrösserung des Durchmessers der am Umfangsrand gelegenen Düsenlöcher, auch von besonderem Vorteil sein, der bei den am Umfangsrand gelegenen Düsenlöchern etwas stärkeren Tendenz zum Überfluten dadurch zu begegnen, dass nur diese am Umfangsrand gelegenen Düsenlöcher durch die kapillaren Rillen miteinander verbunden werden.
Die Glasfäden werden nach einer gewissen Abkühlung ebenso wie bei allen herkömmlichen Vorrichtungen noch mit einer üblichen Schmelze beschichtet, was mittels einer Walze oder einer
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bis zu etwa 4000 m/min oder sogar auch noch mehr halten. Die Festlegung der Aufwickel-Geschwindigkeiten und damit der Abzieh-Kräfte lässt sich im Zusammenhang mit den übrigen Betriebsbedingungen ohne Schwierigkeiten treffen. Bei üblichen Verfahren werden Aufwickel-Geschwindigkeiten von mehr als etwa 1500 m/min verwendet, und entsprechende Geschwindigkeiten sind auch bei der Erfindung ohne weiteres einsetzbar.
Anderseits kann es bei Verwendung geringerer Abzieh-Geschwindigkeiten leichter möglich sein, die Glasfaser-Produktion an die Verbrauchsrate der Glasfasern anzupassen, so dass bei der Herstellung eines bestimmten Produktes stets ein Glasfaser-Bündel so erzeugt wird, dass es unmittelbar für das betreffende Produkt weiterverarbeitet werden kann. In Hinsicht auf die grosse Flächendichte an Düsenlöchern in der Düsenplatte ist auch eine Arbeitsweise mit geringen Abzieh-Geschwindigkeiten durchaus noch im Bereich der mit der Erfindung erzielbaren Vorteile und auch im Bereich praktischer Durchführbarkeit. Die Schmälze-Applikatoren (Walzen oder Zerstäuber), die jeweils verwendeten Schmälzen selbst sowie auch die Abzieh- und Aufwickel-Einrichtungen sind konventionell und werden deshalb hier nicht mehr näher erläutert.
Es wurde bereits erwähnt, dass die Qualität der hergestellten Glasfasern ausgezeichnet ist und dass infolge der raschen Kühlung des geschmolzenen Glases unterhalb der Düsenlöcher weniger verdampfbare Bestandteile des Glases verlorengehen und damit die Zusammensetzung der Glasfasern
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näher an der Zusammensetzung des Glases im Glasbad liegt. Darüberhinaus ermöglicht die Erfin- dung aber auch die Herstellung getemperter Fasern. Mit der sehr raschen, geradezu abschreckungs- artigen Abkühlung des Glases durch die aufwärtsströmende Luft wird die Oberfläche des Glases sehr viel rascher gekühlt als dessen Inneres, und der Temperaturgradient liegt stärker oberhalb der Temper-Temperatur des Glases als darunter. Als Ergebnis davon steht die Oberfläche der erzeugten Glasfäden unter Kompression.
Beiüblichen Verfahren unter Verwendung von Spitzendüsen dagegen tritt genau der gegenteilige Effekt ein, der Temperaturgradient ist stärker unterhalb der TemperTemperatur als darüber.
Im übrigen tritt bei herkömmlichen Verfahren öfter das sogenannte"Snap-Out"auf, d. h. eine grosse Anzahl von Fasern bricht bei Temperaturen unterhalb der Temper-Temperatur praktisch zur gleichen Zeit, was eine empfindliche Störung des Produktionsprozesses verursacht. Dieses "SnapOut" wird in Umfangsrichtung und auch in Längsrichtung wirkenden temporären Zugkräften zugeschrieben. Wie schon weiter vorn erwähnt, ist ein "Snap-Out" bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung nicht beobachtet worden, und es ist nunmehr verständlich, warum dem so ist.
