DE1082381B - Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern, bestehend aus einem hitzebeständigen Tiegel und einem Boden mit Düsen zum Abziehen von Glasfaden, der von einer Heizkammer zur Aufnahme von Heizgasen umgeben ist.

Es ist eine derartige Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern für die Erzeugung von Glasfasermatten vorgeschlagen worden, bei der das Brenngas nahe am Boden der Heizkammer eingeführt und die Abgase an der Oberseite der Kammer durch einen Abzug abgeführt werden. Auf diese Weise wird infolge der stärksten Beheizung im Bereich des Tiegelbodens sichergestellt, daß das am Tiegelboden austretende Glas durchweg die gleiche Temperatur besitzt und daher Fäden gleichmäßiger Stärke entstehen. Allerdings ergibt sich hierbei der Nachteil, daß an der Oberseite des Tiegels eine verminderte Temperatur auftritt, die von einer Kombination mehrerer Faktoren abhängt, unter anderem von der allmählichen Abnahme der Temperatur der Gase, wenn sie durch die Heizkammer strömen, von dem Wärmeübergang auf den Tiegel und das Glas, ferner von der Einführung kalter Glaskugeln oben in den Tiegel und von Wärmeverlusten durch die Kammerwand, den Abzug und die offene Oberseite des Tiegels. Dies hat zur Folge, daß an der Oberseite des Tiegels eine Temperatur herrscht, die weit unterhalb der erforderlichen Ziehtemperatur liegt. Das Glas hat hier die Neigung, an der Tiegelwand anzuhaften und eventuell das geschmolzene Glas in dem Tiegel zu überbrücken. Hierdurch kann der gesamte Ziehvorgang unterbrochen werden. Außerdem ist es nicht zu umgehen, daß, wenn Glaskugeln von der Wand des Tiegels losgebrochen werden, Teile aus der Tiegelwand herausbrechen und in die Schmelze gelangen, wo sie eine oder mehrere Düsenöffnungen blockieren können. Um keine allzu tiefen Temperatüren an der Glasoberfläche zu erhalten, ging der Vorschlag weiter dahin, die zuzuführenden Glaskugeln durch die abströmenden heißen Gase fallen zu lassen, so daß sie hierbei bereits Schmelztemperatur annehmen können. Damit werden jedoch nicht sämtliche Schwierigkeiten behoben.

Erfindungsgemäß ist demgegenüber die Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern gekennzeichnet durch einen oberen engen Halsteil zum Einführen von Glaskugeln, tangential eintretende Brennkammern nahe dem oberen Flansch und Einlaßöffnungen am unteren Teil des Ringkanals.

Man steuert also die Beheizung des Tiegels derart, daß im Bereich des Glasspiegels, auf welchem die zugeführten Glaskugeln zunächst schwimmen, die größte Wärmemenge zugeführt wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Maßnahme nicht etwa der Vorrichtung zur Herstellung
von Glasfasern

Anmelder:

L. O. F. Glass Fibers Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. B. Wehr, Dipl.-Ing. H. Seiler,

Berlin-Grunewald, Lynarstr. 1 und
Dipl.-Ing. H. Stehmann, Nürnberg 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. März 1958

Norman Emerson McFadden, Defiance, Ohio (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Forderung wiederspricht, im Bereich des Tiegelbodens die Temperatur gleichmäßig zu halten. Allerdings muß man in diesem Zusammenhang die Einspeisöffnung für die Glaskugeln verhältnismäßig klein halten; auf diese Weise werden die sonst auftretenden Abstrahlungs- und Konvektionsverluste verhindert, so daß keine übermäßige Beheizung im Bereich des Halses erfolgen muß.

