DD201879A5 - Verfahren und vorrichtung fuer die herstellung von fasern aus streckbaren materialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Fasern aus streckbaren Materialen mittels gasfoermiger Stroeme. Das Strecken der Fasern erfolgt mit Hilfe einesgasfoermigen Stromes B, in welchen mindestens ein gasfoermiger Strahl J unter Bildung einer Wechselwirkungszone, wobei sich zwei regelmaessige Wirbel T bilden, eindringt. Ein Schmelzstrahl S aus ausziehbarem Material wird in diese Wechselwirkungszone eingeleitet. Der durch den Gasstrom und den oder die Gasstrahlen gebildete kombinierte gasfoermige Strom fliesst von oben nach unten in einer annaehernd vertikalen Richtung.Das Verfahren und die Vorrichtung sind besonders zur Herstellung von Glasfasern geeignet.

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus ausziehbarem Material

der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Fasern durch Ausziehen eines thermoplastischen Materials mittels gasförmiger Strome, wobei das zu fasernde Material in Form eines ausziehbaren, dünnen Strahles in gasförmige Ströme eingeführt wird, die aufeinander einwirken, um einen organisierten und stabilen Wirbelstrom zu schaffen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Ein solches Herstellungsverfahren ist aus der FR-PS 2 223 318 bereits bekannt. Ziel dieser Erfindung ist es, den Schmelzstrahl aus ausziehbarem Material mit hoher Geschwindigkeit in das Innere des gasförmigen Stromes eindringen zu lassen, ohne daß der Schmelzfluß bzw. Schmelzstrahl abreißt oder unterbrochen wird. Dieses Ziel wird mit Hilfe von Wechselwirkungszonen erreicht, die innerhalb des gasförmigen Stromes erzeugt werden und in die der schmelzflüssige Strahl eingeleitet wird* Die Wechselwirkungszone wird durch einen gasförmigen Strahl erzeugt, der transversal zum gasförmigen Strom gelenkt wird und in diesen eindringt.

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Neben der Einführung des Schmelzstrahles in den gasförmigen Strom übernimmt der Gasstrahl die Bildung eines ganz besonderen Abflusses, gekennzeichnet durch das Vorhandensein von zwei Wirbeln, die sich in entgegengesetzten Richtungen zueinander drehen. Dieser Wirbelabfluß, der am Durchdringungspunkt des Strahles in dem Strom entsteht, ist stabil und ermöglicht durch seine Regelmäßigkeit ein kontinuierliches Strecken der Fasern, wie in der FR-PS 2 223 318 zum Ausdruck kommt.

•·--, Andere bereits bekannte Lösungen dienen der Modifizierung und Vervollkommnung des Verfahrens und der Vorrichtungen nach dem FR-Patent 2 223 318. So wird in der FR-PS 2 362 222 vorgeschlagen, den Schmelzstrahl aus ausziehbarem Material mit dem Gasstrahl in Kontakt zuobringen, bevor dieser in den Hauptstrom eintritt. Aus der FR-PS 2 374 440 ist bekannt, den Ablauf das Strahles mittels eines Ablenkers zu modifizieren, um im Strahl eine Zone zu bilden, die die Einführung des ausziehbaren Materials begünstigt und in gewissem Maße zu einem "primären" Strekken des Schmelzstrahles führt, ehe dieser in den Gasstrom eintritt.

( Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen, die sich auf

diese Techniken beziehen, welche nachstehend als "tor" Techniken bezeichnet werden, laufen auf die Bildung von Fasern· unter sehr interessanten Bedingungen hinaus.

Zwecks Veranschaulichung der Verbesserungsart, an die sich die Erfindung anschließt, wollen wir den Fall der Bildung der Fasern aus Glasmaterialien betrachten. Wie in den vorher angeführten Patenten zum Ausdruck gekommen ist, stellt dieser Fall in der Tat eine besonders wichtige industrielle Anwendungsform dar.

Die Anlagen zur Herstellung von Glasfasern durch die traditionellen Verfahren, d.h. andere Verfahren als diejenigen, welche die "tor" Techniken verwenden, sind insgesamt wie folgt aufgebaut.

Ein Schmelzofen liefert das zu fasernde Material und speist die Faserungsorgane mit Hilfe eines Verteilungssystems. Die in den Faserungsorganen gebildeten Fasern werden durch Gasströme zu einem Aufnahmebänd mitgeführt, das transversal zu diesen Strömen angeordnet ist. Wenn eine Isoliermatte hergestellt werden soll, werden die Fasern auf ihrer Bahn zwischen den Faserungsorganen und dem Aufnahmebänd mit Bindemittelprodukten beschichtet und die Fasermatte zur Behandlung der Bindemittel in einen Trokkenofen geführt.

In diesen Anlagen fließt das auszuziehende Material durch die Schwerkraft vom Ofen zu den Faserungsorganen. Der gasförmige, die Fasarn tragende Strom fließt von oben nach unten und ist nahezu vertikal ausgerichtet. Das Aufnahmeband ist praktisch in horizontaler Ebene angeordnet. Diese Anordnung ist nicht willkürlich, sondern aus einer Reihe praktischer Erfordernisse notwendig.

So erfolgt für eine Produktion mit einem hohen Volumen die Vorbereitung des zu fasernden Materials gewöhnlich entsprechend der Technik der direkten Verschmelzung, d.h

einer Technik, in der die durch Verschmelzung vorbereitete Zusammensetzung direkt zum Fasern gegeben wird. Zu diesem Zweck werden öfen mit großem Fassungsvermögen verwendet, die über einen Vorbau eine oder mehrere Produktionsstrassen speisen, die gewöhnlich jeweils mehrere Faserungsstationen darstellen. Es versteht sich von selbst, daß der Materialfluß vom Ofen bis zu den Faserungsstationen nicht zu lang sein darf und von einer Faserungsstation zu einer anderen unterschiedlich sein muß, um ein Maximum an Homogenität unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen der verschiedenen Stationen zu gewährleisten.

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Übrigens verursacht das Vorhandensein eines Vorbaus von großen Dimensionen in diesen Anlagen technische Schwierigkeiten im Hinblick auf die Realisierung und Unterhaltung und erhöht insbesondere die Betriebskosten. Die Aufrechterhaltung geeigneter Temperaturbedingungen im Vorbau für das ausziehbare Material erfordert einen starken Energieverbrauch , wobei dieser Verbrauch um so bedeutender wird, je langer der Vorbau ist.

Aus diesen Gründen ist eine Begrenzung der Länge dieses Vorbaus zweckmäßig, was dazu führt, die Faserungsstationen so nahe wie möglich beienander anzuordnen.

Andere technische Gründe erfordern wieder eine "kompakte" Anlage. Allgemein werden die verschiedenen Faserungsstationen an der Spitze einer seitlich durch Trennwände geschlossenen einzigen Aufnahmekommer angeordnet, deren unterer Teil durch das Aufnahrneband gebildet wird. Die die Fasern tragenden gasförmigen Ströme werden durch das Aufnahmeband hindurch angesaugt, während die Fasern auf demselben Polster festgehalten werden. Die anzusaugende Luftmenge und mithin die zu diesem Zweck verbrauchte Energie wird um so höher, je mehr sich die Aufnahmefläche vergrößert. Es ist daher vorteilhaft, die Dimensionen der Aufnahmekamraer zu begrenzen und die Faserungsstationen näherzu bringen.

Unter Berücksichtigung der vorstehend dargelegten Bedingungen ist man bei den bekannten Anlagen dazu übergegangen, die für das Strecken und den Transport der Faser notwendigen Gasströme so zu lenken, daß der Betrieb einer bestimmten Station nicht denjenigen der benachbarten Stationen stört, d.h. den Gasströmen eine nahezu vertikale Rieh·» tung zu. geben.

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In zunehmendem Maße war man auch bestrebt, die sogenannten "tor" Verfahren in Anlagen einzusetzen, die für die traditionellen Methoden projektiert waren, wobei die nicht den eigentlichen Faserungs-Arbeitsvorgang betreffenden Anlagenteile wie Of en , :Au"f nahmekammern , Trockenofen usw. weiterverwendet werden konnten. Ein erster Grund hierfür ist die Begrenzung der Kosten für den Betrieb dieser neuen Techniken. Ein anderer Grund ist beispielsweise die Möglichkeit, wahlweise sowohl die traditionellen als auch neuen Techniken einzusetzen, ohne -deswegen gezwungen zu sein, über komplette, unterschiedliche Anlagen zu verfugen.

Die vorteilhafte "vertikale" Anordnung des gasförmigen Ströme verursachte nichtsdestoweniger gewisse Schwierigkeiten für die Anwendung der "tor" Techniken.

Zur Verminderung dieser Schwierigkeiten wurde vorgeschlagen, die Fasern in Gasströmen zu erzeugen, die ein wenig zur Horizontalen geneigt sind und unmittelbar nach der Bildung der Fasern die Bahn der gasförmigen Ströme mit Hilfe von Leiteinrichtungen zu modifizieren. Hierzu wurden große Vorrichtungen eingesetzt, die die.gasförmigen Ströme in bestimmte Bahnen lenken und ablenken, um sie einer an die Vertikale angrenzenden Richtung zuzuführen. Diese Leitvorrichtungen sind jedoch relativ raumabhängig, was die Möglichkeiten der Annäherung der Faserungsstationen an eine Leitung begrenzt.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz der "tor" Faserungstechnik zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes

Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art, insbesondere hinsichtlich der Anordnung der für die Bildung und den Transport eingesetzten Gasströme zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird ein gasförmiger Strom und mindestens ein gasförmiger Strahl erzeugt, wobei der gasförmige Strahl einen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der des Stromes und eine kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzt, die größer ist als die das Stromes. Der Strahl wird so gelenkt, daß er unter Bildung einer Wechselwirkungszone, in der sich Wirbelbewegungen regulärer Struktur einstellen auf den Strom auftrifft und in diesen eindringt, ohne ihn zu durchqueren. In diese Wechselwirkungszone wird ein Schmelzfluß aus ausziehbarem Material aus einem Schmelzofen eingeleitet. Der von oben nach unten fließende kombinierte gasförmige Strom, bestehend aus dem Gasstrom und dsm oder den Gasstrahlen, ist so gerichtet, daß er etwas von der Vertikalen abweicht.

Wenn im Laufe aer Beschreibung nur von einem Strahl gesprochen wird, so schließen die Ausführungen, falls nicht gesondert darauf hingewiesen wird, die Verwendung mehrerer'Strahlen mit ein. In diesem Sinne kann anstelle eines Schmelzstrahles aus ausziebarem Material, mit Hilfe eines Schlitzes oder eines Oberlaufes ein bandartiger Schmelzfluß ausgebracht werden, der dann in einzelne Schmelzströme durch die Einwirkung mannigfaltiger Mittel, insbesondere durch die Wirkung der durch die Strahlen induzierten gasförmigen Ströme geteilt wird, wie dies in den angeführten Veröffentlichungen beschrieben wurde.