Es wurde auch schon erwähnt, dass bei der erfindungsgemässen Vorrichtung jeder übliche Glasschmelzofen mit dem üblichen Zubehör verwendet werden kann. In manchen Fällen kann es aber zweckmässig sein, eine Vorrichtung zu verwenden, bei der die Höhe der Säule an geschmolzenem Glas im Schmelzebehälter unabhängig vom Pegel des geschmolzenen Glasbades konstant gehalten werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels noch weiter erläutert. Es zeigen die Fig. l schematisch im Längschnitt eine erfindungsgemä- sse Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern mit einer zusätzlichen Einrichtung zur Konstanthaltung der Höhe der Glassäule im Schmelzebehälter, Fig. 2 im vergrösserten Massstab Schnittansichten der Düsenplatte und des Schmelzebehälters der Vorrichtung gemäss Fig. l. und Fig. 3 im vergrösserten Massstab ein Detail der Fig. 1.
Die in Fig. l im schematischen Querschnitt dargestellte Vorrichtung-10-- enthält einen kleinen büchsenartigen Schmelzebehälter --16--, innerhalb dem sich eine Säule aus geschmolzenem Glas - befindet. Dieser Behälter --16-- setzt sich zusammen aus einem oberen Hülsenteil --18-- von beispielsweise rechteckigem, quadratischem, kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt, einem demgegenüber im Querschnitt vergrösserten unteren Basisteil --20-- und einer am unteren Ende des Basisteils angeordneten ebenen Düsenplatte --22--, in der sich zahlreiche eng beieinander stehende, als einfache Durchgangsöffnungen ausgebildete Düsenlöcher --24-- befinden. Beispielsweise kann die Düsenplatte bei einer quadratischen Fläche von 6, 85 x 6,
85 cm insgesamt 2000 Düsen- löcher --24-- enthalten, wobei jedes Düsenloch einen Durchmesser von 0, 1 cm besitzt und wobei der Abstand zweier benachbarter Düsenlöcher, von Mittellinie zu Mittellinie gemessen, etwa 0, 15 cm beträgt. Die Länge der Düsenlöcher in der Düsenplatte liegt normalerweise im Bereich von etwa 0, 07 bis 0, 15 cm.
Um die Düsenplatte --22-- zu verfestigen und gegen Verwerfungen und Verbiegungen zu sichern, können oberhalb der Düsenplatte noch Aussteifungselemente angeordnet sein, beispielsweise, wie zeichnerisch dargestellt, T-förmige Aussteifungsschienen --26-- oder aber (was nicht dargestellt ist) eine bienenwabenförmige Aussteifungsstruktur. Unbedingt notwendig ist die Verwendung solcher Aussteifungselemente aber nicht, in zahlreichen Fällen kann die Düsenplatte auch ohne zusätzliche Aussteifungselemente verwendet werden.
Oberhalb des Behälters --16-- befindet sich ein Vorrat --3-- an geschmolzenem Glas. Weiterhin ist am oberen Ende des Behälters --16-- ein Ventilsitz --39-- angeordnet, der mit einem Ventil - zusammenwirkt, welches im geöffneten Zustand eine Verbindung zwischen dem Glas-Vorrat - und dem Inneren des Behälters --16-- herstellt. Durch entsprechende Betätigung des Ventils - kann der Glaszufluss vom Vorrat --30-- zum Inneren des Behälters --16-- so geregelt werden, dass die Glassäule --14-- innerhalb des Behälters --16-- eine vorbestimmte und praktisch konstante
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oben geführt. Dieses Platinrohr --32-- erstreckt sich durch das Ventil --28-- hindurch und trägt an seinem oberen Ende ein Echolot --34--.
Das Echolot --34-- seinerseits ist mit einem Ventil-Regu- lator-36-gekoppelt, der im Ansprechen auf die vom Echolot gelieferten Ausgangssignale das Ventil --28-- entweder nach oben in die geöffnete Stellung oder nach unten in die geschlossene Stellung bewegt und damit den Glaszufluss zum Inneren der Hülse --16-- hin öffnet oder sperrt.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. l ist das Ventil --28-- mechanisch mit dem Regulator - 36-- verbunden, u. zw. über eine Gewindestange --37--. Durch Drehen dieser Gewindestange --37-- wird das Ventil --28-- vertikal zu seinem Sitz --39-- bewegt, so dass es je nach Drehrichtung und nach dem Ausmass des Drehens der Gewindestange entweder in die geschlossene oder aber in eine mehr oder weniger geöffnete Stellung gelangt. Auf diese Weise lässt sich während des Betriebs die gewünschte konstante Höhe der Glassäule --14-- innerhalb des Behälters --16-- gewähr- leisten.
