DE1210966B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material, insbesondere Glas - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

DOId

Deutsche Kl.: 29 a - 6/30

Nummer: 1210 966

Aktenzeichen: O 7562 VI b/29 a

Anmeldetag: 4. August 1960

Auslegetag: 17. Februar 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material, insbesondere Glas, durch Einbringen des Materials auf einen Schleuderteller im Innern des mit Schleuderöffnungen versehenen Rotors. Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Glasfäden bekannt, die über einen Rotor und einen innen angebrachten Schleuderteller das Glas zu Glasfäden verarbeiten. Hierbei wird nach einer dieser bekannten Ausführungen das Glas od. dgl. in einem Ofen oder einer Zuführungsvorrichtung erhitzt und im fließfähigen Zustand dem Rotor zugeführt, aus dem es durch die seitlichen Schleuderöffnungen als Fäden austritt.

Der Nachteil besteht darin, daß das Material in einer besonderen Vorrichtung, wie z. B. einem Ofen, erhitzt werden muß und in dem Rotor mit niedrigerer Temperatur als der Erhitzungstemperatur eintritt. Es muß demzufolge zum Erhitzen eine höhere Temperatur angewendet werden, damit der gut fließfähige Zustand noch beim Eintritt in den Rotor vorhanden ist.

Es ist ferner ein Verfahren zum Erzeugen von Fasern aus glasigen Stoffen bekannt, gemäß dem die glasigen Stoffe im festen Zustand in den Zwischenraum zwischen zwei voneinander isoliert angeordnete, gemeinsam rotierende, im wesentlichen tellerförmige Elektroden geführt und von dort nach dem Schmelzen in bekannter Weise als Fasern abgeschleudert werden. Als Material werden Glaskugeln verwendet, die einzeln hintereinander durch einen senkrechten Kanal zwischen den Elektroden rutschen. Der Nachteil dieser Ausführung besteht in der geringen Arbeitskapazität, da der gesamte Zwischenraum zwischen den den Rotor bildenden Elektroden erst nach und nach mit den hintereinander zuströmenden Kugeln gefüllt wird.

Die Erfindung vermeidet die vorstehend in großen Zügen angegebenen Nachteile der bekannten Ausführungen, von denen sie sich vor allen Dingen dadurch vorteilhaft unterscheidet, daß das Material in zerkleinerter oder körniger Form in breitem Strom auf den Schleuderteller im Rotor ausgestreut und dabei im Rotor während der Rotation, insbesondere durch Erhitzen mittels hochfrequenter Wechselströme, geschmolzen wird. Hierzu werden in weiterer Ausbildung der Erfindung vorteilhaft die Seitenwände und gegebenenfalls der Boden des Rotors sowie der Schleuderteller erhitzt.

Ferner kann zur Förderung der Verflüssigung des Materials und der Fadenbildung innerhalb und/oder außerhalb des Rotors eine weitere erhitzte Zone vor-Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
Fasern aus thermoplastischem Material,
insbesondere Glas

Anmelder:

Owens-Corning Fiberglas Corporation,

Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Games Slayter,

Roger W. Roth, Newark, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 12. August 1959 (833 247)

gesehen werden. Dabei liegt vorteilhaft die außerhalb befindliche Zone in Höhe der Schleuderöffnungen des Rotors. Wird innerhalb des Rotors eine zusätzliche erhitzte Zone vorgesehen, dann befindet sie sich vorteilhaft in Bodennähe des Rotors.

Der Rotor kann außen ferner von einer oder mehreren Ringzonen aus nach unten gerichteten warmen Luftströmen verhältnismäßig geringer Strömungsgeschwindigkeit umgeben sein, die sowohl zur Ablenkung der aus den Schleuderöffnungen austretenden Fäden nach unten als auch zur Bildung von unerwünschte Wärmeverluste verhindernden Polstern dienen. Dabei kann die Ausbildung derart sein, daß die Ringzonen unterschiedliche Temperaturen haben, wobei die Temperatur geringer ist, je weiter die Zone in radialer Richtung außen liegt. Die Erfindung hat den Vorteil, daß kein besonderer Ofen od. dgl. zürn Verflüssigen oder Schmelzen des Materials vor dem Eintritt in den Rotor vorhanden zu sein braucht, vielmehr wird es erst im erhitzten Rotor durch ihn selbst verflüssigt. Gegenüber der bekannten Ausführung mit den Rotor bildenden Verflüssigungselektroden hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil der größeren Arbeitskapazität, da jetzt das Material nicht Stück für Stück nachzurutschen braucht, sondern durch den Schleuderteller in den Rotor eingestreut wird, wodurch in der Zeiteinheit größere Mengen in den Rotor befördert und dort geschmolzen werden können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Aus-