Die Neigung des kombinierten Stromes kann in bezug auf die Vertikale in einem ziemlich großen Maße variieren, ohne daß die Vorteile, die mit der Anordnung nach der Erfindung verbunden sind, verloren gehen. Wird jedoch zu

stark von der vertikalen Richtung abgewichen, sind diese Vorteile geringer oder verschwinden ganz. Unter einer der Vertikalen angenäherten Richtung ist eine Richtung zu verstehen , bei der eine Annäherung der Faserungsstationen längs ein und desselben Vorbaus nicht durch Überlegungen im Hinblick auf die Ablaufbahn der kombinierten gasförmigen Ströme eingeschränkt wird.; In der Praxis überschreitet der Winkel der Richtung des mit der Vertikalen kombinierten Stromes 45 nicht. Die besten Wirkungen werden erzielt, wenn dieser Winkel höchstens 25° beträgt.

Die Richtung des kombinierten Stromes hängt gleichzeitig von den Eigenschaften des Gasstromes und des Gasstrahles ab. Da der Strom ein größeres Gasvolumen mit sich führt als der Gasstrahl, bestimmt er in überwiegendem Maße die Richtung des kombinierten Stromes. Unter dem Einfluß des Strahles wird die Richtung des Stromes jedoch abgelenkt. Das Maß dieser Ablenkung ist eine Funktion der Bewegungsmengen und der diesbezüglichen Ausrichtung des Stromes und des Strahles* Bei den gebräuchlichsten Durchführungsformen überschreitet diese Abweichung in bezug auf die · Richtung des Stromes 30° nicht und tritt am häufigsten in der Größenordnung von etwa zehn Grad auf.

Wie bei allen Faserungsmethoden mit Hilfe von gasförmigen Strömen ist es notwendig, daß das ausziehbare Material dort in den Strom eindringt, wo er seine höchste Leistungskraft besitzt. Dabei ist so zu verfahren, daß der Schmelzfluß in das Herz des Stromes eindringt und so nahe wie möglich an der Austrittsöffnung dieses Stromes. Die Schwierigkeiten beim Einleiten des Schmelzflusses in den gasförmigen Strom ergeben sich aus der Feinheit des Schmelzflusses und aus der Geschwindigkeit des gasförmigen Stromes, ohne besondere Vorkehrungen, wenn beispielsweise der Schmelzfluß und der Strom anfangs in zueinander wenig geneigten

Richtungen oder sogar parallel verlaufen, würde der Schmelz fluß durch das Gas des Stromes abgestoßen werden und an der Peripherie desselben verbleiben.

Um den Schmelzstrahl in den Gasstrom einzuleiten, schneidet der aus einer Düse durch die Schwerkraft ausfließende Schmelzfluß die Strömungsbahn der Gasstrahlen, wird durch diese mitgenommen und dringt mit den Gasstrahlen in das Innere des Gasstromes in eine Wechselwirkungszone ein, die durch die Gasstrahlen und den Gasstrom gebildet wird.

Unter Berücksichtigung der Neigungsbedingungen des gasförmigen Stromes in bezug auf die Vertikale und der Bedingungen betreffs des Mindestwinkels zwischen dem Gasstrom und den Gasstrahlen, damit die Durchdringungsfähigkeit der Gasstrahlen gewährleistet ist, ist die Ausflußöffnung des Schmelzflusses vorteilhafterweise unter einem Konvergenzwinkel zum Gasstrom und zu den Gasstrahlen angeordnet. Diese Anordnung ist in einer Ebene definiert, die den Gasstrahl' und den Schmelzstrahl gleichzeitig umfaßt. Mit anderen Worten, und zwar stets im Rahmen dieser Ebene, befinden sich die Ausströmöffnungen für die Gasstrahlen und die Abgabe des Stromes auf beiden Seiten des Materialnetzes.

Das Wesen der Erfindung zur Herstellung von Fasern nach dem "tor"-Verfahren besteht darin, daß das ausziehbaren Material in einem freien Raum zwischen den unter einem bestimmten Winkel ausströmenden Gasstrahl und Gasstrom eingeleitet wird, d.h. zwischen dem Strahl und dem Strom. In einer bevorzugten Anordnung trifft der Schmelzstrahl, der von der Zuführungsöffnung ohne Stütze in diesen freien Raum abfließt,.die Bahn des Gasstrahles, ehe dieser in den Gasstrom eindringt.

Bei der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Gasstrom und den Gasstrahlen zur Bildung des kombinierten Gasstromes, wurde festgestellt, daß neben dem kombinierten Gasstrom auch sogenannte Sprungströme oder Sprünge entstehen können, die nachteilig auf den Produktionsprozeß wirken und zur Instabilität und zu "Störungen führen. Diese Sprungströme oder Sprünge entwickeln sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Winkel zwischen Gasstrom und Gasstrahl.

Die Einführung des Schmelzstrahles in den Gasstrahl, ehe dieser in den Strom eindringt, im Sinne der Erfindung, ermöglicht in hohem Maße eine Einschränkung der Nachteile, die mit der Entstehung von Sprungströmen verbunden sind. Die Einführung des Schraelzstrahles in den Gasstrahl ist gegenüber Sprungerscheinungen um so wirksamer, je größer der Abstand ist, der den Einführungspunkt des Schmelzstrahles in den Gasstrahl vorn Schnittpunkt des Gasstrahles und des Gasstromes trennt. Wie im weiteren noch näher dargelegt wird, muß dieser Abstand jedoch relativ klein bleiben. Andere Bedingungen mußten im Rahmen der Erfindung erst bestimmt werden, um selbst in diesen Fällen einen völlig befriedigenden Einsatz zu ermöglichen.

Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die Sprungströme von mehreren Faktoren abhängen, und daß die Bedienungsperson die Entstehung von Sprungströmen verhindern bzw. mindestens so vorgehen kann, daß ein einwandfreier Ablauf des Herstellungsverfahrens gewährleistet ist. Die Hauptfaktoren sind die Leistung und die Geschwindigkeit des Gasstromes und des Gasstrahles sowie der Winkel derselben am Aufschlag. Es ist festzustellen, daß diese Faktoren ebenfalls bestimmen, wie der Gasstrahl in den Gasstrom eindringt und mit diesem in Wechselwirkung steht. Infolgedessen spielen diese Faktoren auch eine Rolle in den Mechanismen, die die Bildung der Fasern steuern.

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In der Praxis kann man an Hand von Versuchen beispielsweise die Cnarakteristiken des Gasstromes und des Gasstahles fixieren und unter Berücksichtigung folgender Angaben den besten Winkel zwischen Strahl und Strom festlegen.

Läßt man den Winkel zwischen dem Strahl und dem Strom variieren, während die anderen Parameter dieselben bleiben , so ist festzustellen, daß der Sprung um so schwächer ist, je kleiner der Winkel ist. Ober ein gewisses Limit hinaus gibt es praktisch keinen ungünstigen Einfluß mehr im Hinblick auf die Faserbildung. Dieser Winkel darf jedoch nicht unter einem Grenzwert liegen, bei dem der Strahl nicht mehr oder nur unzureichend in den Strom eindringt und die für die Faserung erforderliche Wechselwirkungszone nicht mehr entsteht. Routineversuche ermöglichen die Bestimmung des jeweils besten Kompromisses,

In der Praxis sollte der Winkel zwischen dem Gasstrahl und dem Gasstrom nicht unter IO und vorzugsweise nicht unter 20 liegen. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn dieser Winkel nicht höher als 60 liegt, vorzugsweise nicht über 50°.

Anordnungsbeispiele, die den weiter oben präzisierten Kriterien entsprechen, werden in weiterem Zusammenhang in der Beschreibgung angegeben.

In den vorhergehenden' Ausführungen wurde allein der Winkel verändert. Es ist aber auch durchaus möglich, andere Parameter zu variieren, insbesondere die Leistung oder die Geschwindigkeit des Gasstromes oder des Gasstrahles. Dies läßt sich erreichen durch Modifizierung der Charakteristiken dieser Ströme bei ihrer Erzeugung, d.h. durch Modifizierung der Regelung oder den Einsatz unterschiedlicher Generatoren. Es ist ebenfalls möglich, die Anfangscharak-

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teristiken des Gasstromes und des Gasstrahles beizubehalten und die Abstände der Ausströmungsöffnungen im Schnittpunkt zu verändern. Wenn man davon ausgeht, daß der Gasstrom über eine bestimmte Entfernung praktisch konstant bleibt, verändert sich der Gasstrahl, dar eine kleinere Dimension hat relativ stark mit der Entfernung von seinem Abstrahlpunkt. Die Geschwindigkeit des Gasstrahles verringert sich besonders schnell.

Um einen für das Ausziehen nutzbaren Energieverlust zu vermeiden, ist es von Vorteil, die Strahl- und Stromaustrittsöffnungen in einer möglichst angenäherten Weise anzuordnen, was einschließt, daß Winkelprobleme, die zuvor in Erwägung gezogen wurden, in Betracht zu ziehen sind. Eine Mindestgrenze hinsichtlich der Abstände zwischen den verschiedenen Organen der·Vorrichtung (Gasstromgenerator, Strahlensender, Quelle mit ausziehbarem Material) ISt durch die räumlichen Abemssungen dieser Vorrichtungsteile festgelegt. Bei der Anordnung ist so zu verfahren, daß die den verschiedenen Vorrichtungselementen auferlegten Temperaturbedingungen eingehalten werden. Dies erfordert, sie in einem gewissen Abstand voneinander zu plazieren bzw. durch Isolierverkleidungen zu schützen«

In den vorhergehenden Ausführungen wurde dargelegt, wie die gasförmigen Ströme und die Zuführungsquelle auszuwählen und anzuordnen sind, um die unerwünschten Wirkungen der Sprungströme zu vermeiden. Es ist ebenfalls möglich, Zusatzeinrichtungen vorzusehen, die einerseits die Bildung dieser Sprünge verhindern und andererseits die Faserbildung nicht stören.

Eine Zusatzeinrichtung besteht beispielsweise in der Anbringung einer Gazuleitung in den durch den Gasstrom und den Gasstrahl gebildeten Winkel, wobei Richtung, Druck, Volumen so gewählt werden, daß sie der Entstehung von Sprün-

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gen in Bezug auf die Quelle des ausziehbaren Materials und auf die Ausströmöffung des Gasstromgenerators entgegenwirkt. Diese Gasversorgung kann beispielsweise in Form einer oder mehrerer gasförmiger Mantel (nappes) erfolgen, die sich in einem dynamischen Gleichgewicht befinden und sich, wenn nicht dem Auftreten der Sprungströme so doch wenigstens ihren Wiedereintritt in den Winkel des Gasstrahles und des Gasstromes widersetzen. In allen Fällen ist die Menge des Zusatzgases, das verwendet wird, um sich den Sprungströmen zu widersetzen, weit niedriger als die der Gasstrahlen und die des Gasstromes.