Weiterhin ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 eine aus Platin bestehende Stromschiene - 38--, die an eine Stromquelle von etwa 3 V und 1000 A angeschlossen ist, mit der Düsenplatte - verbunden, um die Düsenplatte zu beheizen. Oberhalb dieser Platin-Stromschiene befindet sich eine weitere, aus Kupfer bestehende Stromschiene --40--, die den elektrischen Kontakt zwischen der Stromschiene --38-- und der Stromquelle herstellt und dadurch die notwendige Länge der Stromschiene --38-- vermindert, also durch Einsparung an Platin die Kosten vermindert. Diese Kupfer-Stromschiene --40-- ist wassergekühlt, um die Temperatur im Kontaktbereich der beiden Stromschienen und damit eine mögliche Korrosion des Kupfers zu vermindern.
Der Abstand der Kupfer-Stromschiene --40-- von der Düsenplatte --22-- beträgt mindestens 3, 8 cm, so dass die Stromschiene --40-- praktisch keinen Einfluss auf die Temperatur der Düsenplatte selbst hat. Durch entsprechende Einstellung des elektrischen Stromflusses, beispielsweise mittels einer nicht weiter dargestellten Regeleinrichtung, lässt sich die Temperatur der Düsenplatte --22-- innerhalb sehr genauer Grenzen regeln, wobei die Betriebstemperatur normalerweise im Bereich von etwa 11200C bis etwa
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1 dargestel ltennen --38 und 40-- nicht notwendig sind.
Aus der Düsenplatte --22-- tritt ein Glasfaser-Bündel --12-- aus. Im Abstand unterhalb der Düsenplatte -22-- ist eine Blaseinrichtung --44-- vorgesehen, die einen aufwärtsgerichteten Luft- strom -49-- erzeugt. Die Blaseinrichtung --44-- besteht beispielsweise aus einer mit einer Zufuhr- leitung --47-- verbundenen Düse --45-- oder aber auch aus einer Reihe solcher Düsen, die so angeordnet sind, dass praktisch ein einziger Luftstrom entsteht. Der Luftstrom --49-- trifft auf die Unterseite der Düsenplatte -22-- auf und kühlt die in diesem Bereich noch konischen Glasfäden, um die Konen in einer stabilen Konfiguration zu halten. Das Abziehen der Glasfäden wird durch eine Drehtrommel --42-- bewirkt.
Wie sich am deutlichsten aus Fig. 2 und 3 ergibt, ist der Basisteil-20-- des Behälters
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und ausserdem dessen Aussenseite isoliert. Um den Support --46-- herum ist ein weiterer Isolier- Mantel -48-- angeordnet, der sich bis in den Bereich zwischen den beiden Stromschienen --38 und 40-- und dem Glas-Vorrat --30-- hinein erstreckt und damit auch den Hülsenteil --18-- des Behälters --16-- umgibt. Im Bereich des Hülsenteils --18-- lässt der Isolier-Mantel --48-- dabei aber einen Ringspalt --50-- frei, in dem eine Heizspule --52-- angeordnet ist, die die Wärmeverluste infolge Wärmeleitung durch die Isolation hindurch kompensiert.
Mit der Heizspule --52-- kann beispielsweise ein Thermokreuz oder ein entsprechender Temperaturfühler gekuppelt sein, um den Stromfluss durch die Heizspule und damit die von der Heizspule erzeugte Kompensationswärme zu regeln. Im übrigen ist im Abstand oberhalb des Vorrats --30-- an flüssigem Glas noch eine Deckschicht - aus Isolationsmaterial angeordnet, welche einen Isolier-Zwischenraum --56-- begrenzt.
Die in Fig. 1 gezeigten Massnahmen zur Isolation und zur zusätzlichen Beheizung stellen nur ein exemplarisches Ausführungsbeispiel dar. Ebenso gut können auch andere Massnahmen angewendet werden, es kommt nur darauf an, dass die erforderlichen Temperaturen hergestellt sind. Beispielsweise kann zur Kompensation der Wärmeverluste infolge Wärmeleitung auch eine Widerstands-Beheizung des Behälters --16-- erfolgen, indem der Behälter als Widerstandselement in einen geschlosse-
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nen Schaltkreis eingeschaltet wird. In einem solchen Fall hat sich ein Generator mit 400 Hz als ausgezeichnete Energiequelle erwiesen.