Versuche haben gezeigt, daß bei dieser Konstruktion wesentlich geringere Wärmeverluste auftreten als bei den bekannten Konstruktionen und daß der Temperaturgradient innerhalb des Tiegels ebenfalls vermindert wird. Des weiteren ist die Oberseite des Tiegels heißer als der Boden, wodurch verhindert wird, daß Kugeln an der Seite des Tiegels festhaften und . das Tiegelinnere durch festes Glas überbrückt wird. Insgesamt haben diese Verbesserungen die Durchschnittsziehgeschwindigkeit des Glases erhöht.

Es ist zwar bereits bekannt, einen normalen Glasschmelztiegel mit Chargenfüllung, bei dem Probleme, wie gleichmäßige Beheizung über den gesamten Tiegel, Temperatursprünge beim Einführen von Glasstücken usw., nicht auftreten, mit zwei übereinander angeordneten Strahlbrennern zu beheizen. Erfindungsgemäß wird demgegenüber mit Hilfe nur eines einzigen, in der Höhe der Glasoberfläche angeordneten Brenners oder Brennersatzes bei kontinuierlicher Glasnachfüllung eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung über den Tiegel erzielt.

OW 527/88

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Ferner ist es bekannt, Rohmaterial in einem senk- warmhärtenden Bindemittel 32, wenn sie sich dem rechten Rohr zu schmelzen, wobei der Brenner nahe Sammelbereich nähern. Die gebundene, aber nicht ausdem oberen Ende des Rohres und der Gasaustritt nahe gehärtete Matte 33 wird auf dem Förderer 28 vordem unteren Ende des Rohres angeordnet ist. Es han- wärts bewegt und auf einen anderen Förderer 34 überdelt sich hierbei aber nicht um das Beheizen von ge- 5 tragen, welcher die Matte durch einen Ofen 35 zur schmolzenem Glas und auch nicht darum, das Roh- Aushärtung des Bindemittels bewegt. Danach wird die material im gesamten Rohr schmelzflüssig zu halten. Matte beispielsweise durch Aufwickeln in die Form Vielmehr muß das Rohmaterial zwecks regelbarer eines Pakets 36 gebracht.

Zuführung an der Rohrwandung haften, was gerade Es wird nunmehr auf die Fig. 2 bis 6 Bezug ge-

im Gegensatz zur Erfindung steht, wonach im gesam- io nommen. Die Kammer 16 umgibt den Tiegel 10 und

ten Tiegel das Glas schmelzflüssig sein soll. weist eine äußere Stahlhülle 37 auf. Diese Hülle be-

Die Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der steht aus einem rohrförmigen Körper 38 mit einem

nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit ringförmigen Boden 39, der eine Mittelöffnung 40

der Zeichnung. Es zeigt (Fig. 3) besitzt und einem Flansch 41, welcher die

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 15 Oberseite der Hülle umgibt. Eine Anzahl einge-

zur Herstellung gebundener Glasfasermatten, in wel- schnittener Löcher 32 erstreckt sich durch den

eher eine Schmelzvorrichtung gemäß der Erfindung Flansch 41 und wirkt mit Schrauben 43 zusammen,

verwendet wird, um einen flachen ringförmigen Deckel 44 aus Stahl-

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Schmelzvorrichtung, blech festzuhalten. Ein kreisrundes Loch 45 ist mittig

wobei eine Hälfte weggebrochen ist, 20 durch den Deckel 44 geschnitten und liegt dichtend

Fig. 3 einen Schnitt durch die Schmelzvorrichtung _an dem jjals 12 des Tiegels 10 an.

längs der Linie 3-3 in Fig. 1, . Das Innere der Hülse und der Oberseite des Bodens

Fig. 4 in einem Teilschnitt durch die Schmelzvor- 39 j_{st m}it einem hochhitzebeständigen Isoliermaterial

richtung längs der Linie 4-4 in Fig. 3 eine Brennkam- 46 ausgekleidet. Eine kreisförmige Aussparung 47 be-

mer in ihren Einzelheiten, 25 findet sich in dem Keramikmaterial 46 konzentrisch zu