3ei der Modifizierung der Strömungsrichtung der Gase ist es vorteilhaft, wenn der Schmelzstrahl aus ausziebarem Material, der durch den Gasstrahl getragen wird, stabilisiert und in gewissem Maße eine erste Streckung unterworfen wird, ehe er in den Strom eindringt. Es ist besonders vorteilhaft, den Gasstrahl entsprechend dem FR-Patent 2 374 440 abzulenken oder gemäß den Fr-Patentanmeldungen 2 401 109, 2 401 110, 2 401 111, 2 401 112 zu modifizieren.

Eine besonders vorteilhafte Art der Modifizierung bzw. Ablenkung des Gasstrahles besteht darin, eine laminare Ablaufzone beim Absinken unter einen normalen Wert in bezug auf die angrenzende Atmosphäre zu bilden. Eine solche Zone zieht die Bildung von in den Gasstrahl induzierten Strömem nach sich. Bei einer Anordnung der Quelle mit dem ausziebaren Material in der Weise, daß der Schmelzstrahl sich in den induzierten Störnen gegenüber der in Frage kommenden Zone befindet, wird selbst dann eine Einführung des Schmelzstrahles in den Gasstrahl erreicht, wenn auf Grund e schwachen Formänderung der Schmelzstrahl nicht genau gegenüber dem Gasstrahl liegt. Es entsteht somit ein Stabilisierungseffekt des Schmelzstrahles, der besonders vorteilhaft ist. Der Bildung einer laminaren Ablaufzdne im Gasstrahl dient auch eine Modifizierung in Form von zwei sta-

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bilen Wirbeln, die sich in entgegengesetzten Richtungen zueinander drehen und das Einrahmen dieser laminaren Ablaufzone. Das Vorhandensein solcher Wirbel im Gasstrahl, ehe dieser in den Gasstrom eintritt, ist von Vorteil für die Behandlung des auszuziehenden Materials, insbesondere wird die primäe Streckung des Schmelzstrahles im Gasstrahl begünstigt.

Die Modifizierung des Gasstrahles in Bezug auf die Bildung einer laminaren, durch zwei entgegengesetzt rotierende Wirbel eingerahmten, Ablaufzone können auf verschiedene Art gelöst werden.

Eine erste Möglichkeit besteht in der Anordnung einer ebenen Ablenkungsklappe in der Strömungsbahn des Gasstrahles. Mit Hilfe dieses Ablenkers läßt sich die Richtung und der Aufbau des Gasstrahles variieren, indem beispielsweise der Winkel des Ablenkers zur Anfangsrichtung des Gasstrahles verändert wird oder der Ablenker transversal einen mehr oder weniger großen Teil des Gasstrahles unterbricht usw»

Eire weitere Möglichkeit der Modifizierung und der Ablenkung besteht in der Anordnung eines Elementes mit konvexer Fläche, beispielsweise ein zylindrischer Stab ind der Strömungsbahn des Gasstrahles. Das Vorhandensein der konvexen Fläche zieht voneinander abweichende Effekte nach sich, als Funktion insbesondere ihrer Krümmung und ihrer genauen Stellung zum Gasstrahl. Mit Hilfe des zylindrischen Stabes lassen sich zwei besondere Veränderungen erreichen, wobei einmals das Innere des Gasstrahles verändert wird und zum anderen der Gasstrahl verbreitert werden kann.

Ferner ist es möglich, neben den mechanischen Mitteln, ziemlich identische Gasstrahlen paarweise innerhalb ein und derselben gemeinsamen Ebene mit dem Schmelzstrahl, für die

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eines kombinierten Ablaufes anzuordnen.

Neben den angeführten Beispielen können auch andere Modalitäten verwendet werden, wenn sie den gestellten allgemeinen Anforderungen für die Durchführung der Erfindung entsprechen, die eingangs der Erfindungsbeschreibung zum Ausdruck gebracht wur?den. Insbesondere ist es möglich, mehrere Modifizierungsmittel miteinander zu kombinieren, um auf einen Gesamteffekt hinzuzielen, was nicht gestatten würde, die Anwendung eines einzigen dieser Mittel zu erreichen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher die Durchführung des "tor"-Verfahrens in der Weise, daß der Gasstrahl auf seiner Strömungsbahn mehrere Modifizierungen bzw. voneinander unabhängige Ablenkungen erfährt, insbesondere die Bildung einer laminaren Ablaufzone eingerahmt von zwei Wirbeln, die sich in entgegengesetzter Richtung voneinander drehe'n, gefolgt von einer Ablenkung des so modifizierten Gasstrahles.

Es kann für die DurchführungcsrErfindung ein Vorteil sein, wenn der Gasstrahl längs seiner Strömungsbahn in mehreren Richtungen auftritt. Dabei müssen die vorstehend dargelegten Neigungsbedingungen, die der Gasstrahl hinsichtlich seines Zusammentreffens mit dem Gasstrom haben sollte, eingehalten werden, während für andere Abschnitte seiner Strömungsbahn unterschiedliche Bedingungen vorgesehen werden können.

Wie bereits dargelegt, wird die Mitnahme des Schmelzstrahles durch den Gasstrahl durch das Vorhandensein einer laminaren Abflußzone begünstigt. Diese Zone ist jedoch in ihren Dimensionen begrenzt. Um die angeführten Vorteile auszunutzen, ist es notwendig, daß der Schmelzstrahl in Höhe dieser Zone auf den Gasstrahl trifft. Die Positionierung

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des Schmelzstrahles zu dieser Zone wird um so besser gewährleistet, wenn der Gasstrahl in dieser Höhe deutlich einer transversalen Richtung folgt, sofern eine Richtung entsprechend der des Materialabflusses nicht möglich ist.

Um die bestimmenden Neigungsbedingungen bezüglich der Höhe der Einführung des Schmelzstcahles in den Gasstrahl und dem Eindringen des Gasstrahles in den Gasstrom einzuhalten, ist es vorteilhaft, Maßnahmen vorzusehen, die die Richtung und die Struktur des Gasstrahles an den geeigneten Punkten modifizieren. Ein solches Mittel ist beispielsweise einerseits eine Ablenkplatte, die die Bildung der durch Wirbel eingerahmten laminaren Zone und eine erste Ablenkung des Strahles gewährleistet und andererseits eine den Strahl berührende konvexe Flache, die hauptsächlich die Komplementärablenkung des Gasstrahles sicherstellt. Diese Mittel können so angeordnet werden, daß ihre Wirkungen sukzess'iv oder praktisch gleichzeitig eintreten. Diese Gleichzeitigkeit wird ermöglicht, wenn die Mittel zur Gewährleistung dieser Modifizierungen beiderseits des Gasstrahles angeordnet sind« Wenn auf die "Biegung" des Strahles Bezug genommen wird, so befindet sich die Ablenkklappe auf der konvexen Seite des Strahles, während die konvexe Ablenkfläche in dem konkaven Teil des Strahles liegt. Vorteilhafterweise wird die verwendete konvexe Fläche durch einen zylindrischen Stab gebildet.

Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen derartiger Mittel möglich. So können beispielsweise mehrere konvexe Ablenkflächen aufeinanderfolgend angeordnet oder mehrere Gasstrahlen einer Ablenkfläche zugeordnet werden usw.

Der Einsatz der Erfindung nach dem "tor"-Verfahren ist nicht auf eine besondere Kategorie ausziehbarem Materials beschränkt. Gewöhnlich ist jedes Material, das geeignet ist,

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Fasern unter der Einwirkung von gasförmigen Strömen zu bilden, verwendbar.

Traditionell handelt es sich um thermoplastische Materialiern, die geschmolzen oder durch Temperaturerhöhung erweicht werden und bei Abkühlung wieder erstarren.

Die thermoplastischen Materialien, die verfaserbar sind, können sowohl organisch als auch mineralisch sein. Es handelt sich hier insbesondere um verfaserbare polymere Materialien wie Vinylpolymere , Stvrolpolymere, Polyalkylene (im besonderen die Polyäthylene und Polypropylene), Polyester, Polyamide, Polymere oder bekannte, analoge Kopolymere. Unter den verwertbaren Materialien für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden die mineralischen Materialien auf der Basis von Kieselerde auf Grund bedeutender Anwendungsmöglichkeiten der Produkte, beispiels weise zur Wärme- und Schallisolation, zur Verstärkung von Plastmaterialien usw, eine besonders bevorzugte Kategorie.

Unter mineralischen Materialien auf der Basis von Kieselerde sind Materialien zu verstehen, die nach dem Schmelzen zu glasähnlichen Produkten verarbeitet werden können, wobei die Produkte in ihrer Zusammensetzung mindestens 40 Gewichtsprozent Kieselerde enthalten.

Diese Materialien sind insbesondere Gläser, Schlacken als Nebenprodukt von Gießprozessen, Basalte und analoge traditionsgemäß für die Herstellung der Produkte verwendete Zusammensetzungen. Diese Produkte sind unter dem Namen Glaswolle, Steinfaser usw. bekannt.

Für die Durchführung der Erfindung muß das ausgewählte Material Bedingungen erfüllen, di© ein Ausziehen durch gasförmige Ströme ermöglicht. Es ist notwendig, daß es eine ausreichende Viskosität und unter Berücksichtigung des an-

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gestrebten Streckens, ausgehend vom vorhergehenden Zustand, eine bestimmte Streckintensität usw. besitzt. Aus der früheren Literatur sind für jeden Materialtyp Angaben über die geeigneten Viskositätsbedingungen zu entnehmen. Die Viskositätsbedingungen, die von Nutzen für den Einsatz der Erfindung sind, sind analog denjenigen der früheren "tor"-Verfahren.

So liegen beispielsweise ausreichende Viskositätswerte für die Materialien aus Glas in aen Intervallen von 10 bis 100 Po und gewegen sich vorteilhafterweise in der Größenordnung um 50 Po. Diese Werte sind wohlverstanden nur indikativ. In der Praxis ist es notwendig, die Besonderheiten zu berücksichtigen, die _sin erster Linie durch die Vorrichtung beeinflußt werden können. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen der Materialquelle und dein Punkt, wo das Ausziehen effektiv realisiert wird, relativ groß ist, kann sich -daraus eine Abkühlung des Materialnetzes ergeben, was eine höhere Abgangstemperatur und mithin eine geringers Viskosität erfordert.

Wie allgemein bekannt, stehen bei thermoplastischen Materialien die Viskositätsbedingungen im direkten Zusammenhang mit oer Temperatur. Das einschlägige Schrifttum liefert für jeden Materialtyp die Beziehungen, die zwischen der Temperatur und aer Viskosität bestehen.