Schliesslich sei noch erwähnt, dass in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. l ein Schmälze-Zer-
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eines Schmälze-Zerstäubers kann auch eine Schmälze-Walze vorgesehen sein, bei der der Verbrauch an Schmälze meistens etwas geringer ist.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einiger ausgewählter Zahlenbeispiele weiter erläutert.
Beispiel 1 :
Aus einer 1, 0 mm starken Platte aus einer Platin-Rhodium-Legierung (80% Pt und 20% Rh) wurde eine mundstücklose Düsenplatte hergestellt. Dazu wurden in die Platte insgesamt 804 Löcher von 1, 32 mm Durchmesser gebohrt. Diese Löcher wurden in einem hexagonalen Muster mit 1. 78 mm Abstand der Mittellinien angeordnet, u. zw. innerhalb eines rechteckförmigen Flächengebietes von etwa 3, 12 cm Breite und etwa 7, 24 cm Länge. Auf diese Weise ergaben sich Loch-Reihen, die in der einen Richtung 46 Löcher und in der andern Richtung abwechselnd 17 und 18 Löcher aufwiesen.
In einem Glasschmelzofen wurde ein Glas der Type E so aufgeschmolzen, dass sich ein GlasBad mit einer Temperatur von etwa 1260 C und mit einer Tiefe von etwa 25, 4 cm ergab. Aus diesem Glas-Bad wurden mit Hilfe der vorangehend beschriebenen Düsenplatte Glasfäden hergestellt. Dazu wurde die Düsenplatte mit einer Heizeinrichtung versehen und auf einer Temperatur von etwa 1150 C gehalten. Auf die erzeugten Glasfäden wurde mittels einer Walze eine Standard-Schmälze aufgetragen, und die Glasfäden wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 915 m/min aufgewickelt.
Auf die Unterseite der Düsenplatte wurde ein aufwärtsgerichteter Luftstrahl geleitet, u. zw. von der langen Seite der Düsenplatte aus in einem Winkel von etwa 15 zur Vertikalen. Dieser Luftstrahl wurde durch sechs Luftdüsen von 6, 1 mm Durchmesser erzeugt, die in einer Reihe auf der einen Seite des die Düsenlöcher enthaltenden Flächengebietes etwa 12, 7 cm unterhalb der Düsenplatte angeordnet waren. Der verwendete Luftdruck lag im Bereich von etwa 1, 17 bis 1, 32 bar.
Die Glasfäden wurden erfolgreich in stabiler Operation gezogen, und eine ordnungsgemässe Separation der Fäden blieb aufrechterhalten.
Während des Betriebs ergab sich eine gewisse Verwerfung der Düsenplatte, die sowohl zu konkaven als auch zu konvexen Flächenbereichen führte. Diese Verwerfung behinderte jedoch die Herstellung der Glasfasern nicht.
Beispiel 2 :
Die Wirksamkeit der Düsenplatte gemäss Beispiel 1 wurde verglichen mit der Wirksamkeit zweier konventioneller, mit Düsenmundstücken und Rippen-Kühlung versehener Düseneinrichtungen (nachfolgend als Typ A und Typ B bezeichnet). Die Gesamtfläche der Düsenplatten war in allen Fällen die gleiche, aber bei der Düsenplatte gemäss Beispiel 1 befanden sich die Düsenlöcher nur auf einem Flächengebiet von weniger als einem Viertel der Gesamtfläche. In allen Fällen wurde wieder ein Glas der Type E benutzt.