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übung des neuen Verfahrens schematisch dargestellt. ;'Um' die einzelnen kontinuierlich aus den Schleuder-

Es zeigt · öffnungen 49 austretenden Fäden F nach unten ab-

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform, zulenken und eine ausreichende Ausziehwirkung zu

F i g. 2 einen Längsschnitt durch F i g. 1 im ver- erzielen, wird um den Rotor 44 eine Zone erwärmter

großerten Maßstab, 5 Luft geschaffen. Statt einer können auch mehrere

F i g. 3 einen Schnitt durch F i g. 2 in Richtung 3-3, derartige Zonen erzeugt werden. Die erwärmte Luft

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Rotor wird der Zone oder den Zonen mit verhältnismäßig

anderer Ausführung, niedriger Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die rechte Seite zwar so, daß sich eine ringförmige, sich nach unten

einer anderen Ausführung der Gesamtvorrichtung io bewegende warme Luftströmung ergibt, durch die die

und * Fäden F, wie in der Zeichnung dargestellt, nach unten

F i g. 6 eine Seitenansicht einer abgeänderten abgelenkt werden.

Rotorausführung. Bei der Ausführung nach F i g. 1 bis 3 ist zu diesem

Der Rotor 44 der Ausführung nach Fig. 1 bis 3 Zweck der-Kopf des Rotors 44 von-einem Gehäuse

ist in der aus der Zeichnung erkennbaren Weise dreh- 15 130 umgeben, das eine Kammer 132 hat, deren Boden

bar gelagert. Sein Antrieb erfolgt vom Motor 20 über 146 innen abgeschrägt ist und Öffnungen 150 für den

den Riementrieb 74, 72, 70. Da weder die Lagerung Austritt der der Kammer zugeführten erwärmten Luft

noch der Antrieb Gegenstand der Erfindung sind, hat. Ferner weist der Boden 144 Öffnungen 148 auf.

werden sie nicht näher beschrieben. Die Kammer 132 ist über eine Leitung 134 an eine

Der Rotor 44 hat kreiszylindrische Form mit 20 Heizkammer 136 angeschlossen, die Heizwiderstände dünner Wand 46 und dünnem Boden 48. Die Wand 142 aufweist und über die Leitung 140 mit einem 46 hat seitliche Schleuderöffnungen 49 für die aus- Gebläse 138 in Verbindung ist, durch das atmozuschleudernden Materialfäden F. Im Rotor 44 be- sphärische Luft in die Heizkammer 136 befördert findet sich im Abstand vom Boden 48 und der wird, von wo sie über die Leitung 134 als durch die Materialzuführungsöffnung 79 ein Schleuderteller 25 Heizwiderstände 142 erwärmte Luft der Kammer 132 106 verhältnismäßig geringer .Dicke, dessen Oberseite zuströmt. Diese Luft strömt dann aus den Öffnungen vorteilhaft nach dem Rand zu kegelig abfällt. Er ist 150 gegen den Rotor 44 und entlang seiner Außenmittels seitlicher Stützen 108 od. dgl. mit der Wand seite nach unten sowie aus den Öffnungen 148 direkt 46 des Rotors 44 verbunden. Zwischen dem Rand nach unten gegen die Fäden F. Die beiden mit und der Wand 46 befindet sich ein Ringspalt. 30 niedriger Geschwindigkeit aus den Öffnungen 150