Man muß unterstreichen, daß die zweckmäßigen Temperaturbereiche sehr unterschiedlich sind, je nachdem ob es sich um organische oder mineralische Materialien handelt. Für die ersten übersteigt die Schmelztemperatur bzw. die Erweichungstemperatur bis zur gewünschten Viskosität gewöhnlich nicht einige Hundert Grad. Selbst widerstandsfähigere Materialien können keine Temperatur aushalten, die höher als ca. 300. C ist, während die wärmeempfindlicheren bei weniger als 100 C erweichen. Für die mineralischen Mate-

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alien auf der Basis von Kieselerde, wie Gläaser, liegen die Schmelz- oder Erweichungstemperaturen im niedrigsten Bereich nicht unter 650 C. Bestimmte Mineralien, wie die Kieselerden, die für die Herstellung von Isolierfasern von großem Interesse sind, schmelzen nur bei Temperaturen, die weit höher sind und 1800 C erreichen oder überschreiten«

Die Zusammensetzung der Ausgangsmaterialien, die Temperatur die Geschwindigkeit oder der Druck des Gasstrahles oder des Gasstromes zum Ausziehen und zum Fasertransport sind auch nicht Gegenstand der Erfindung. Diese charakteristischen Bedingungen sind in Zusammenhang mit früheren "tor"Techniker bereits beschrieben worden und werden nachstehend nochmals kurz zitiert.

Die Zusammensetzung der Gase wird lediglich durch den Umstand begrenzt, daß sie die Qualität der vorbereiteten Fasern nicht benachteiligt. Insbesondere dürfen sie nicht die Oberflächenqualität der Fasern abbauen, In der Tat steht fest, daß die mechanischen Eigenschaften der Fasern (Zugoder Biegefestigkeit) eng mit der Oberflächenqualität verbünden sind. Unter diesem Vorbehalt läßt sich überhaupt jede Art Gas verwenden. Allgemein.werden Luft, Dampf oder Verbrennungsgase eingesetzt. Verbrennungsgase werden besonders dann eingesetzt, wenn das Ausziehen bei einem Gas mit hoher Temperatur erfolgen soll. Mit der Auswahl des Brennstoffes und des Verhältnisses von Luft oder Sauerstoff des in den Brenner eingeführten Gemisches können Verbrennungsgase mit unterschiedlicher Temperatur erreicht werden. Die Bedienungsperson legt an Hand von Versuchen die Temperatur des Gases zum Ausziehen fest.

Es ist nicht notwendig, daß der Gasstrom und der Gasstrahl die gleiche Gaszusammensetzung haben. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß sie die gleiche Temperatur besitzen.

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Wie bereits aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, stehen mehrere Mittel zur Verfugung, um die Temperatur des Schmelzstrahles, des Gasstrahles und des Gasstromes innerhalb des Faserungsbereiches zu regeln. Die Kombination dieser Mittel bestimmt die Faserungstemperatur.

Es ist vorteilhaft eine Anordnung mit mehreren unabhängig voneinander regelbaren Mitteln vorzusehen. Dadurch kann die Temperatur eines oder mehrerer der am Verfahren beteiligten Medien auf Grund anderer Überlegungen als in Abhängigkeit von der Temperatur in der Faserungszone gesteuert werden. Somit können für die Temperatur des Schmelzstrahles zusätzliche Forderungen in Zusammenhang mit dem Schmelzprozeß bzw. des Durchganges durch eine als Zuführungsquelle verwendeten Düse realisiert werden. So kann beispielsweise die Schmelztemperatur höher sein als für die Faserung erforderlich. Ein solcher Fall tritt ein/wenn eine ausreichende Leistung mit Schmelzstrahlen geringer Dimension erreicht ist. In Fällen dieser Art läßt sich die Möglichkeit der Anordnung eines Strahles oder eines Stromes ausnutzen, bei dem die Temperatur unabhängig von der des Schmelzstrahles regelbar ist.

Eine eingangs vorgeschlagene Kombination für die Faserung von mineralischen Materialien besteht in Verwendung eines Luft-Gasstrahles mit geringer Temperatur oder sogar mit Umgebungstemperatur und der Erzeugung eines gasförmigen Stromes mit Hilfe eines Brenners, der Verbrennungsgase mit hoher Temperatur liefert.

Die Drücke und die Geschwindigkeit der verwendeten Gase sind für diese Erfindung nicht spezifisch. Dieselben Oberlegungen, die für die vorhergehenden "tor"-Verfahren angestellt wurden, gelangen ebenfalls zur Anwendung, und bestimmte Werte dieser Parameter werden im einschlägigen Schrifttum behandelt - in bezug auf diese "tor"-Verfahren.

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Die allgemeinen Bedingungen, die die Wahl dieser Parameter bestimmen, lassen sich kurz anführen.

Allgemein wird das Verfahren in einer Umgebung mit Atmosphärendruck oder angrenzend an den Atmosphärendruck betrieben. In der Faserungszone ist der Druck jedoch unterschiedlich zu dem der Umgebungsatmosphäre. Dieser Umstand läßt auf einen Druck des Gasstromes oder des Gasstrahles in ihren diesbezüglichen Generatoren vermuten, ehe sie die Austrittsöffnungen überschreiten* Um den Strahl und den Strom mit einer gewissen Geschwindigkeit zu erzeugen, ist der entsprechende Druck innerhalb des Generators wohlverstanden höher als der Umgebungsdruck.

Um ein Ausziehen des Schmelzstrahles zu bewirken, müssen die Gase an der Strahloberfläche einen Antriebseffekt ausüben. Der Antriebseffekt, oder mit anderen Worten, die auf den Schmelzstrahl durch das Gas ausgeübte Kraft, ist direkt mit der Geschwindigkeit desselben verknüpft. Bei konstanter Temperatur ist der Ausziehprozeß intensiver und die Tendenz zur Bildung fön feinen Fasern höher, je höher die Geschwindigkeit ist. Die Geschwindigkeitszunahme, die also ein günstiger Faktor für diese Verfahren zu sein scheint, ist allerdings beschränkt. Bei zu hohen Geschwindigkeiten wird das Ausziehen so heftig, daß der ausziehbare Schmelzstrahl zerreißt. Die gebildeten Fragmente werden dann einem unregelmäßigen Streckvorgang unterzogen, der häufig unvollständig ist. Die Aufrechterhaltung des Endlosfadens (Chemieseide) ist bei der Anwendung des "tor" Verfahrens eine der wesentlichen Faktoren für die Erlangung von langen und feinen Fasern. Die Geschwindigkeiten der gasförmigen Ströme wird wie bei den bekannten Verfahren eingestellt, wobei sie im allgemeinen etwas niedriger ist als bei Verfahren in denen eine systematische Zerteilung des Schmelzstrahles erfolgt.

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Aufgrund der Vielzahl von Faktoren und Parametern, die im Laufe des Verfahrens einwirken, kann nur ein Kompromiß aus den verschiedenen Anforderungen gefunden werden» Es ist deshalb notwendig, Probeversuche durchzuführen, um die besten Werte zu ermitteln.

Betreffs der Charakteristiken des Gasstromes und des Gasstrahles ist zu beachten, daß bei dem "tor"-Verfahren ein Eindringen des Gasstrahles in den Gasstrom gewährleistet sein muß. Aus diesem Grunde muß der Gasstrahl eine niedrigere Dimension als der Gasstrom haben, und die kinetische Energie des Gasstrahles pro Volumeneinheit höher sein als beim Gasstrom.

Diese Bedingungen müssen in dem Bereich realisiert werden, wo der Gasstrahl auf den Gasstrom trifft.

In der Praxis ist das Verhältnis <ier kinetischen Energien pro Volumeneinheit des Gasstrahles und des Gasstromes höher als 1 und niedriger als 100O₃ vorzugsweise höher als 1,5 und niedriger-als 40.

Im allgemeinen sind die Vorrichtungsbaugruppen außer den verwendeten Mitteln zum Ablenken und Modifizieren der Strahlen, von denen zuvor gesprochen wurde, analog den in den genannten Patentn und Patentanmeldungen. Diese Elemente, d.h. in der Hauptsache der Gasstrongenerator, der Gasstrahlgenerator und die Streckmaterialquelle unterscheiden sich jedoch durch ihren besonderen Antrieb sowie durch die Strukturmodifizierungen, die dieser Antrieb erfordern kann

Die Zuführungsquelle aus Streckmaterial kann insbesondere die vorher beschriebenen Formen annehmen. Wenn das zu fasernde Material ein Mineralstoff ist, ist diese Quelle ein feuerfester Tiegel, der in seinem unteren Teil mit

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einer Düse versehen ist. Dabei kann das fasernde Material auch in Form eines flüssigen Schmelzbandes ausgebracht werden, welches dann durch die Kombination von Gasstrahlen und Umgebungsströme in Schmelzstrahlen aufgeteilt wird.

Besondere Vorrichtungen für die Zuführung des Streckmaterials werden besonders in dem FR-Patent 2 384 723 beschrieben. In diesen Vorrichtungen wird das Material im schmelzflüssigen Zustand in ein Becken oder einen Behälter geleitet und strömt von hier durch eine Überlaufschwell« entweder in Form eines Bandes oder in Form von dünnen Strah len aus. Diese Zuführungsart kann auch für den Einsatz der Erfindung verwendet werden. Sie hat den Vorteil, daS Materialien mit einem sehr hohen Schmelzpunkt oder mit einer sehr starken Korrosionswirkung, was zu einer raschen Beschädigung der üblichen Düsen führen würde, zerfasert wer den können.

Allgemeine umfassen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen für den Einsatz der Faserungstechniken "tor":

- einen Generator für den gasförmigen Strom,

- eine Quelle mit einer Vielzahl von Gasstrahlen und Mitteln zum Lenken derselben in Bezug zum Gasstrom, wobei der Querschnitt der Gasstrahlen als der des Gasstromes, und die kinetische Energie der Gasstrahlen pro Volumeneinheit höher ist als die des Stromes,

- eine Quelle zur Lieferung des ausziehbaren Materials in Form von Schmelzstrahlen in entsprechender Anordnung zu den Öffnungen des Gasstromgenerators und des Gasstrahlensenders, so daß die Schmelzstrahlen in eine Wechselwirkungszone des Strahles und des Stromes eingeführt werden.

- 23 -

/ D U 4 / - ²³ -

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Anordnung und die Ausrichtung des Generators für den gasförmigen Strom sowie die Anordnung und die Ausrichtung des Gasstrahlensenders so beschaffen, daß die Strömungsbahn des kombinierten Stromes, der durch den Gasstrom und die Strahlen gebildet wird, in einer annähernd vertikalen Richtung verläuft. Wie bereits angeführt, überschreitet der Winkel des kombinierten Stromes mit der Vertikalen nicht 45 und liegt vorzugsweise unter 25 . Dadurch können verschiedene auf ein und derselben Fabrikationslinie angeordnete Fasereinrichtungen einander angenähert werden.