Fig. 5 einen anderen Teilschnitt durch eine Brenn- der öffnung 40 in dem Boden 39 und dient als Sitz

kammer längs der Linie 5-5 in Fig. 4, für den Tiegel 10. Eine öffnung 47' erstreckt sich von

Fig. 6 einen Teilschnitt einer Gasauslaßöffnung und _einem Durchmesser, der konzentrisch die Öffnungen

Fig. 7 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte 14 _{in dem} Tiegel 10 umgibt, mit sich nach unten auf-

Form einer Brennkammer. 30 weitender Konusform zu der Öffnung 40 im Boden

Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch eine Vor- der Kammer 16.

richtung zur Herstellung einer gebundenen Glasfaser- Die innere Fläche des Deckels 44 ist mit Keramikmatte. Die Vorrichtung weist einen Keramiktiegel 10 material 48 ausgekleidet, wobei eine Öffnung 49 frei mit einer kreisförmigen Seitenwand 11 auf, die in gelassen ist, die sich von der Öffnung 45 in dem Dekeinem Halsteil 12 verminderten Durchmessers endet, ₃₅ kel 44 nach unten aufweitet, um freien Raum für den an der Oberseite 13 offen ist (Fig. 2 und 3) und mit Hals 12 des Tiegels 10 zu schaffen,
mehreren Öffnungen 14 (Fig. 3) versehen ist, welche Ein Paar Brennkammern 50 von gleicher Konstruksich durch den Boden 15 erstrecken und in einer An- tion treten tangential an gegenüberliegenden Durchzahl konzentrischer Reihen angeordnet sind. messerstellen nahe dem oberen Flansch 41 in die

Der Tiegel ist in einer Kammer 16 gelegen, die im 40 Hülle 37 ein.

einzelnen noch beschrieben wird. Da die Kammern 50 identisch sind, gilt die nachGlaskugeln 17 (Fig. 2 und 3) werden durch die folgende Beschreibung der einen Brennkammer für Öffnung 13 in den Tiegel 10 eingeführt, und heiße beide. Eine Kammer 50 befindet sich in einem zylin-Gase zirkulieren durch die Kammer 16 von der Ober- drischen Metallrohr 51, von dem ein Ende an dem seite zur Unterseite, wobei sie mit dem Tiegel in Be- 45 Körper 38 angeschweißt ist und von dem das andere rührung stehen. Von den Gasen wird Wärme über- Ende einen umlaufenden Flansch 52 trägt. Ein enttragen, um das Glas der Kugeln in eine flüssige Masse sprechender Flansch 53 an einem zentrisch angeord-18 zu verwandeln und den Durchgang von Strömen 19 neten Rohransatz 54 (Fig. 1) wird dichtend an den das Glases durch die Öffnungen 14 einzuleiten. Die Flansch 52 angeschlossen. Dieser Ansatz dient dazu, Glasströme 19 werden zwischen einem Paar Walzen 50 ein Brennstoffgemisch, beispielsweise Gas und Luft, 20 ergriffen, die sich mit einer Geschwindigkeit in die Kammer 50 einzuleiten.

drehen, die über der Austrittsgeschwindigkeit der Die Brennkammer 50 wird gebildet, indem ein

Ströme 19 liegt, um diese Ströme in feine Fäden 21 hochhitzebeständiges Material 55 kerngebohrt und da-