Die Materialzufuhr erfolgt über den Trichter 86, und 148 austretenden Luftströme verhindern einmal durch die am unteren Ende sitzende Zuteilvorrich- eine.unerwünschte Abkühlung der Rotorwand 46 und rung 94, das Rohr 90, die Rinne 88 und das Zu- der Fäden F- und bewirken zum anderen die Abführungsrohr 76 auf, den Schleuderteller 106. Der lenkung der Fäden F nach unten.
Antrieb der Zuteilvorrichtung 84 erfolgt durch den 35 Wie die Fig. 2 erkennen läßt, ist das die Kammer Motor 102 über den Riemenantrieb 99, 98, 95. . 132 aufweisende Gehäuse 130 von einem zweiten Ge-

Oberhalb der Schleuderöffnungen 49 ist der Rotor häusel54 konzentrisch umgeben, das eine Kammer

44 außen von einer Hochfrequenzinduktionsheizvor- 155 hat, deren Boden 162 Auslaßöffnungen 164 auf-

richtung 110 umgeben, die über wassergekühlte hohle weist. In der Kammer 155 befinden sich Umlenk-

Leitungen 112,114 an eine Stromquelle 116 an- 40 platten 160 für die aus der Heizkammer 157 über die

geschlossen ist. Durch die Heizvorrichtung 110 wird Leitung 158 zuströmende, durch die Heizwiderstände

die Wand 46 des Rotors 44 erhitzt. Von bier teilt sich 159 erwärmte Luft. Die Heizkammer 157 ist an ein

die Wärme dem Boden 48 und dem Schleuderteller Gebläse 156 angeschlossen, über das atmosphärische

106 mit. Durch die Erhitzung des Rotors 44 und des Luft zugeführt wird. Die Luft wird in der Heizkammer

Schleudertellers 106 wird das über das Rohr 76 auf- 45 157 auf eine Temperatur erwärmt, die niedriger ist

gegebene Material, das vom Schleuderteller 106 gegen als die der aus der Kammer 132 austretenden Luft,

die Rotorwand 46 geschleudert wird, verflüssigt, um Die aus den Öffnungen 164 der Kammer 155 nach

dann durch die Schleuderöffnungen 49 als Fäden F unten strömende Luft bildet somit um die Strömungs-

nach außen geschleudert zu werden. zone, die aus der aus den Öffnungen 148,150 aus-

Wie F i g. 2 erkennen läßt, ist der Rotor 44 in 50 tretenden Luft besteht, einen Mantel oder eine Zone

Höhe der Schleuderöffnungen 49 von einer weiteren . von niedrigerer Temperatur. Diese Strömungszone

Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung 166 um- trägt ebenfalls dazu bei, die Fäden F in die aus der

geben, zwischen der und dem Rotor 44 ein solcher Zeichnung ersichtlichen Lage abzulenken. Damit die

Abstand besteht, daß die aus ihm austretenden Luftströmungen bzw. Luftzonen nicht nach der Seite

Fäden F sich frei nach unten ausbreiten können. 55 ausweichen können, ist der Rotor nebst Gehäusen

Durch diese Heizvorrichtung 166 wird eine Zone ge- 130,154 von dem Gehäuse 168 umgeben,

schaffen, die zur Verflüssigung des Materials beiträgt Durch die Zuführung erwärmter Luft unterschied-

und die Fadenbildung begünstigt sowie ein Abreißen licher Temperaturen über die Kammern 132,155 in

der Fäden F an den Schleuderöffnungen 49 ver- - - das Gehäuse 168 wird ein von der Achse des Rotors

hindert. 60 44 nach außen sich erstreckender Bereich abnehmen-

Die Fäden F verlaufen nach unten. Sie werden im der Temperatur erzeugt.