Die Anordnung der Streckmaterialquelle ist vorzugsweise so, daß der Schmelzstrahl in einem Abstand vor dem Eintrittspunkt des Gasstrahles in den Gasstrom auftrifft.

Entsprechend einen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Generator für den gasförmigen Strom, der Strahlensender und die Streckmaterialquelle zueinander so angeordnet, daß die Schmelzstrahlen in den Wechselwirkungszonen der Gasstrahlen mit dem Gasstrom eingeleitet werden, und daß in einer Ebene, die durch jeden Gasstrahl und den entsprechenden Schmelzst-rahlen definiert wird, die Austrittsöffnung des Gasstromgenerators liegt, wobei der Schmelzstrahl sich zwischen diesen Ausströmöffnungen befindet.

Äle weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind mehrere Mittel zum Ablenken bzw. zur Modifizierung der Struktur der Gasstrahlen vorgesehen, ehe diese in den Gasstrom eindringen.

Eine vorteilhafte Kombination dieser Mittel besteht darin,· daß sie einerseits auf der Bahn der GasstraBten angeordnet sind und in diesen eine laminare Ablaufzone schaffen, die durch zwei Wirbel eingerahmt wird, und andererseits die mo-

- 24

2*"* *"? C Π / J/ JUH

difizierten Gasstrahlen ablenken, wobei die Zuführquelle an ausziehbarem Material in bezug auf die Modifizierungsmittel so angeordnet ist. daB jeder Schmelzstrahl zur laminaren Ablaufzone des entsprechenden Strahles gelenkt wird

Wie bereits schon angegeben, handelt es sich bei den Mitteli zur Modifizierung und Ablenkung der Gasstrahlen besonders um ebene Ablenker und um konvexe Flächen wie zylindrische Stäbe usw.

In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bei denen der kombinierte gasförmige Strom eine an die Vertikale angrenzende Richtung annimmt, wird der Gasstrahl vorteilhaft mittels eines ebenen Ablenkers abgelenkt und modifiziert. Zur Verbesserung der Ablenkung des Gasstrahles nach dem Eindringen des Schmelzstrahles in die laminare Auslaufzone, die durch die Wirkung dieser Ablenkvorrichtung gebildet wird, ist es vorteilhaft, in die Strömungsbahn des Gasstrahles einen zylindrischen Stab so anzuordnen, daß sich der Gasstrahl längs eines Teiles der konvexen Fläche erstreckt und durch die Oberflächenwirkung (Skineffekt) abgelenkt wird.

In den vorhergehenden Ausführungen wurden die erfindungsgemäßen Merkmale der Vorrichtungen im Hinblick auf die Anordnung der eingesetzten Hauptorgane unterstrichen. Weitere Besonderheiten unterscheiden sie von vorher bekannten Vorrichtungen.

So besteht ein Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Einsatz der "tor"-Techniken in die Anordnung der Aufnahmefläche für die Fasern,, die allgemein aus einem Förderband besteht. Erfindungsgemäß bildet der kombinierte gasförmige Strom, der die Fasern aufnimmt, an dieser Aufnahmefläche einen Winkel von höchstens gleich 25 mit der

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__v S SSJ» Ϊ 3 f. f

Senkrechten. Diese ist im Hinblick auf die Verteilung und die Ausrichtung der Fasern im Endprodukt von Vorteil. Außerdem ermöglicht ein zur Aufnahmefläche annähernd senkrechter gasförmiger Strom eine Verringerung der Länge dieser Fläche und eine Verbesserung „der Energiebilanz in Bezug auf die durch diese Flache hindurch realisierte Absaugung.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, einen kombinierten Strom, gebildet aus dem Gasstrom und den Gasstrahlen, ohne daß seine Bahn modifiziert wird, direkt auf ein ziemlich horizontales Förderband zu lenken. Durch diesenAntrieb entfallen Ausweitgeräte oder andere Mittel zur Richtungsänderung, um den kombinierten Gasstrom zum Förderband zu leiten.

Ausführunasbeisoiel:

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert v/erden, wobei im folgenden in Obereinstimmung mit bereits bekannten Verfahren von der Herstellung von Glasfasern ausgegangen wird. Dieser Umstand bezweckt lediglich eine Vereinfachung der Darstellung und beschränkt nicht den Arbeitsbereich der Erfindung auf diesen Materialtyp,. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung der Fasereinrichtung nach der Erfindung und des Aufnahmeförderbandes für die Fasern.

Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung der Faserungsorgane der Einrichtung nach Fig. 1 im Teilschnitt.

Fig. 3: eine weiteres Ausführungsbeispiel der Faserungsorgane nach Fig. 2,

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J I D U 4 /

Fig. 4: eine dritte Ausführungsvariante.

Fig» 5: eine vierte modifizierte Ausführungsvariante gemäß der Erfindung.

Fig. 5a: eine Darstellung der erfindungsgemäßen

Bezeichnung der Faserungsorgane in Bezug auf ihre Anordnung und ihren Dimensionen.

Fig. 5b: die Anordnung nach Fig. 5 mit modifiziertem Ablenkstab,

Fig. 6: die Anordnung mehrerer Fasereinrichtungen längs eines Förderbandes zur Aufnahme der Fasern,

Fig. 7: eine graphische Darstellung der Abstandsund Winkelparameter zwischen dem.Gasstrahl und dem Gasstrom in Bezug auf die Entstehung von Sprungströmungen,

Fig. 8: die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in perspektivischer Darstellung,

Der Vorbau 6 - Fig. 1 - ist mit einer Düse 7 verbunden, die eine Vielzahl von Zuführungsorganen aus Glas 8 besitzt. Eines dieser Organe ist im Teilschnitt in Fig. 2 dargestellt. Durch das Organ 8 fließt geschmolzenes Glas in Form einer Wulst 9, das dann als Schmelzstrahl 5 in den Abfluß des Gasstrahles eingeleitet und wie nachstehend beschrieben, ausgezogen wird.

Auf der linken Seite der Zuführungsorgane 6, 7 und 8 Fig. 1 und 2 - ist ein Gasgenerator 9 für den Hauptstrom

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J / 3 U 4 /

angeordnet, der mit einer Düse 10 versehen ist. Mit Hilfe des Generators 9 wird der Gasstrom B erzeugt, der nach unten gerichtet auf einer annähernd vertikalen Bahn ausströmt. Die Breite der Düse ist so beschaffen, daß der in den Gasstrom eindringende Gasstrahl ihn nicht völlig durchquert und eine Wechselwirkungszone sowie ein kombinierter Gasstrom entsteht. Vorteilhaft erstreckt sich die Emissionsdüse in senkrechter Richtung, so daß der Hauptgasstrom mit einer Reihe von sekundären Gasströmen und mit einer Reihe von Glaszuführungsorganen verbunden werden kann, die miteinander zusammenwirken, um eine Reihe von Faserungszentren zu bilden. Diese Faserungszentren sind in gehörigem Abstand voneinander in senkrechter Richtung zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ebene angeordnet.

Auf der rechten Seite der.Zuführungsorgane ist ein Sender für die sekundären Gasstrahlen angeordnet, der u.a. einen Strahlengeber 11 zur Aufnahme einer Reihe von Austrittsöffnungen 12 enthält. Eine dieser öffnungen ist im Teilschnitt in Fig. 2 dargestellt. Derartige Strahlengeber werden in der FR-PS 2 374 440 näher beschrieben. Jeder dieser Geber ist mit einer Reihe von Abgabeöffnungen für die Strahlen versehen, die im Abstand voneinander längs einer zur Ebene der Fig. senkrecht verlaufenden Richtung angeordnet sind. Oeder Strahlengeber 11 wird mit einem*Gas, beispielsweise Druckluft, aus der Leitung 13 gespeist.

Wie bei den Faserungstechniken "tor" üblich, werden die Zuführungsorgane aus Glas 8 und die Strahlenabgabeöffnungen 12 paarweise in ein und derselben Ebene wie in Fig. gezeigt, angeordnet. In den Fig. 1 und 2 ist ebenfalls ein Führungs- oder Ablenkelement 14 in Form einer Klappe dargestellt. Dieses Ablenkelement 14 ist so angeordnet, daß es die aus der öffnung 12 austretenden Strahlen auffängt und zu einem Gasstrahl 7 ablenkt. Gemäß der FR-PS 2 374 ist ein Ablenkelement 14 für mehrere ausgerichtete Strahlen

28 -

ό/ DU 4 /

vorgesehen.

Bei einer solchen Anordnung laufen die angrenzenden abgelenkten Strahlen aufeinander auf, wodurch die seitliche Ausdehnung begrenzt wird. Es bilden sich in jedem der Strahlen Wirbelpaare, die eine stabile laminare Abflußzone einrahmen. Diese befindet sich in der Mitte eines jeden Strahles. Diese Zonen werden durch einen niedrigen Druck mit folglich einer wichtigen Umgebungsluftzufuhr gekennzeichnet. Der in jede stabile Zone induzierte Luftstrom neigt dazu, den Schmelzpunkt S in diese Zone anzusaugen, wobei der Abfluß des Gasstrahles ihn dann schräg nach unten in Richtung des Gasstromes mitnimmt.

Das Ausziehen erfolgt hauptsächlich in der Wechselwirkungszone des sekundären Gasstrahles mit dem Gasstrom, wobei der kombinierte Gasstrom dsn Faden während des Ausziehens nach unten mitreißt,

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sowie in dsn folgenden Ausführungsbeispielen sind die Faserungsmittelpunkte (von denen ein einziger in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist) vorzugsweise in Reihe angeordnet und bilden eine Faserungsstation bestehend aus einem Vorbau 6, einer Düse 7 zur Aufnahme einer Vielzahl von Zuführungsorganen aus Glas 8 und aus einer Reihe von Austrittsöffnungen für die Gasstrahlen, die jeweils einer Zuführungsöffnung S zugeordnet sind. Der Hauptgasstrom weist somit mehrere von Wechselwirkungszonen auf, die sukzessive durch das Eindringen mehrerer Gasstrahlen gebildet werden.

Die in den verschiedenen Faserungsmittelpunkten gebildeten Fasern werden durch den Gasstrom nach unten befördert und setzen sich auf einem perforierten Aufnahmeförderband 15 ab - Fig. 1. Unter dem Obertrum des Förderbandes befinden sich eine oder mehrere Saugräurae 16, die mit einem oder

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mehreren Lüftern 17 verbunden sind. Mit Hilfe eines konischen Führungsorganes 18 werden der kombinierte Gasstrom und die in ihm enthaltenden Fasern in richtige Bahnen zum Förderband gelenkt und die Verteilung der Fasern über die gesamte Breite des Förderbandes begünstigt. Die maximale Breite des Führungsorganes 18 ist so bemessen, daß mehrere Organe 18 nebeneinander angeordnet werden können, wobei jede einer Faserungsstation entspricht. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Asuweitgeräten, die erforderlich waren den an die Horizontale angrenzenden Gasstrom nötigenfalls zu richten, und auf das Förderband zu lenken, verändert das Führungsorgan 18 nicht die allgemeine Richtung der Fasern. Es bildet kein Hindernis für den Ausziehvorgang

Eine Gefahr für die Beeinflussung der Fasercharakteristiken besteht daher nicht mehr.