auszuziehen. mit das Rohr 51 ausgekleidet wird. Der ausgebohrte

Die Fäden gleiten über die Fläche 22 eines Blocks 55 Abschnitt ist unterteilt in einen rohrförmigen Einlaß 23, und an der unteren Kante dieser Fläche trifft ein 56, der mit dem Brennstoffeinlaßanschluß 54 in Verheißer Gasstrom 24, der von einer Brennerbatterie 25 bindung steht und zu der Kammer 50 führt. Das erzeugt wird, auf die Fäden, wodurch diese weiter Innere der Kammer 50 hat die Form eines Kegelverdünnt und zu Fasern 26 verschiedener Länge redu- stumpfes 58 mit einem kleineren Anfangsdurchmesser ziert werden. Der Strom 24 lenkt die Fasern in einer 60 59, der über einen Kegelstumpfabschnitt 60 mit dem im wesentlichen horizontalen Richtung durch einen Einlaß 56 verbunden ist. Der größere Enddurchmesser Trog 27, welcher Streuluftströme ausschalten kann, 51 des Kegelstumpfes 50 führt zu einer rechteckigen die die Fasern verfilzen könnten, und schlägt dann die Austrittsöffnung 62, dessen Hauptabmessung in senk-Fasern wahllos auf einem luftdurchlässigen endlosen rechter Richtung verläuft, und zwar über einen ÜberFörderband 28 nieder. Der Bereich des Fasernieder- 65 gangsschnitt 63. Wie in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt, schlags auf dem Förderer wird als Sammelbereich 29 ist das hitzebeständige Material 56, das den Hüllenbezeichnet, und an diesem Punkt wird auf der Rück- körper 38 auskleidet, mit einer Aussparung 64 verseite des Förderers über eine Haube 30 ein Vakuum sehen, durch welche die heißen Gase aus der Brennangelegt, um die Fasern auf den Förderer zu ziehen. kammer 50 in einen Ringkanal 65 eintreten können, Ein Sprühstrahl 31 netzt die Fasern 26 mit einem 70 der durch die Seitenwand 11 des Tiegels 10 und die

innere Wand der hitzebeständigen Hüllenauskleidung 46 gebildet ist, und zwar in Tangential richtung zu dem oberen Teil des Ringkänals 65, wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist.

Ein Flansch 146 mit einer zentral angeordneten Innengewindebohrung 67 tritt auf einer Seite in das Rohr 51 ein und nimmt eine Zündkerze 68 auf, die elektrisch zur Anfangszündung des Brennstoffgemisches innerhalb der Brennkammern 50 gezündet wird. Danach hält sich die Flamme selbst.

Insbesondere aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß ein Paar von Auslaßöffnungen 69 durch das hitzebeständige Material 46 und den Hüllenkörper 38 in einander gegenüberliegenden Stellen dringt und dazu dient, die Abgase aus dem unteren Teil des Ringkanals 65 in die Abgasrohre 70 zu leiten.

Ein Thermoelement 71 ist in den Fig. 1 und 3 nahe den öffnungen 14 in das geschmolzene Glas 18 eingetaucht gezeigt. Es ist elektrisch in bekannter Weise so angeschlossen, daß die Geschwindigkeit der Kugelzuführung in den Tiegel 10 volumetrisch die Zufuhr mit dem Austritt ausgleicht.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung werden zwei einander gegenüberliegende Brennkammern und zwei Gasauslaßöffnungen verwendet, welche an den Ringkanal 65 so dicht wie möglich an der Oberseite bzw. Unterseite angeschlossen sind. Durch Versuche wurde gefunden, daß diese Anordnung zu einer Strömung der heißen Gase um den Tiegel in einem Paar schraubenförmig absteigender Bahnen führt, die um 180° versetzt sind, wodurch sich eine gleichmäßige Verteilung der Wärme innerhalb des den Tiegel umgebenden Kanals zeitigt. Jedoch wurde in manchen Fällen gefunden, daß ausgezeichnete Ergebnisse auch mit nur einer einzigen Brennkammer und einer einzigen Auslaßöffnung erzielt wurden. In gleicher Weise liegt es innerhalb des Grundgedankens der Erfindung, die heißen Gase an einem von dem Tiegel entfernt liegenden- Punkt zu erzeugen; in diesem Fall könnten die Brennkammern fortfallen, und die Gase werden durch einen Verteiler an die Einlasse 62 geführt.

In gleicher Weise gehört es zu der Erfindung, die Zahl der Brennkammern sowie Einlaß- und Auslaßöffnungen auf mehr als zwei zu erhöhen, wenn es die Umstände erfordern. Jedoch wurden beste Ergebnisse mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßöffnungen erzielt, die, wie oben angegeben, angeordnet sind.