Bereich 120 zur Herstellung eines verdrillten Mehr- Fig. 4 zeigt eine gegenüber der Ausführung nach

fadenstranges oder Garnes 122 gesammelt und auf F i g. 1 bis 3 abgeänderte Rotorbauart. Hiernach ragt

eine Sammelhülse 124 aufgewickelt, die auf einem vom Boden 171 des Rotors 170 eine zentrale Strebe

umlaufenden Dorn 126 sitzt. Der mehrfädige Strang 65 178 nach oben, die am Kopf den Schleuderteller 180

wird in Längsrichtung der Sammelhülse 124 mit trägt. In den Rotor 171 ragt ein Rohr 182 mit ge-

HiIfe einer nicht dargestellten Querführungsvorrich- krümmtem unterem Auslaßende 184 hinein. Dieses

tung verschoben, so daß ein Wickel entsteht. Rohr ist an eine Gasleitung od. dgl. angeschlossen,

so daß Gas unter verhältnismäßig niedrigem Druck in den Rotor 171 einströmt. Am Auslaßende 184 wird das Gas durch die dem Rotor 171 durch die Heizvorrichtung 110 α mitgeteilte Wärme gezündet. Dadurch wird der untere innere Randbereich des Rotors zusätzlich erwärmt und die Verflüssigung des Materials unterstützt bzw. gefördert. Es wird so verhindert, daß das Material im unteren Bereich des Rotors zäher wird, ein Zustand, der die Fließfähigkeit und das Ausschleudern beeinträchtigen würde. Die Ausführung nach F i g. 5 zeigt eine gegenüber der nach Fig. 1 bis 3 andere Anordnung der Luftzuführungskammern. Das Gehäuse 130 α nebst Kammer 132 α und die Luftaustrittsöffnungen 148 a, 150 a sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Ausführung nach F i g. 2. Die Kammer 132 α erhält die erwärmte Luft aus der Heizkammer 136 α und gibt sie über die Öffnungen 148 a, 150 a an einen den Rotor 44 α umgebenden und in seiner Nachbarschaft liegenden Bereich ab.

Abweichend von der Ausführung nach F i g. 2 liegt jetzt das äußere Gehäuse, das hier mit 186 bezeichnet ist, unter dem Gehäuse 130 a. Die innenliegende Wand 188 dient hier als Mantel für die Luftzone, die aus der aus den Öffnungen 148 α und 150 α der Kam-· mer 132 α strömenden Luft besteht. An der außenliegenden Wand 190 des Gehäuses 186 ist das Gehäuse 168 α befestigt, dessen Funktion derjenigen des Gehäuses 168 nach F i g. 2 entspricht. Das Gehäuse 186 ist durch eine senkrechte Trennwand 192 in zwei konzentrische Kammern 194,196 unterteilt. Der Boden 198 beider Kammern weist eine verhältnismäßig große Anzahl kleiner Öffnungen 200 auf, aus denen die Luft aus den Kammern 194,196 in den durch das Gehäuse 168 α begrenzten Raum eintritt. Die Kammer 194 wird von der Heizkammer 157 α über die Leitung 202 mit erwärmter Luft beschickt. Die Heizkammer 157 ist an ein nicht dargestelltes Gebläse angeschlossen. Die aus der Kammer 194 austretende Luft hat eine niedrigere Temperatur als die über die Kammer 132 α zugeführte.

Die Kammer 196 liefert Luft mit Zimmertemperatur. Diese Luft wird ihr über die an ein nicht dargestelltes Gebläse angeschlossene Leitung 206 zugeführt. In den Kammern 194,196 können Leitbleche 209, 210 für die Luft vorgesehen sein. Durch die Kammeranordnung und die Beschickung mit Luft unterschiedlicher Temperatur wird um den Rotor 44 α ein Luftpolster aus verschiedenen Zonen geschaffen, deren Temperatur in radialer Richtung von innen nach außen abnimmt, so daß sich die Zone höchster Temperatur unmittelbar um den Rotor 44 α befindet. Hieran schließen sich dann konzentrisch die anderen niedrigeren Temperaturen aufweisenden Zonen an, die aus der aus den Kammern 194,196 ausströmenden Luft gebildet werden.