Entsprechend Fig. 6 besteht die Möglichkeit, Faserungsstationen in mehreren Reihen anzuordnen, die oberhalb des Förderes 15 für die Aufnahme der Fasern über dessan Lange, verteilt sind. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß die Emission der Ströme entsprechend einer an die Vertikale angrenzenden Richtung die Einrichtung einer größeren Anzahl Faserungs-Stationen über eine bestimmte Entfernung längs des Förderers 15 im Vergleich zu Anlagen, in denen der Hauptgasstrom oder die Gasströme, welche die Fasern transportieren, unter einem Winkel auf dem Förderband auf treffen, begünstigt*

Gemäß Fig. 1 bewegt sich der Förderer 15 in horizontaler Richtung, während der kombinierte Gasstrom praktisch nach unten in vertikaler Richtung abgesaugt wird. Daraus ergibt sich, daß die Fasern auf die Oberfläche des Förderers gemäß einer Bahn gelangen, die praktisch senkrecht zu Iet2£erem verläuft.

Die in Fig. 3 dargestellte - Ausführung unterscheidet sich

- 30 -

ο f

-OU-

von den Lösungen nach Fig. 1 und 2 durch eine veränderte Austrittsöffnung 12a für die Gasstrahlen. Gleiche Bauteile tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2. So entspricht beispielsweise der Gasstrahlgeber lla dem Gasstrahlgeber 11 nach Fig. 1 und 2.

Zur Führung des Gasstrahles in Stabform unter Ausnutzung des Coanda-Effektes wird in den Abfluß des Gasstrahles mittels Verbindungslaschen 20 ein Stab 19 am Gasstrahlengeber lla angebracht. Eine derartige Anordnung ist aus der FR-PS 2 401 109 bereits bekannt.

Gemäß der FR-PS 2 401 109 kann das Führungselement 19 direkt in der Achse der Austrittsöffnungen der Gasstrahlen angeordnet werden, und zwar um sich in einer zu dieser Achse leicht.versetzt angeordneten Stellung zu bewegen. Wenn der Stab 19 jedoch etwas versetzt angeordnet wird (wie es für die Fig. 3 zutrifft), wird der Abfluß dsr Strahlen unterhalb des Stabes etwas abgelenkt, was ebenfalls aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Es ist dabei offenbar nicht dasselbe, wenn der Stab 19 in die Ebene der Achsen der Strahlen eingesetzt wird. In beiden Fällen kollidieren die angrenzenden Strahlen infolge eines zutreffenden Abstandes·miteinander innerhalb des Bereiches der Staboberfläche.

Es entwickeln sich gegenläufige Wirbelpaare, die bei einer größeren Umgebungsluftinduktion jeweils eine stabile laminare Abflußzone begrenzen. Die in diesen Zonen durch die induzierte Luft angetriebenen bzw. angesaugten Schraelzstrahlen werden sodann in die Gasstrahlenbahn aufgenommen und danach in die Wechselwirkungszonen, welche die Gasstrahlen mit dem Hauptgasstrom bilden, eingeleitet.

Gemäß der Ausführung nach Fig. 4 liefert der Strahlengeber 11b ziemlich identisch Gasstrahlenpaare, die sich treffen

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und einen kombinierten Abifuß bilden, in welchem dann der auszuziehende Schmelzstrahl eingeleitet wird. Diese Art Strahlenkombination wird besonders in der FR-PS 2 401 110 beschrieben. Diese Anordnung bildet ebenfalls eine stabile laminare Ablaufzone mit einer größeren Umlaufluftinduktion , die eine höhere Stabilität bei der Zuführung des Schmelzstrahles in dem kombinierten Gasstrahl gewährleistet. Wie bei den anderen Ausführungsvarianten wird jeder Schmelzstrahl mit der nötigen Sicherheit in die Wechselwirkungszone transportiert, die durch das Eindringen des kombinierten Gasstrahles in den Hauptgasstrom entsteht.

Die Ausführung nach Fig. 5 zeigt eine Kombination von Ablenkvorrichtung 14 und zylindrischem Stab 19 um den Gasstrahl zu modifizieren und abzulenken. In der dargestellten Anordnung gelangt der Strahl praktisch tagential auf die Oberfläche des Stabes und hat durch den Skineffekt die Tendenz zum Anhaften an den Stab. Der Strahl wird somit auf der konvexen Oberfläche des Stabes über eine bestimmte Länge geführt und von seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt. Diese Ablenkung wird der durch die ebene Ablenkvorrichtung verursachten hinzugefügt. Der zylindrische Stab kann auch durch eine entsprechend ausgewählte konvexe Fläche ersetzt werden. Die erzielte Ablenkung und ihre Lagebestimmung kann man in großem Maße variieren. Hierzu wird die Krümmung modifiziert, die Länge der konvexen Fläche auf den Gasstrahl geführt oder andere Elemente der Vorrichtung, die die Stellung des Gasstrahles bestimmen, verändert. In den Fällen, wo der Ablenkungseffekt sehr präzis begrenzt werden muß, ist es von Vorteil, einen Stab nach Fig. 5b zu verwenden, bei dem ein Viertel weggenommen wurde.

Gemäß Fig. 5 wird der Gasstrahl durch die Ablenkvorrichtung 14 und den Stab 19 modifiziert und abgelenkt. Die Zuführungs des Schmelzstrahles in den Gasstrahl erfolgt wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2»

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/50 4 7

Das Vorhandensein des Stabes im unteren Teil des Gasstrahles zieht eine zusätzliche Ablenkung nach sich, die eine Untersetzung des Winkels des Gasstrahles in Bezug auf den Gasstraorn ermöglicht und infolgedessen die Bildung von Sprungströmen in diesem Winkel vermeidet.

In der Darstellung zur Anordnung und Dimensionierung der erfindungsgemäßen Mittel nach Fig. 5a kennzeichnen:

x_or_: den Horizontalabstand von der Düsenachse zum nächst·

liegenden Rand der Austrittsöffnung des Gasstromes.

ζ ": den Vertikalabstand -zwischen dem unteren Rand der Düse und dem der Austrittsöffnung des Gasstromes.

: den Horizontalabstand zwischen Düsenachse und dem Ende des Ablenkbleches.

z_cy: den Vertikalabstand zwischen dem unteren Rand der Düse und dem Ende des Ablenkbleches.

dj S: den Anfangsneigungsvvinkel des Gasstrahles zur Horizontalen.

d-,: den Durchmesser des Gasstrahles.

ζ.,,,: den Abstand zwischen der Gasstrahlenachse und dem oberen Teil der Ablenkvorrichtung, gemessen an der Normalen des Gasstrahles.

L.: den Abstand zwischen dem oberen Rand der Austrittsöffnung des Gasstrahles und dem Ende der Ablenkvorrichtung, gemessen in der Achse des Gasstrahles.

©6CIV: den Winkel der Ablenkvorrichtung zur Achse des Gas-Strahles.

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dp : den Durchmesser des zylindrischen Stabes.

χ_ο..: den Abstand zwischen dem Ende der Ablenkvorrichtuno und der Tangente des Stabes, gemessen in senkrechter Richtung zur Gasstrahlenachse.

z„..: den Abstand zwischen der Tangente des Stabes parallel zur Achse des Gasstrahles und dem Ende der Ablenkvorrichtung.

den Winkel der durchschnittlichen Richtung des Gasstrahles und der des Gasstromes.

Die verschiedenen Gasströme und ihre Wechselwirkungszonen sind in Fig. 8 schematisch dargestellt» Der durch die öffnung 12 fließende Gasstrahl schlägt an der Ablenkplatte 14 auf und wird abgelenkt. Dabei entsteht eine durch zwei Wirbel eingerahmte laminare Abflußzone, Aus der Wulst (Sulbs) G des geschmolzenen Materials bildet sich ein Schmelzstrahl, der in die laminare Zone eindringt und von den Wirbeln des Gasstrahles mitgerissen wird.

In einer gewissen Entfernung von der Ablenkplatte haben die Wirbel die Neigung sich aufzulösen. Der Gasstrahl, der dann den Gasstrom B erreicht hat, dringt in diesen ein und führt zur Bildung von Wirbelpaaren, in denen der Faden bzw. der Schraelzstrahl vollständig ausgezogen wird.

Dieser strömungstechnische Vorgang ist genau derselbe, wenn neben dem Ablenkblech 14 noch ein zylindrischer Stab gemäß Fig. 5 verwendet wird, durch den die Ablenkung des Gasstrahles verstärkt wird.

In Fig. 8 werden durch einfache Pfeile die durch Gasstrahl induzierten Ströme I und zur Orientierung die Lagebestim-

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mung und die Richtung der evtl. Sprungströme R dargestellt.

Fig. 6 zeigt drei in Reihe angeordnete Faserungsstationen ein und derselben Fertigungslinie.

Neben den eigentlichen Faserungsvorrichtungen sind dreiteilige Leiteinrichtungen vorgesehen, die den kombinierten Gasstrom mit der Faser auf den Gurtbandförderer lenken. Ebenfalls schematisiert sind Pulverisierungsorgane 21 auf den Leiteinrichtungen angeordnet, sowie im unteren Teil der Fig. der Gurtbandförderer 15 und ein Saugraum 16 unter dem Gurtbandförderer vorgesehen.

Die Zerstäuber·:werden traditionsgemäß verwendet. Sie dienen besonders zum Ausbringen von Kühlwasser bzw. von Bindemitteln auf die Fasern, welche die Kohäsion des Faserendpolsters sichern.

In allen Ausführungsvarianten ist zu erkennen, daß der Generator für den Hauptgasstrom und der Gasstrahlensender jeweils auf einer Seite der Glaszuführungsquelle angeordnet sind, und die Strömungsbahn des Hauptgasstromes nach unten in einer der Vertikale angenäherten Richtung verläuft, Der Gasstrahl dringt seitlich in den Hauptgasstrom ein, wobei gemäß einer bevorzugten Anordnung der Erfindung der Schmelzstrahl in den abfließenden Gasstrahl vor Erreichen der Wechselwirkungszone des Hauptgasstromes eintritt. Diese Anordnung des Generators für den Hauptgasstrom und des Gasstrahlensender zu beiden Seiten des nach unten ausfließenden Schmelzstrahles ermöglicht unter Ausnuztung des Strahlenablenkers das Sperren der.verschiedenen Bestandteile eines jeden Faserungsmittelpunktes voneinander. Dadurch kann die Montage der verschiedenen Baugruppen und ihre Wartung während des Betriebes bei den gewünschten Temepraturen durchgeführt werden.