Es wurden die folgenden Daten ermittelt :
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<tb>
<tb> Düseneinrichtung <SEP> Beispiel <SEP> I <SEP> Typ <SEP> A <SEP> Typ <SEP> B
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> Düsenlöcher <SEP> 804 <SEP> 390 <SEP> 390
<tb> Loch-Durchmesser <SEP> (mm) <SEP> 1, <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 98 <SEP> 2, <SEP> 29 <SEP>
<tb> Durchsatz <SEP> (kg/h) <SEP> 29, <SEP> 5 <SEP> 17, <SEP> 7 <SEP> 23, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Querschnittsfläche <SEP> eines
<tb> einzelnen <SEP> Loches <SEP> (mm <SEP> 2) <SEP> 1, <SEP> 37 <SEP> 3, <SEP> 08 <SEP> 4, <SEP> 10 <SEP>
<tb> Loch-Flächen-Verhältnis <SEP> 1 <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> 3
<tb>
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<tb>
<tb> Düseneinrichtung <SEP> Beispiel <SEP> 1 <SEP> Typ <SEP> A <SEP> Typ <SEP> B
<tb> Mit <SEP> Düsenlöchern <SEP> versehenes
<tb> Flächengebiet <SEP> der <SEP> Düsenplatte
<tb> (cm2)
<SEP> ungefähr <SEP> 23 <SEP> 101 <SEP> 101
<tb> Spezifischer <SEP> Durchsatz
<tb> (kg/h <SEP> x <SEP> cm') <SEP> 1,282 <SEP> 0, <SEP> 176 <SEP> 0, <SEP> 232 <SEP>
<tb> Anzahl <SEP> der <SEP> Düsenlöcher <SEP> pro <SEP> cm2
<tb> des <SEP> mit <SEP> Düsenlöchern <SEP> versehenen
<tb> Flächengebiets <SEP> der <SEP> Düsenplatte <SEP> 35 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP>
<tb>
Aus der vorangehenden Zusammenstellung ist zu ersehen, dass durch die Erfindung ein höherer Durchsatz pro Flächeneinheit des Düsengebiets des Schmelzebehälters erreicht wird als bei der konventionellen Praxis. Dies wird besonders deutlich bei einem Vergleich der Werte für den spezifischen Durchsatz, d. h. dem auf das mit Düsenlöchern versehene Flächengebiet bezogenen Durchsatz.
Wenn die Düsenplatte gemäss Beispiel 1 vollständig (d. h. in dem gleichen Flächengebiet wie bei den Typen A und B) mit Düsenlöchern versehen gewesen wäre, würde sie 3527 Fäden mit einem Durchsatz von 129 kg/h erzeugt haben.
Beispiel 3 :
Aus einer 1, 52 mm starken Platte einer Platin-Rhodium-Legierung (80% Pt und 20% Rh) wurde eine Düsenplatte hergestellt, in die 1670 Düsenlöcher eingebohrt wurden, u. zw. wieder in einem hexagonalen Muster mit 1, 78 mm Abstand der Mittellinie. Das mit den Düsenlöchern versehene Flächengebiet der Düsenplatte war etwa 2, 86 cm breit und etwa 16, 51 cm lang. Die am Umfangsrand liegenden Düsenlöcher besassen einen Durchmesser von 1, 245 mm, die übrigen, nicht am Rand gelegenen Düsenlöcher hatten einen etwas kleineren Durchmesser von 1, 19 mm.
Es wurde wie in den vorangehenden Beispielen ein Glas der Type E verwendet, das zu einem Glas-Bad mit einer Tiefe von etwa 25, 4 cm und einer Temperatur von etwa 1260 C aufgeschmolzen wurde. Zur Herstellung der Fasern wurde die vorangehend beschriebene Düsenplatte benutzt, diese wurde mit einer Heizeinrichtung versehen und auf einer Temperatur von etwa 1230 C gehalten.
Die erzeugten Glasfasern wurden mit einer Geschwindigkeit von etwa 760 m/min aufgewickelt und zuvor mittels einer Walze mit einer Standard-Schmälze versehen.
Auf die Unterseite der Düsenplatte wurde von der langen Seite des Düsengebietes aus ein aufwärtsgerichteter Luftstrahl geleitet, u. zw. in einem Winkel von etwa 20 zur Vertikalen. Dieser Luftstrahl wurde durch zwölf Luftdüsen von 6, 1 mm Durchmesser erzeugt, die in einer Reihe auf der einen Seite des Düsengebietes etwa 12, 7 cm unterhalb der Düsenplatte angeordnet waren. Der verwendete Luftdruck lag wie beim Beispiel 1 im Bereich von 1, 17 bis 1, 32 bar.
Die Glasfäden wurden in stabiler Betriebsweise gezogen, und die Separation der Fäden blieb aufrechterhalten. Insbesondere waren auch die am Umfangsrand des Düsengebietes befindlichen Konen sehr stabil.
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