F i g. 6 zeigt einen sich unten kegelig erweiternden Rotor 216, der eine sich kegelig verjüngende Spitze 226 hat. Durch die schwach kegelig nach außen und unten verlaufende Seitenwand 218 soll der Zustrom des geschmolzenen Materials zu den Schleuderöffnungen 224 begünstigt werden. Die kegelige Spitze soll die Turbulenz unmittelbar unter der Seitenwand 218 verringern.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material, insbesondere Glas, durch Einbringen des Materials auf einen Schleuderteller im Innern des Rotors mit Schleuderöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in zerkleinerter oder körniger Form in breitem Strom auf den Schleuderteller im Rotor ausgestreut und dabei im Rotor während der Rotation, insbesondere durch Erhitzen mittels hochfrequenter Wechselströme, geschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (46) des Rotors (44) und gegebenenfalls der Rotorboden (48) sowie der im Rotor befindliche Schleuderteller (106) durch eine Wärmequelle innerhalb des Rotors zusätzlich beheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Rotors (44, 170), insbesondere in Höhe seiner Schleuderöffnungen (49) oder in Bodennähe, eine weitere Erhitzungszone durch zusätzliche Wärmezufuhr geschaffen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außen um den Rotor (44) in Höhe seiner Schleuderöffnungen (49) eine die freie Bewegung der Fäden (F) zulassende, insbesondere durch hochfrequente Wechselströme erhitzte Zone geschaffen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Beheizung des Rotors (170) durch ein brennbares Gas erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außen um den Rotor (44, 44 α) herum durch Zufuhr erwärmter Luft eine oder mehrere ringförmige Strömungszonen mit nach unten gerichteter Luftströmung geschaffen werden zum Ablenken der Fäden (F) nach unten und zum Abschirmen gegen Wärmeverluste.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zufuhr von Luft unterschiedlicher Temperatur außen um den Rotor (44 a) ein Luftpolster aus Ringzonen von nach unten gerichteten Luftströmungen verschiedener, und zwar radial von innen nach außen abnehmender Temperatur gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Luftströme mit einer unterhalb der Austrittstemperatur der Fäden (F) aus den Schleuderöffnungen (49) des Rotors (44) liegender Temperatur verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, bestehend aus einem gehäuseartigen Rotor mit seitlichen Schleuderöffnungen und einem im Rotor befindlichen Schleuderteller, auf den das zu verflüssigende Material aufgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (44) außen oberhalb der Schleuderöffnungen (49) von einer Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung (110) umgeben ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (44) in Höhe seiner Schleuderöffnungen (49) außen von einer zweiten Hochfrequenzinduktionsheizvorrichtung (166) umgeben ist, deren Innenseite einen solchen Abstand von der Rotorwand (46) hat, daß sie von den aus den Schleuderöffnungen (49) austretenden Fäden (F) nicht berührt bzw. getroffen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine oberhalb der Hoch-

frequenzinduktionsheizvorrichtung (110) sitzende, den Kopf des Rotors (44) umgebende Ringkammer (132) mit gegen den Rotor (44) gerichteten Austrittsöffnungen (150) und mit nach unten weisenden Austrittsöffnungen (148) zum Ausströmen erwärmter Luft mit geringer Geschwindigkeit und durch Vorrichtungen (142) zum Erwärmen der Luft, die der Kammer vorgeschaltet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch eine zweite Ringkammer (155), die die erste Ringkammer (132) konzentrisch umgibt und am Boden (162) Auslaß-Öffnungen (164) zum Austritt der von einer Heizvorrichtung (159) erhitzten Luft hat.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ringkammer (194) in einem Gehäuse (186) sitzt, das tiefer als das die erste Ringkammer (132 a) enthaltende Gehäuse (130 d) liegt und mit seiner senkrechten Innenseite (188) einen Mantel bildet, der das seitliche Ausbrechen der aus

der Kammer (132 a) austretenden Luftströme unterbindet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das tiefer liegende Gehäuse (186) durch eine senkrechte Trennwand (192) in zwei konzentrische Kammern (194,196) mit am Boden (198) befindlichen Luftauslaßöffnungen (200) unterteilt ist und der Kammer (194) Luft niedrigerer Temperatur als der Kammer (132 ä), aber höherer Temperatur als der Kammer (198) zugeführt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rotor (170) ein Gasrohr (128) mit nahe dem Boden liegender, gegen die Rotorwand gerichteter Auslaßöffnung (184) hineinragt zur Zufuhr von durch die Rotorwände entzündbarem Gas.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014 293;
französische Patentschrift Nr. 1 154 476.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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