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Laut den durchgeführten Erprobungen muß die Richtung des Abflusses des kombinierten Gasstromes und des Gasstrahles nicht unbedingt genau vertikal sein. Ebenso muß der Förderer nicht exakt horizontal angeordnet werden. Urn jedoch den Hauptgasstromgenerator und den Gasstrahlensender beiderseits des Schmelzstrahles zu plazieren und dadurch den Zwischenraum zwischen den Faserungsstatxonen längs der Fertigungslinie zu reduzieren, sollte der Abfluß des Hauptgasstromes und des Gasstrahles vorzugsweise keinen Winkel über 25° mit der Vertikalen bilden.

Wie aus den Ausführungsbeispielen hervorgeht, sollte die Düse 10 des Hauptgasstromes so angeordnet werden, daß der Hauptstrom einen schwachen Winkel mit der Vertikalen bildet.

Das Eindringen der Gasstrahlen in den Hauptgasstrom bewirkt eine leichte Abweichung des kombinierten Abflusses aus Hauptgasstrom und Gasstrahlen zur Anfangsbahn des Hauptgasstromes.

Der geführte oder abgelenkte Gasstrahl sollt eine kinetische Energie pro Volumeneinheit besitzen, die höher ist als die des Gasstromes, Ein solches Ensrgieverhältnis kann mit einem Gasstrahl von hoher Temperatur und Geschwindigkeit erzielt werden. Allerdings führen diese Faktoren zu einer Beschädigung der Führungselemente oder der Ablenkvorrichtungen, auf denen sie eine Erosion und unerwünschte Dehnungs- und thermische Kontraktionseffekte hervorrufen. Aus diesem Grunde sind Gasstrahlen mit einer relativ niedrigen Temperatur vorzuziehen.

Die Verwendung von Gasstrahlen mit Raumtemperatur ermöglicht die Benutzung einer gewöhnlichen Druckluftquelle. Die Temperatur des Gasstrahles muß nicht unbedingt so niedrig sein» Vorzugsweise bleibt sie jedoch unter dem Erweichungspunkt des auszuziehenden thermoplastischen

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Materials. Beim Ausziehen von Glas oder einem ähnlichen mineralischen Material ist die Temperatur des Gasstrahles beispielsweise niedriger als 200⁰C, vorzugsweise niedriger als 100⁰C.

Nachstehend vv&rden vorteilhafte Werte für die Durchführung der Erfindung angegeben. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Werte für die Herstellung von Glasfasern.

Zusammensetzung und Temperatur des Glasmaterial_s

Die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ist in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die Zahlenangaben beziehen sich auf die jeweiligen Gewichtsprozente.

A B - C D

SiO2	46,92	57,00	63,00	45,32
Al2O3	9,20	4,10	2,95	12,76
Fe2O3	1,62	0,35	0,30	13,09
CaO	30,75	11,31	7,35	10,71
MnO	0,16
MgO	3,95	3,69	3,10	10,13
Na2O	3,90	13,16	14,10	2,67
K2O	3,50	1,54	0,80	1,34
BaO		1,60	2,50	-
82°3		4,55	5,90	-
F2		2,70		-
TiO2				2,80
Nicht	bestimmt			1,00

Bei diesen Zusammensetzungen liegt die Temperatur der Düse vorteilhaft zwischen 1300 und 1600 C, vorzugsweise zwischer

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1400 bis 15OO°C. Die Temperatur des streckbaren Materials am Ausgang der Düse beträgt am besten 1200 und l500°C (bei zwischen 30 und 100 Po schwankenden Viskositäten).

Gasstrom

Der Hauptgasstrom ist vorteilhafterweise ein Verbrennungsgas aus Naturgas und Luft. Seine Temperatur schwankt zwischen 1300 und 1800 und beträgt vorzugsweise etwa 1500⁰C.

Die Strömungsgeschwindigkeit am Ausgang des Brenners beträgt 200 bis 800 m/s.

Die Breite der Ausströmöffnung für den Gasstrom-bestimmt diejenige des Gasstromes. In der Praxis ermöglicht eine Breite von 5 bis 25 mm die Gewinnung eines ziemlich großen Gasstromes. Die Länge der Ausströmöffung wird von der Anzahl der mit Hilfe des Gasstromes auszuziehenden Schmelzstrahlen bestimmt. Diese Länge kann 600 mm erreichen und überschreiten. Die Anzahl der Schmelzstrahlen, die mit einem Gasstrom ausgezogen werden ,können, wird durch praktische Faktoren begrenzt. Oe höher diese Anzahl der Schmelzstrahlen ist, um so schwieriger ist es, die gleichen technischen Bedingungen über die ganze Breite des Gasstromes aufrechtzuerhalten.

Der Druck im Gasstrom am Ausgang der Ausströmöffnung ist gewöhnlich etwas hoch. Der relative dynamische Druck übersteigt gewöhnlich 50.10 Pa, vorzugsweise nicht 25,10 Pa.

Gasstrahl

Für den Gasstrahl wird vorzugsweise unter Druck stehende Luft verwendet«. Die Temperatur des Strahles liegt zwischen der Umgebungstemperatur und 800 C. Geschwindigkeit und Druck am Ausgang der Emissionsöffnungen betragen beiderseits vorzugsweise 200 bis 900 m/s sowie 1 bis 4,10 Pa.

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/ OU

Die Dimension der Ausströmöffnungen der Gasstrahlen bewegt sich vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 mm,

Die vorstehenden Angaben berücksichtigen die Bedingungen zur Vermeidung von Sprungströmen, welche den Faservorgang negativ beeinflussen. In Fig. 7 sind an einem maßstäblichen Schema die Schwankungen des Kontaktwinkels des Gasstrahles zum Gasstrom in Abhängigkeit vom Abstand des Berührungspunktes zur Ausströmöffnung des Gasstrahles dargestellt.

In der graphischen Darstellung wird der Gasstrom, der durch seine Achse gekennzeichnet ist, für den. betreffenden Teil unabhängig von der Auffangstellung als einheitlich angenommen-.

Die Abstandsschwankungen im Gasstrahl werden durch Geschwindigkeitsänderungen verursacht , y/ährend gleichzeitig dar Gasstrom die Tendenz zur Entfaltung hat. In dar graphischen Dar stellung sind die Verzweigung des Stromes.auf getragen und ferner vier Punkte a, b, c, d suf die Mittelachse des Gasstrahles aufgetragen, in denen die Geschwindigkeit des Strah les relativ wie folgt schwankt:

a : 153 m/s ; b : 135 m/s; c : 115 m/s; d : 108 m/s.

In dieser graphischen Darstellung entsprechen die verschiedenen Strömungsrichtungen I bis IV sämtlich einem Sprungstrom ähnlicher Intensität und starker Begrenzung. Wie vorher angegeben, ist festzustellen, daß der Aufprallwinkel um so größer sein kann, je weiteren der Strahlenöffnung entfernt der Gasstrahl in den Gasstrom eindringt.

Die Winkel zwischen der Durchschnittsrichtung des Gasstrahles und der Richtung des Gasstromes für die Stellungen I bis IV beträgt 1=8°, II = 18°, III =43°, IV = 72°.

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Dimensionen für eine Anordnung nach Fig, 5 oder 5a

Für die Anordnung aer verschiedenen Baugruppen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 5 oder 5a werden vorzugsweise folgende Abmessungen vorgeschlagen:

BF :	10	- 30	mm	0
BF :	O	- 15	mm
VF :	0	- 5	mm
FV :	0	~ 5	mm
'S :	0	- 30

av

: 0,5 - 4 mm : 1,5 mm

: 20 -60°

: 0,5 - 3 d_

: 20 -60

Die ergänzenden Dimensionen*nach Fig. 5a betragen:

0 - 5 mm : 1,5- 4 mm

dC : 3 - 20 mm

Beispiel 1:

In diesem Einsatzbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Vorrichtung wie in Fig. 2 dargestellt verwendet. Das Basaltglas in der Zusammensetzung D wurde unter den folgenden Bedingungen gefasert:

- Temperatur der Düse: 1400·C

- Durchmesser der Düsenöffnungen: 2,4 mm

- Ziehen/ Tag / Loch : 55 kg

- Temperatur des Stromes : 1500⁰C

- Geschwindigkeit des Stromes : 580 m/s

- dynamischer Druck des Stromes : 33000 Pa

- Temperatur des Strahles : 20°C

- Geschwindigkeit des Strahles : 330 m/s

- dynamischer Druck des Strahles : 2,5 χ 10 Pa

- 40 -

/bUk ι

Die Anordnung der verschiedenen Elemente und ihre Dimensionen sind folgende. Die Symbole sind identisch mit den in Fig. 5a dargestell-ten.

x_o_ : 24 mm . d-, : 1,5 mm

or _ vJ

z_nr- : 8 mm ζ-,,. : 2,5 mm

Dr Uv

Xp., : 2 mm »6-n/ ^: ^^

Zp_V : 1,5 mm

^S : 16° 1.. = 2 χ d-= 3 mm

ν υ

Es wurden Fasern hergestellt, deren Micronaire-Wert bei etwa 5 unter"5 g und der mittlere Durchmesser in der Größenordnung von 6,10 m liegt.

Unter den angegebenen..Bedingungen ist ferner festzustellen, daß die durchschnittliche Ablenkung des Gasstrahles zu seiner Anfangsrichtung etwa 52 beträgt. Oer Einfluß der Dimensionen der Ablenkvorrichtung ist besonders wichtig für den Ablenkungswinkel. Wenn anstelle von l_y = 2 d^ eine kürzere Ablenkvorrichtung vorgesehen wird, die dem Wert

1.. = 3/4 d-, entspricht - die anderen Parameter bleiben da-ν υ

bei identisch -, beträgt die durchschnittliche Ablenkung des Gasstrahles weniger als ca. 35 .

Der Wert der durchschnittlichen Ablenkung berücksichtigt nicht die Entfaltung des Strahles in der Ebene der Fig. Diese Entfaltung, die auf systematischem Wege erzeugt wird, wird durch das Vorhandensein der Ablenkvorrichtung modifiziert. In dem betreffenden Falle ist eine etwas geringere Entfaltung für die längste Ablenkvorrichtung (1 ) festzustellen.

Die Entfaltung des Strahles in diesem Falle bleibt nichtsdei weniger begrenzt. Im höchsten Punkt ist der Winkel des Strap und des Stromes<iJj_B = 57 .

- 41 -

Beispiel 2:

Für die Durchführung dieses Beispiels wurden die gleichen Materialzusammensetzungen wie im Beispiel 1 und die gleichen Parameter für den Gasstrom und für den Gasst ahl verwendet. Zum Einsatz gelangte jedoch eine Vorrichtung nach Fig» 5 und 5a. die Dispositionen und Dimensionen sind dieselben wie zuvor mit der Ausnahme,, daß ein zylindrischer Stab zur Ablenkung und Modifizierung des Gasstrahles einge setzt wurde.. Es betrugen:

x_Dr- = 18 mm

ζ_ο_ = 8 mm or

χ,-,, = 2 mm

z_cv = 1 ,„5 mm

-O

= 1,5 mm

= 45

^dC -

^xcv⁼

2,5 mm ο

6 mm 2,5 mm

z_cv= 2,5 mm

L = 1 χ do = i,5 mm

Die unter diesen Bedingungen hergestellten Fasern besitzen einen Micronaire-Wert von 4 unter 5 g sowie einen mittleren Durchmesser von 5,10

-5

Die durchschnittliche'Ablenkung des Gasstrahles zu seiner Anfangsrichtung beträgt ca. 74 . Diese Ablenkung ist also durchaus bedeutender als mit einer Ablenkvorrichtung allein im Beispiel 1, obgleich die Ablenkvorrichtung kürzer ist (1 d-, anstelle von 2 d-,).

Selbst bei dieser starken Ablenkung dringt der Gasstrahl gut in den Gasstrom ein, Der Winkel c£-jr des Gasstrahles und des Gasstromes am höchsten Punkt beträgt nicht mehr als 33 , wodurch die Gefahr einer durch Sprungströme verursach-

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ten Störung erheblich vermindert wird.

Es hat auch den Anschein, daß diese Anordnung vom Standpunkt der Energieausbeute pro Masseeinheit erzeugte Faser etwas vorteilhafter ist.

Die mit den beiden Beispielen erzielten Resultate sind, allein auf die hergestellte Faser bezogen, vollkommen vergleichbar mit denen der bereits bekannten "tor"-Verfahren* Diese Verfahren wurden bisher mit einer sogenannten "horizontalen" Faserungsstation durchgeführt. Gegenüber diesen früheren Vorrichtungen bestehen die Vorteile der Erfindung, wie bereits festgestellt, in einem den Paltzgewinn längs einer Faserungskette und infolgedessen in der Möglichkeit des Zuwachses der Anzahl an Faserungsstationen auf einer bestimmten Länge sowie der Verringerung der Länge für ein und dieselbe Anzahl an Faserungsstationen'..

Hinsichtlich einer Anordnung des "tor"-Typs mit "horizontalen" Gasströmen und Ausweitgeräten kann der Platzgevvinn von 50 bis 70 % erzielt werden.

Die Verringerung des Platzbedarfs wirkt sich vorteilhaft auf die Dimensionen des Aufnahmeraumes, auf die erforderliche Menge Ansaugluft usw. und insgesamt günstiger auf die gesamten Betriebs- und Herstellungskosten aus.

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Claims (23)

1. Erfindungsanspruch

   Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einem thermoplastischen Material mittels gasförmiger Ströme für das Ausziehen und den Transport der Fasern zu einer Aufnahmeflache , wobei ein gasförmiger Strom und mindestens ein gasförmiger Strahl vorgesehen sind, von denen der gasförmige Strahl einen kleineren Querschnitt als der des Gasstromes und eine höhere kinetische Energie pro Volumeneinheit als der Gasstrom besitzt und so gerichtet ist, daß er auf den Gasstrom auf trifft, in diesen unter Bildung einer Wechselwirkungszone eindringt und in diese Zone ein aus einer Quelle mit geschmolzenem Material gelieferter Schmelzstrahl eingeleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Schmelz-Strahl in einem zwischen dem Gasstrahl und dem Gasstrom befindlichen Bereich zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Schmelzstrahi durch die Schwerkraft frei aus der Materialquelle in den Konvergenzbereich ausfließt, der sich zwischen dem Gasstrahl und dem Gasstrom befindet, und mit dem Gasstrahl in Kontakt gebracht wird,-bevor dieser in den Gasstrom eindringt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der aus dem Gasstrahl und dem Gasstrom gebildete Strom von oben nach unten in einer vertikalen Richtung, bezogen auf einer durch den Gasstrahl und den Schmelzstrahl definierten Ebene fließt, während der Gasstrahl und der Gasstrom zu beiden Seiten des Schmelzstrahles konvergieren.
4. 4. Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel der Richtung des mit der Vertikalen kombinierten

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   2-3/50 4 7

   Stromes höchstens 45° beträgt.
5. 5. Verfahren nach Erfindungsanspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel der Richtung des mit der Vertikalen kombinierten Stromes höchstens 25 beträgt.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasstrom und der Gasstrahl unter einen Winkel gerichtet auf den Schnittpunkt des Gasstromes mit dem Gasstrahl zugeführt werden, und das Volumen, die Geschwindigkeit und die Richtung derart gewählt sind, daß der Entstehung von entgegengesetzten Gasströmungen zur Brenneröffnung und* zur Quelle an ausziehbarem Material entgegengewirkt wird ο
7. 7. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß- die Quelle an ausziehbarem Material so angeordnet und der Gasstrahl und der Gasstrom so gelenkt werden, daß das Ausfließen des Schmelzstrahles nicht durch eventuelle entgegengesetzte Gasströme (Sprungströme), die sich am Durchdringungspunkt des Gasstrahles in den Gasstrom bilden können, gestört wird.
8. 8. Verfahren nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß das Materialnetz auf den Strahl auftrifft in Distanz vom Durchdringungspunkt des Strahles in den Strom.
9. 9. Verfahren nach Punkt 7 oder 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel zwischen dem Gasstrahl und dem Gasstrom höchstens 60 beträgt.
10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur eines jeden Gasstrahles derart modifiziert wird, daß eine laminare Abflußzone mit zwei sich in umgekehrter Richtung zueinander drehenden Wirbeln entsteht, und der Schmelzstrahl so gelenkt wird, daß er in diese laminare-Abflußzone gelangt.
11. 11. Verfahren nach Punkt 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasstrahl, unabhängig einer auf eine Orientierungs- und Strukturänderung auslaufenden Modifizierung, vor dem Eindringen in den Gasstrom einer zusätzlichen Abweichung unterworfen wird.
12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bestehend aus einem Gasstromgenerator (9), einem Sender (11) zur Lierferung einer Vielzahl von Gasstrahlen (U)₁ die so gelenkt werden, daß sie auf den Gasstrom (B) auf treffen, wobei der rechte Abschnitt der Gasstrahlen im Schnittpunkt unter dem des Stromes liegt, und die kinetische Energie pro Volumeneinheit der Gasstrahlen höher ist als die des Gasstromes, einer Quelle (8) zur Lieferung des ausziehbaren Materials in Form von Schmelzstrahlen, die so zu den Öffnungen des Gaasstromgenerators (9) und des Gasstrahlensenders (11) angeordnet ist, daß die Schmelzstrahlen (S) in eine Wechselvvirkungszone der Gasstrahlen mit dein Gasstrom eingeleitet werden, gekennzeichnet dadurch, daß in einer Ebene, die durch die Gasstrahlen und dem jeweiligen Schmelzstrahl, definiert wird, die Ausgangsöffnung des GasstroiT.-gene'rators und die des Gasstrahles zu beiden Seiten des Schmelzstrahles angeordnet ist.
13. 13. Vorrichtung nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasstromgenerator (9) und der Gasstrahlensender (11) zueinander so angeordnet sind, daß der kombinierte, durch aen Gasstrom und die Gasstrahlen gebildete Gasstrom in einer annähernd vertikalen Richtung fließt.
14. 14. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Quelle (8) für das ausziehbare Material so angeordnet ist, daß die Schmelzstrahlen (S) aus geschmolzenem Material auf die entsprechenden Gasstrahlen (3) in einer Entfernung vom Schnittpunkt des Gasstrahles (J) und des Gasstromes (B) auf treffen.

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15. 15. Vorrichtung nach einem der Punkte 12 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß längs der Ströraungsbahn der Gasstrahlen Modifizierungsmittel angeordent sind, die in jedem Gasstrahl eine laminare Abflußzone, bestehend durch zwei entgegengesetzt rotierende Wirbel erzeugen, wobei die "Öffnung der Quelle (8) für das ausziehbare Material so angeordnet ist, daß der Schmelzstrahl in diese laminare Abflußzone fließt.
16. 16. Vorrichtung nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Modifizierungsmittel ebene Ablenkplatten (14) sind, die transversal zur Strömungsbahn der Gasstrahlen angeordnet sind und mindestens eines jeden Strahles erfassen.
17. 17. Vorrichtung nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Modifizierungsmittel eine konvexe Fläche ist, die sich durch den Strahl über einen Teil des Weges erstreckt,
18. 18. Vorrichtung nach Punkt 17, gekennzeichnet dadurch, daß die konvexe Fläche ein Zylindrischer Stab ist (19).
19. 19. Vorrichtung nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Modifizierungs- und Ablenkungsmittel längs der Strömungsbahn angeordnet sind und separat wirken.
20. 20. Vorrichtung nach Punkt 19, gekennzeichnet dadurch, daß transversal zur Strömungsbahn der Gasstrahlen ein ebener Ablenker (14) und ein zylindrischer Stab (19.) angeordnet sind, der sich durch jeden Strahl über einen Teil der konvexen Fläche erstreckt.
21. 21. Vorrichtung zur Herstellung von Fasern nach Punkt 1 bis 11 und 12- 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Modifizierungsmittel so zur Quelle (8) für das ausziehbare Material angeordnet ist, daß jeder Schmelzstrahl gegen die laminare Ausflußzone des entsprechenden Gasstrahles gerichtet ist."

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22. 22. Vorrichtung nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Modifizierungsmittel für die Gasstrahlen eine transversal zur Strömungsbahn der Strahlen angeordnete Platte 14, die mindestens einen Teil eines jeden Strahles auffängt, und eine sich durch die Strahlen erstreckende konvexe Fläche (19) ist, wobei die Abweichung durch die Oberflächenwirkung erzielt wird.
23. 23. Vorrichtung nach Punkt 12 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufnahmefläche zur Aufnahme der gebildeten Fasern ein Förderband (15) ist, das so in die Strömungsbahn des kombinierten, aus dem Gasstrom und den Gasstrahlen bestehenden Gasstromes angeordnet ist, und daß die Gasströmungsbahn mit der Normalen bei dieser Aufnahmefläche einen Winkel von höchstens 25 bildet.

    24* Vorrichtung nach Punkt 23, gekennzeichnet dadurch, daß das Förderband (15) in einer angemessenen horizontalen Weise zur Strömungsbahn des kombinierten Gasstromes angeordnet ist, wobei die Richtung des Gasstromgenerators und die der Gasstra'nlensender so ist, daß der kombinierte Gasstrom von oben nach unten direkt zum Fördertuch gelenkt wird, und die Strömungsbahn des kombinierten Gasstromes zum Förderer frei von Hindernissen ist. '

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