Bei einer abgewandelten Form der Brennkammern 5Oj die in Fig. 7 gezeigt ist, wird ein neues Verfahren zur Anordnung der Elektroden einer Zündkerze in der Brennkammer gezeigt, ohne daß deren Wand durchbrochen werden muß. Ein T-Stück 72 ist an der Außenseite des Anschlußflansches 52 angeschweißt, wobei eine öffnung 73 darin eine Mittelöffnung 74 in dem Flansch umgibt und wobei eine Brennstoffeinlaßöffnung 75 mit dem angeschlossenen Rohr 76 rechtwinklig zu der Achse der öffnungen 73 und 74 liegt. Die andere öffnung 77 in dem T-Stück 72 liegt konzentrisch zu der Achse, die sich durch die öffnung 73 und 74 erstreckt, und ist mit Innengewinde versehen, um eine Zündkerze 78 aufzunehmen. Die Zündkerze ist von spezieller Konstruktion mit verlängerter Elektrode 79, die sich von der Kerze in axialer Ausrichtung mit den öffnungen 56, 74, 73 und 77 in den kegelstumpfförmigen Bereich 58 erstreckt. Die andere Elektrode 80 ist an das T-Stück 72 an der Innenseite der öffnung 73 angeschweißt und erstreckt sich durch die Öffnungen 56, 74 und 73 mit Abstand, aber parallel zu der Elektrode 73, und endet in einem hakenförmigen Teil 81, um den erforderlichen Funkenabstand zwischen den Elektroden zu bilden. Die Zündkerze arbeitet lediglich, um den Brennvorgang einzuleiten, da die Flamme sich selbst hält, wenn die

ίο Brennkammer erhitzt worden ist.

Die Anordnung der Zündkerze in der Stellung der Fig. 7 verlängert außerdem das Leben der Elektroden, da sie sich in einem kühleren Abschnitt der Brennkammer befinden, und da die hitzebeständige Wand der Brennkammer nicht durchbrochen ist, ergibt sich eine geringere Möglichkeit des Versagens der Brennkammer auf Grund der hohen Temperatur.

Obgleich sich die Erfindung in erster Linie auf die Verwendung bei Tiegeln aus hitzebeständigem Material bezieht und auch im Zusammenhang damit beschrieben worden ist, sind von der Anwendung der hier offenbarten Grundlagen Vorrichtungen nicht auszuschließen, bei denen der Tiegel aus einem entsprechenden .Metall, wie Platin, Platinlegierungen, Rhodiumlegierungen u. a., gemacht ist, welche gegen die zerstörenden Kräfte von Wärme, Korrosion und Erosion widerstandsfähig sind.

Claims (5)

PatentAnsprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern, bestehend aus einem hitzebeständigen Tiegel und einem Boden mit Düsen zum Abziehen von Glasfaden, der von einer Heizkammer zur Aufnahme von Heizgasen umgeben ist, gekennzeichnet durch einen oberen engen Halsteil (12) zum Einführen von Glaskugeln (17), tangential eintretende Brennkammern (50) nahe dem oberen Flansch (41) und Auslaß öffnungen (69) am unteren Teil des Ringkanals (65).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (62) der Brennkammer (50) und die Auslaßöffnung (69) am Umfang des Ringkanals (65) gegeneinander versetzt sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (62) der Brennkammer (50), verglichen mit der Querschnittsfiäche der Brennkammer, klein ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer

(50) eine Zündvorrichtung (68) zur Zündung des Gases vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar tangential an gegenüberliegenden Stellen des Ringkanals einmündende Brennkammern (50) und ein Paar am Umfang demgegenüber versetzte, an gegenüberliegenden Stellen des Ringkanals angeordnete Auslaßöffnungen (69) vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 599 486, 858 301.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent NTr. 1 041 220.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen