DE1471918C - Verfahren und Vorrichtung zur Her Stellung von Glasfaden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Glasfäden, bei dem das geschmolzene Glas zu einem Düsenkanal fließt, der angrenzend an eine durch das Glas benetzbare kreisringförmige Stirnfläche angeordnet ist und an der ein Tropfen gebildet wird, der beim Herabfallen einen Glasfaden aus dem Düsenkanal auszieht. Die Erfindung soll insbesondere die wirtschaftliche Herstellung sehr dünner Fasern in gewerblichem Maßstab ermöglichen.

Zur Fertigung von Geweben sind gewerblich schon Stränge fortlaufender Glasfasern hergestellt worden, wobei diese Gewebe Vorteile, wie gute Festigkeitseigenschaften und Dauerhaftigkeit, aufwiesen. Es ist bekannt, daß die Neigung von Glasfasern zum Brechen um so geringer wird, je dünner die Glasfasern sind. Hinsichtlich der Festigkeit dieser Fasern ist es also wünschenswert, zur Herstellung . feiner Gewebe dünnere Fasern geringerer Biegesteifigkeit zu erzielen, insbesondere zur Herstellung von Geweben, die widerstandsfähig gegenüber Faltungen sein sollen. Es ist weiterhin festgestellt worden, daß Textilien, die aus dünneren Fasern bzw. Fäden hergestellt sind, die menschliche Haut in weit geringerem Umfang reizen als solche, die aus dickeren Fäden bestehen. Ferner wurde festgestellt, daß bei dickeren Fäden, die Biege-• steifigkeit so groß ist, daß ihre Verarbeitung auf den üblichen Strick- und Webmaschinen Schwierigkeiten bereitet. Diese Probleme führten zu dem Wunsch, möglichst dünne Glasfäden erzeugen zu können.

Die bisher aus Glasfaserfäden hergestellten Gewebe hatten keine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung und waren wenig biegsam. Es ist festgestellt worden, daß aus fortlaufenden Fasern geringeren Durchmessers Stränge zum Weben oder Wirken von Stoffen hergestellt werden können, wobei diese Stoffe eine wesentlich höhere Zerreißfestigkeit, eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Falten, bessere Biegeeigenschaften und eine höhere Verschleißfestigkeit aufweisen. Diese Stoffe lassen sich ferner besser drapieren, wirken weicher und sind wesentlich widerstandsfähiger gegenüber Abnutzung, weshalb sie eine größere Lebensdauer haben.

Die. untere Grenze der Durchmesser der bisher hergestellten Glasfäden lag etwa bei 0,005 mm. Eine weitere Verringerung des Durchmessers stieß auf Schwierigkeiten, die bisher nicht behoben werden konnten. Zwar traten auch bei der Herstellung dickerer Fäden immer wieder Fadenbrüche auf, bei den Versuchen, dünnere auszuziehen, häuften sich jedoch die Fadenbrüche in solchem Maße, daß eine großtechnische Fertigung unmöglich war.

Als besonderer Nachteil hat sich hierbei gezeigt, daß nach dem Bruch eines Einzelfadens die Anlaufzeit, d. h. die Zeit, bis ein neuer Faden gebildet und der Betrieb wieder aufgenommen werden konnte, sehr lang war. Diese Anlaufzeit wird wesentlich durch die Tropfzeit bestimmt. Wenn ein Faden gebrochen ist, so bildet sich an der betreffenden Düse ein Glastropfen, der nach einer bestimmten Zeit abfällt und einen Faden hinter sich herzieht, mit welchem der Ausziehvofgang fortgesetzt werden kann. Die Tropfzeit, d. h. die Zeit vom Brechen des Fadens bis zum Abfallen des Tropfens, beträgt bei den bisherigen Anlagen etwa 6 Minuten, wobei diese Tropfzeit die Anlaufzeit wesentlich bestimmt.

Eine weitere Schwierigkeit beim Wiederbeginnen nach Bruch einer oder mehrerer Fasern lag in der Neigung des Glases, über einander benachbarte Glasströme trennende Zwischenräume hinwegzufließen. Gemäß der vorliegenden Erfindung fließen' nun die durch hohe Temperaturen erweichten Glasströme derart durch Düsen hindurch, daß diese Fließneigung des Glases wesentlich herabgesetzt wird. Die Erfindung gestattet die Verwendung einer verhältnismäßig großen Anzahl solcher von Glasströmen durchflossener Düsen. Auf diese Weise können diese Glas-

. ίο ströme zu extrem dünnen, fortlaufenden Fasern ausgezogen und zu eine Vielzahl solcher Fasern enthaltenden Strängen zusammengefaßt werden, deren Herstellung wirtschaftlich und auch im gewerblichen Umfang noch möglich ist. Früher bewirkten Temperaturschwankungen während des Erweichens des Glases durch hohe Temperaturen ein Abbrechen der Fasern und Unterbrechungen beim Ausziehen der Glasströme zu Fasern. Die Aufenthaltszeit des Glases in einer Schmelzkammer war nicht groß genug, um

20, die Strömung des geschmolzenen Glases laminar zu machen, was durch die vorliegende Erfindung bewirkt wird.

Das Glas wird im wesentlichen gleichförmig durch, eine Konditionierkammer hindurch abwärts zu einer Auslaßdüse bewegt, wodurch eine Durchmischung benachbarter strömender Glasschichten vermieden wird. Durch eine geeignete Bemessung der Konditionierkammer sowie der Auslaßdüse und des Düsenkanals kann die Tropfzeit sowie die Querabmessung eines Tropfens auf ein Minimum herabgesetzt werden, so daß es möglich ist, eine Vielzahl von Auslaßdüsen eng nebeneinander bei geringer Neigung zum Zusammenfließen anzuordnen. Auf diese Weise wird das gleichzeitige Ausziehen einer verhältnismäßig großen Anzahl von extrem dünnen Fasern ermöglicht, die dann zu einem einzigen Strang zusammengefaßt werden. Außerdem wird die Neigung zum Reißen herabgesetzt und so ein fortlaufendes Ausziehen gefördert.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hefstellen von Glasfäden, bei dem das geschmolzene Glas zu einem Düsenkanal fließt, der angrenzend an eine durch das Glas benetzbare kreisringförmige Stirnfläche angeordnet ist und an der ein Tropfen gebildet wird, der beim Herabfallen einea Glasfaden aus dem Düsenkanal auszieht. Die Erfindung besteht darin, daß das von einer Konditionierkammer zu einer Düsenplatte fließende Glas nur im oberen Bereich der Konditionierkammer erwärmt wird, worauf die Temperatur des Glases während der Abwärtsbewegung gesenkt wird, um eine laminare Strömung in der Konditionierkammer ohne Durchmischung benachbarter vertikal strömender Glasschichten zu erzeugen, und daß der von dem abfallenden, eine Tropfzeit von etwa einer Minute aufweisenden Tropfen gebildete Glasfaden bis zu einem. Durchmesser von weniger als 0,0045 mm ausgezogen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung der obenerwähnten Verfahren mit einer Düsenplatte aus temperaturbeständigem Material, an der eine Vielzahl von Spinndüsen angeordnet ist, von denen jede einen Düsenkanal mit Kreisquerschnitt und eine ringförmige Stirnfläche aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Durchmesser D₄ der Stirnfläche (112) der Spinndüsen höchstens um 0,5 mm größer als der Durchmesser D._i des Düsenkanals (116) ist. ··'."■·

Im folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und Ausführungsbeispiele der entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung an Hand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine zum Teil schematische Seitenansicht einsr erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung de« erfindungsgemäßen Verfahrens für die Behandlung von Glas für die Herstellung von fortlaufenden Glasfaden,

F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch eine Einrichtung zum Erhitzen und Konditionieren von Glas,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 der Fig. 2, .

F i g. 4 eine Unteransicht eines Teilstückes eines mit Düsen bestückten Teiles einer Kohditionierkammer und

F i g. 5 einen Schnitt durch ein Teilstück der Konditionierkammer, in dem die Größenverhältnisse und die Orientierung der Auslaßdüsen in vergrößertem Maßstab dargestellt sind. ^s

Wie F i g. 1 entnommen werden kann, besteht die Vorrichtung zur Herstellung sehr dünner Glasfaden aus einer Konditionierkammer 10 zur Wärme-Konditionierung des Glases, das in Form dünner Ströme durch mit Düsenbohrungen versehene Ansätze^J am Boden der Konditionierkammer hindurchfließt und dessen Ströme in dünne, fortlaufende Fasern 12 ausgezogen werden.

Wie der F i g. 1 zu entnehmen ist, werden diese fortlaufenden Fäden 12 mechanisch ausgezogen und, wie gezeigt, zu einem vielfaserigen Strang 14 zusammengefaßt, beispielsweise mittels eines Gleitschuhs 16. Dann wird der Strang 14 auf eine Sammelvorrichtung, nämlich eine Zylindermuffe 18, aufgespult, die auf einer durch entsprechende und nicht näher dargestellte Antriebsmittel angetriebenen Spindel 20 befestigt ist.

Mit der Einrichtung nach F i g. 1 können Glasstücke, beispielsweise vorgeformte Glaskugeln 29, geschmolzen bzw. unter dem Einfluß hoher Temperaturen konditioniert werden, die der Schmelzvorrichtung der Konditionierkammer 10 durch Schächte 30 von einer mit einem Glaskugelvorrat in Verbindung stehenden Dosiervorrichtung zugeführt werden.

Die Höhe des geschmolzenen Glases in der Konditionierkammer 10 wird von einem Regelkreis im wesentlichen auf konstanter Höhe gehalten.

Zu diesem Zweck ist eine Sonde 53 vorgesehen, die den Glasspiegel abtastet und Signale an einen Motor 44 liefert, der seinerseits die in Form einer Trommel 41 ausgebildete Dosiervorrichtung mit entsprechend geänderter Drehzahl antreibt. Auf diese Weise wird durch die in der Trommel vorgesehenen Ausnehmungen 46 der Zufluß an Glaskugeln kontinuierlich geregelt und in Übereinstimmung mit dem Flüssigkeitsspiegel des geschmolzenen Glases gehalten.

In den F i g. 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer Konditionierkammer zum Schmelzen und Konditionieren von Glas bei hohen Temperaturen dargestellt, mittels welcher extrem dünne fortlaufende Fasern hergestellt werden können. Die Konditionierkammer 10 besteht im oberen Teil aus einer im wesentlichen rechteckigen und von Seitenwänden 62 einer Decke 50 sowie von je einer Vorder- und Hinterwand 64 umschlossenen Schmelzkammer 60, wobei die Seitenwände 62 sowie die Vorder- und Hinterwand 64 über geneigte Verbindungsteile 66 und 68 mit der horizontalen Decke 50 verbunden sind (s. Fig. 3). Die Decke ist mit Anschlußstutzen 51 versehen, die sich an die Schächte 30 anschließen. In einem unteren Teil 70 weist die "Konditionierkammer 10 Seitenwände 72 auf, die über geneigte Verbindungsplatten 74 mit den Seitenwänden der Schmelzkammer 60 verbunden sind. Die Vorder- Und Hinter-. wand 64 bilden gleichzeitig die Begrenzungswände für den unteren Teil der Konditionierkammer. Ein

ίο stromleitendes Heizsieb 76, das vorzugsweise aus einer Platin-Rhodium-Legierung besteht und im Querschnitt umgekehrt V-förmig ist, ist in Längsrichtung zwischen Schmelzkammer 60 und dem unteren Teil 70 der Konditionierkammer angeordnet, wie dies die Fig. 3 zeigt, und weist eine entsprechende Lochgröße auf, um ungeschmolzene Glasstücke am Eindringen in die Zufuhrzone 70 zu hindern. Die höchste Temperatur in der Schmelze herrscht im Heizsieb 76 und in seiner Umgebung. Das Glas schmilzt also in

»6 der Schmelzzone 60, und die Temperatur nimmt in der Schmelze nach unten bis zum Heizsieb 76 stetig zu. Von dort aus nimmt die Temperatur iri der Glasschmelze nach unten dann allmählich derart ab, daß sich das geschmolzene Glas in laminaren Schichten

»5 bewegt und in einen gereinigten und homogenen Zustand übergeht, in dem es zum Ausziehen in Fasern geeignet ist.

Weiterhin ist ein über Endstücke 80 an das Heizsieb angeschlossener Niederspannungs- bzw. Stark-Stromkreis vorgesehen, der durch eine übliche Regelvorrichtung 58 so geregelt wird, daß das Glas schmilzt und daß in der Konditionierkammer 10 bzw. in ihrem unteren Teil 70 eine gewünschte Temperatur im Schmelzfluß aufrechterhalten wird. An verschiedenen Stellen der Schmelz- und Zufuhrvorrichtung sind nicht - dargestellte Thermoelemente vorgesehen, um einer Bedienungsperson die Temperatur des geschmolzenen Glases in den verschiedenen Kammern anzuzeigen. Die Stromstärke des die Schmelz- und Zufuhrvorrichtung 10 durchfließenden elektrischen Stromes bestimmt die Geschwindigkeit, mit der das Glas in der- Schmelzkammer schmilzt, sowie die Temperatur des geschmolzenen Glases in der Konditionierkammer, wobei die Regelvorrichtung 58 mit temperaturempfindlichen und in der Konditionierkammer 10 angeordneten, nicht dar-

^; gestellten Fühlorganen gekoppelt ist. Es ist erwähnenswert, daß die Schmelzkammer 60 eine beträchtliche Tiefe aufweist und daß der untere Teil 70 schmaler als die Schmelzkammer, jedoch ebenfalls ziemlich tief ist, um eine verhältnismäßig große Glasmenge unterbringen zu können. Da eine verhältnismäßig große Glasmenge in der Konditionierkammer 10 untergebracht werden kann, bleibt das Glas während einer genügend langen Aufenthaltszeit in ihr, so daß die Wärme-Konditionierung des geschmolzenen Glases in laminaren Schichten erfolgt, weshalb das geschmolzene Glas im Bereich der Auslaßdüsen eine gleichförmige Temperatur aufweist und im we-

So sentlichen überall homogen ist, so daß durch jede der Auslaßdüsen derselbe Durchsatz geschmolzenen Glases erzielt wird. Schmelzkammer 60 und unterer Teil 70 sollten solche Abmessungen und Strömungscharakteristiken aufweisen, daß bei einer wirtschaft- liehen Produktion dünner Fasern eine Aufenthaltszeit von mindestens IVs Stunden sichergestellt ist. Die , Konditionierkammer 10 umgebendes feuerfestes Material 35 sollte verhältnismäßig dick sein, um die

Temperaturen zur Förderung laminarer Strömungsverhältnisse zu stabilisieren. Außerdem soll der untere Teil 70 der Konditionierkammer verhältnismäßig eng sein, .um in seinem mittleren Bereich die Temperaturregelung sicherzustellen, da sonst die laminare Strömung nachteilig beeinflußt wird.

Der die Konditionierkammer umfassende Behälter kann aus Metallen oder Verbindungen gefertigt sein, die widerstandsfähig gegenüber den hohen Temperaturen geschmolzenen Glases oder anderer mineralischer Werkstoffe sind, und es hat sich gezeigt, daß Legierungen von Platin und Rhodium für diesen Zweck im wesentlichen geeignet sind.

Im unteren Teil 70 umfaßt die Konditionierkammer 10 ein mit Düsen bestücktes Teilstück, welches abwärts gerichtete hohle Ansätze mit Düsenbohrungen aufweist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das mit Düsen bestückte Teilstück eine im wesentlichen rechteckige Form und" weist eine horizontale, ebene Bodenplatte 92 auf, mit der aufwärts und schräg nach außen verlaufende Wandteilstücke 94 verbunden sind, die in Flansche 96 auslaufen, die mit sich nach außen erstreckenden Flanschen 98 der Seitenwände 72 der Zufuhrkammer 70 verschweißt sind.

Das mit Düsen bestückte Teilstück 90 wird vorzugsweise aus einer Platin-Rhodium-Legierung gefertigt, jedoch kann sie auch aus anderen hochtemperaturbeständigen Metallen oder Legierungen sein. Es weist eine Vielzahl abwärts gerichteter Ansätze 100, die im folgenden als Düsen angesprochen werden, auf, und jede Düse hat eine Düsenbohrung, die von einem aus der Zufuhrkammer ausströmenden Strom geschmolzenen Glases durchflossen wird.

Da jeder Strom geschmolzenen Glases zu einem fortlaufenden Faden ausgezogen wird, bestimmt die Anzahl der Düsenbohrungen bzw. der aus der Konditionierkammer ausfließenden Glasströme die Anzahl der sich ergebenden dünnen Fäden.

Die Düsen 100 sind in der in Fig. 4 gezeigten Weise in Längs- und Querreihen angeordnet, wobei die Abstände der Reihen sowie die Ausbildung und die Abmessungen der Düsen sowie deren Düsenbohrungen wesentliche Faktoren für die wirtschaftliche Herstellung extrem dünner fortlaufender Fasern sind. Die Gestaltung und Konstruktion der Düsen sowie die Faktoren, die die Herstellung fortlaufender Fäden beeinflussen, werden nachfolgend beschrieben. Um den Durchfluß von Strömen geschmolzenen Glases gleichmäßiger Größe und Eigenschaften durch die Düsen zu fördern, wird das geschmolzene Glas in dem unteren Teil der Konditionierkammer auf einer Temperatur gehalten, die über derjenigen liegt, die für das Ausziehen erforderlich ist, so daß durch die Düsenbohrungen ein etwas dünnflüssigeres Glas hindurchfließt.

Da ein außerordentlich dünnflüssiges Glas für ein zufriedenstellendes Ausziehen eine zu niedrige Viskosität aufweist, ist den Ausflußöffnungen der Düsen 100 benachbart eine Vorrichtung vorgesehen, um die Viskosität des Glases zur Erleichterung des Ausziehens richtig einzustellen und zu stabilisieren.

Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist, ist längs des mit Düsen bestückten Teilstückes eine Rohrverzweigung 104 mit Einlaß- und Auslaß-Rohrstutzen 105 bzw. 106 zum Anschluß an ein Wärme absorbierendes oder Wärme transportierendes Medium, wie beispielsweise Wasser, vorgesehen, das durch die Rohrverzweigung hindurchfließt. An die Rohrverzweigung ist in gutem Wärmekontakt eine Vielzahl wärmeleitender Kühlrippen 108 angeschweißt oder in anderer Weise angekoppelt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie insbesondere der F i g. 5 entnommen werden kann, • zwischen jeder Querreihe von Düsen 100 jeweils eine Kühlrippe 108 angeordnet, um den Glasströmen Wärme zu entziehen, damit die Viskosität des Glases ίο dieser Ströme so ansteigt, daß eine für ein zufriedenstellendes Ausziehen erforderliche Temperatur und Kondition des Glasstromes erzielt wird. Während sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen jeweils zwei Querreihen von Düsen 100 eine Kühl-, rippe 108 erstreckt, kann natürlich, sofern dies gewünscht wird, jeweils auch zwischen einer wechselnden Zahl von Reihen jeweils eine Kühlrippe vorgesehen werden, jedoch werden dann die Düsen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Kühlrippen näher beieinander angeordnet.

In F i g. 5 ist in stark vergrößertem Maßstab eine . Ausführungsform einer Düse 100 dargestellt, die typisch für diejenigen Düsen ist, die beim Ausziehen von Strömen flüssigen Glases zu extrem dünnen Fäden angewandt werden können. Die bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten - Fasern haben einen Durchmesser von weniger als 0,0045 mm. So wurden z. B. Bündel fortlaufender Fäden hergestellt, die im Mittel einen Durchmesser von 0,0035 mm aufwiesen, und versuchsweise wurden schon Fäden mit einem Durchmesser von weniger als 0,002 mm erfolgreich durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt.

Es sind verschiedene Faktoren von wesentlichem Einfluß auf das Verfahren zur Herstellung extrem dünner fortlaufender Fäden mit einem Durchmesser innerhalb des vorstehend erwähnten Bereiches, die sich auf eine wirtschaftliche und gewerbliche Herstellung dünner Fäden auswirken. Von wesentlichem Einfluß ist der Faktor der Anlaufzeit nach einer Unterbrechung der Herstellung fortlaufender Fäden. Von größtem Einfluß auf diese Anlaufzeit ist das Gewicht der Tropfen flüssigen Glases, die sich nach einem Abbrechen der Fäden bilden, und die Zeit, die verstreicht, bis sich ein so großer Tropfen bildet, daß dieser abtropft, d. h., bis das Gewicht des Tropfens groß genug ist, um den Tropfen abfallen zu lassen.

Es wurde festgestellt, daß diese sogenannte Tropfzeit auf ein Minimum herabgesetzt werden muß, da diese nutzlose Zeit die Anlaufzeit bestimmt, die benötigt wird, um das Ausziehen zu Fäden wieder aufnehmen zu können. Um daher das Verfahren in gewerblichem Umfang wirtschaftlich zu machen, muß die Anlaufzeit so klein wie möglich gehalten werden, da diese nicht nutzbare Zeit, sofern sie übertrieben groß ist, das Verfahren zu kostspielig macht, um es in gewerblichem Umfang anwenden zu können.

Es wurde festgestellt, daß das Gewicht des sich an der Düse bildenden Tropfens und die für seine Ausbildung notwendige Zeit, die die Tropfzeit bestimmt, weitgehend von den Abmessungen der Düse, ihrer Konstruktion sowie derjenigen Oberfläche abhängt, aus der der Strom flüssigen Glases herausfließt. In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer für ein Verfahren zur Herstellung extrem dünner fortlaufender Fäden der vorstehend angegebenen Dicke typischen Düse dargestellt.

Ein charakteristisches Merkmal einer solchen Düse, welches die Tropfengröße und die Tropfzeit beeinflußt, ist die Stirnfläche der Düse, das ist die den Ausgang der Düsenbohrung umgebende Ringfläche. Deren Breite ist in F i g. 5 mit D₆ und die Ringfläche selbst mit 12 bezeichnet. Es wurde festgestellt, daß man die Breite D₆ dieser Ringfläche so klein wie möglich halten sollte, vorzugsweise höchstens 0,127 mm, um die Tropfzeit und damit die Anlaufzeit möglichst kurz zu machen. Obwohl man auch bei Ringflächen größerer Breite, z. B. in der Größenordnung von 0,254 mm, noch dünne Fasern herstellen kann, so wird infolge der größeren Breite der Ringfläche die Tropfzeit vergrößert, was eine längere Anlaufzeit nach einer Unterbrechung der Fadenherstellung infolge Abbrechens von Fäden zur Folge hat.

Wird die Ringfläche der Stirnfläche der Düse verringert, so werden das zum Abtropfen erforderliche Tropfengewicht und damit die Tropfzeit herabgesetzt, welche, direkt die Anlaufzeiten beeinflussen.

Der mit S bezeichnete Abstand zwischen zwei benachbarten Düsen ist in zweierlei Hinsicht wesentlich; erstens sollte dieser Abstand auf ein Minimum herabgesetzt werden, um so möglichst leicht eine große Anzahl von Düsen an einem mit Düsen bestückten Teilstück vorsehen und damit eine große Anzahl dünner Fasern herstellen zu können^ und zweitens muß der Abstand zwischen benachbarten Düsen groß genug sein, damit sich benachbarte, an den Düsen sich bildende Tropfen nicht berühren können, um so die Neigung zum Zusammenfließen herabzusetzen, d. h. also die Neigung des geschmolzenen Glases, über Außenflächen der Düsen hinwegzukriechen, möglichst zu vermindern.

Weitere, das Gewicht der Tropfen und die Tropfzeit beeinflussende Größen sind die Abmessungen der Düsen, deren Länge, die Durchflußgeschwindigkeit sowie die Temperatur und schließlich die Viskosität des Glases in der Zufuhrkammer sowie die Viskosität in der Düse und am Ort der Bildung des Tropfens, der infolge der Grenzflächenspannung an der Ringfläche der Düse haftet. Es wurde festgestellt, daß das Gewicht des Tropfens um so kleiner gehalten werden kann, je höher die Temperatur und infolgedessen je geringer die Viskosität des Glases ist.

Es ist wünschenswert, daß die. Temperatur des Glases in einem eingeengten Düsenkanal 114 der Düsen 100 verhältnismäßig hoch ist, so daß das Glas eine niedrige Viskosität aufweist, wodurch das Ausfließen gleichförmiger Glasströme aus den Düsen 100 erleichtert wird.

Der Durchmesser und die Länge des eingeengten Düsenkanals 114 beeinflussen den Durchsatz flüssigen Glases durch die Düsen 100. Dieser eingeengte Düsenkanal 114 ist ein wesentlicher Faktor für die Bemessung des Durchsatzes von flüssigem Glas, und da die Wand.- dieses eingeengten Düsenkanals der Glasströmung einen Strömungswiderstand entgegensetzt, bewirkt eine Verlängerung dieses eingeengten Düsenkanals eine Verminderung des Durchsatzes.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Düse weist eine Senkbohrung 116 mit einem größeren Durchmesser als der eingeengte Diisenkanal 114 auf. Der Unterschied zwischen den Durchmessern der Senkbohrung 116 und dem eingeengten Düsenkanal 114 bestimmt die Fläche der erwähnten Ringfläche.

Der Zeitflächenverlauf der Tropfenbildung und die Tropfzeit sind Funktionen des Durchsatzes, und die Auszugsgeschwindigkeit bei der Bildung fortlaufender Fasern mit einem Durchmesser in dem angegebenen Bereich liegt bei oder über 2438,32 m/min. Neben dem Durchsatz sind aber auch die Ringfläche 112 an der Stirnseite der Düsen und die Viskosität des Glases beim Ausziehen zu Fäden einflußreiche Faktoren, die die erforderliche Zugspannung in den

ίο Fasern beim schnellen Ausziehen der Glasströrrie mitbestimmen.

Da die Abmessungen der Düsen 100 abgewandelt werden können, werden im folgenden lediglich ungefähre Bereiche für die verschiedenen Abmessungen der Düsen angegeben, die sich bei der Herstellung dünner Fäden mit einem Durchmesser der vorstehend erwähnten Größenordnung als zufriedenstellend ergeben haben. Der in Fig. 5 mit D₁ bezeichnete Durchmesser der eingeengten Düsenkanäle 114

ao (Kanalverengung) kann bis zu etwa 1,156mm betragen, es ist jedoch zweckmäßig, wenn er, gleichgültig ob eine Senkbohrung 116 vorgesehen wird oder nicht, unter dem angegebenen Grenzwert liegt.
Die Senkbohrung 116, die dem Durchmesser D₂ des Düsenkanals entspricht, wird üblicherweise vorgesehen, um die Wandstärke der Düse im Bereich ihrer Ausflußöffnung und damit die Ringfläche 112 zu vermindern. Daher kann der Durchmesser der Senkbohrung 116 (D₂) zwischen dem Durchmesser D₁ und einem Wert von ungefähr 1,5 mm liegen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man bei einer dem vorstehenden entsprechenden Bemessung der Kanalverengung 114 den Durchmesser D₁ der Ringfläche 112 der Düse so dimensioniert, daß die Ringfläche 112 eine gewünschte und vorzugsweise eine kleine Fläche aufweist. Der Durchmesser D, hängt vom Durchmesser und der Tiefe der einen Durchmesser D₂ ■ aufweisenden Senkbohrung 116 ab. Wenn keine Senkbohrung vorgesehen und der eingeengte Düsenkanal mit gleichbleibendem Durchmesser bis zu der Ringfläche 112 der Düse durchgeführt wird,¹ kann der Durchmesser D₄ so weit verringert werden, daß die sich an die Ringfläche anschließende Wandung eine im Gebrauch gerade noch ausreichende Wandstärke aufweist. Der Durchmesser D₄ der Ringfläche 112 ist vorzugsweise nicht mehr als 0,5 mm größer als der Durchmesser des eingeengten Düsenkanals 114 an dessen Auslaß, so daß die Ringfläche 112 0,25 mm breit ist (D₀). Von besonderem Vorteil

ist es jedoch, wie bereits erwähnt, wenn die Breite D₀ der Ringfläche 112 nur 0,13 mm beträgt. Die Platte , des mit Düsen bestückten Teilstückes 90 weist eine Stärke LT von ungefähr 1,5 mm auf.

Die gesamte Stärke LT, gemessen von einer ebenen Innenfläche 120 des mit Düsen bestückten Teilstückes aus, ist deshalb wesentlich, weil sich dieses Maß auf die Neigung des geschmolzenen Glases auswirkt, über die untere Oberfläche der Düsen hinwegzufließen. Bei einer wie im vorstehenden geschilderten Bemessung des eingeengten Düsenkanals 114, der Senkbohrung 116 und des Durchmessers D₄ der Ringflächc 112 wurde festgestellt, daß die Ansätze, gemessen, von der unteren Fläche des mit Düsen bestückten Tcilstückes 90 aus, etwa 4,6 mm lang sein können, um ein zufriedenstellendes Arbeiten sicherzustellen, doch kann diese Länge beispielsweise bis nahe zu dem kleinsten Wert herabgesetzt werden, bei dem ein starkes Fließen des flüssigen Glases einsetzt. Ferner wurde fest-

gestellt, daß mit einer Verkürzung der Gesamtlänge LT einer Düse eine Verminderung des Durchmessers des eingeengten Düsenkanals 114 Hand in Hand gehen sollte, um den Strömungswiderstand für das geschmolzene Glas konstant zu halten.

Ein weiterer Faktor, der einen besonderen Einfluß auf die Viskosität des Glases in dem eingeengten Düsenkanal 114 hat, ist der öffnungswinkel kegelstumpfförmiger Wandteilstücke 124 der Düsen 100. Die Düsen haben im allgemeinen die in der F i g. 5 dargestellte Form, und es ist bemerkenswert, daß das den eingeengten Düsenkanal 114 umgebende Teilstück der Düse 100. eine beträchtliche Wandstärke aufweist und aus Metall besteht. Dank dieser Wandstärke dieses Teilstückes der Düse weist das flüssige Glas im eingeengten Düsenkanal Ί14 seine höchste Temperatur und deshalb seine geringste Viskosität auf, so daß es gut durch den eingeengten Düsenkanal 114 hindurchzufließen vermag.

Von dem erwähnten Teilstück aus abwärts erniedrigt sich die Temperatur des Glases schnell durch Strahlung und Konvektion, so daß das Glas im Bereich der Ringfläche 112 höher viskos als im eingeengten Düsenkanal 114 ist.

Wenn nun eine Glasfaser beim Ausziehen abbricht, so bildet das kontinuierlich durch den eingeengten Düsenkanal 114 strömende Glas nach und nach einen Glastropfen 130, der sich unter dem Einfluß der Schwerkraft und infolge der Oberflächenspannung und der Neigung des Glases, an anderen Körpern zu kleben, vergrößert. Wenn das Gewicht des Tropfens zunimmt, bewegt sich dieser nach unten und nimmt die bei 130' gestrichelt angedeutete Form an, wobei sich der an der Ringfläche 112 haftende Bereich des Tropfens einzuschnüren beginnt, wie dies bei 132 gestrichelt gezeigt ist.

Wenn das Gewicht des Tropfens diejenige Kraft übertrifft, die ihn nach unten hängend an der Ringfläche 112 hält, so tropft er ab und zieht beim Abwärtsfallen unter dem Einfluß der Schwerkraft das an der Ringfläche 112 anhaftende Glas zu einem fortlaufenden Faden aus. Dieser frei herabhängende Faden gestattet es einer Bedienungsperson, die Fadenfertigung wieder aufzunehmen, indem sie den von dem fallenden Tropfen ausgezogenen Faden mit den anderen Fäden zusammenfaßt und die Fadenfertigung durch Aufspulen der Fäden auf die umlaufende Zylindermuffe 18 wieder in Gang bringt und das mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Ausziehen der Ströme flüssigen Glases in dünne Fäden fortsetzt.

Aus dem Vorangegangenen wird ersichtlich, daß die zur Bildung eines Tropfens erforderliche Zeitspanne, die zwischen den ersten Anfängen der Tropfenbildung nach dem Abbrechen eines Fadens bis zum unter dem Einfluß der Schwerkraft erfolgenden Abtropfen und Ausziehen eines Fadens verstreicht, die Anlaufzeit bestimmt, weiche nutzlos verlorengeht, bis das Ausziehen zu Fäden durch eine Bedienungsperson wieder aufgenommen werden kann. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist deshalb im Zusammenwirken der vorstehend erwähnten Faktoren zu sehen, daß aber die Tropfzeit soweit als möglich abgekürzt wird, da die letztere die Anlaufzeit bis zur Wiederaufnahme der Fertigung bestimmt und eine Verminderung dieser Zeitspanne eine wirtschaftliche Anwendung des Verfahrens in gewerblichem Umfang ermöglicht. Wesentlich für die Verminderung der für die Bildung eines Tropfens erforderliche Zeit sowie die Tropfzeit ist die Ringfläche 112. Ihr Flächeninhalt sollte so weit vermindert werden, wie es in der Praxis bei einem befriedigenden Ausziehvorgang überhaupt möglich ist. Ein weiterer Grund dafür, den Durch-

. 5 messer D₄ der Ringfläche 112 so klein als möglich zu halten, ist der, daß dann die Anzahl der Düsen eines mit Düsen bestückten Teilstückes 90 gegebener Größe vermehrt werden kann, um so einen Strang oder ein Garn mit einer Vielzahl extrem dünner Fäden herzustellen.

Bis jetzt wurden fortlaufende Fäden mit Durchmessern von 0,005 mm und mehr gewerblich hergestellt. Werden die bekannten Verfahren, die bis jetzt dazu herangezogen wurden, Stränge von 0,005 mm starken oder dickeren Fäden herzustellen, dazu benutzt, extrem dünne Fäden mit einem Durchmesser von etwa 0,0035 mm zu fertigen, so beträgt die Tropfzeit wenigstens 6 Minuten oder mehr, so daß nach dem Abbrechen eines Fadens mindestens 20 oder mehr Minuten verstreichen, bis das Ausziehen der Fäden wieder aufgenommen werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wurde die Tropfzeit auf etwa 1 Minute und die Anlaufzeit deshalb auf etwa 2 Minuten herabgesetzt. Diese beträchtliehe Verkürzung der Anlaufzeit ermöglicht eine wirtschaftliche Produktion extrem dünner Fäden mit einem unter 0,0045 mm liegenden Durchmesser.

An Stelle des dargestellten rechteckigen mit Düsen bestückten Teilstückes kann auch ein solches anderer Form oder eine Gruppe solcher nahe beieinander angeordneter mit Düsen bestückter Teilstücke vorgesehen sein, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Die Gleichförmigkeit des zur Herstellung der dünnen Fäden verwendeten Glases trägt wesentlich zum Gelingen des Verfahrens bei. Die Homogenität des Schmelzflusses und besonders die laminaren Strömungsverhältnisse hängen weitgehend von der Aufenthaltszeit des Glases in der Konditionierkammer ab. Es ist daher wesentlich, daß eine erhebliche Menge geschmolzenen Glases bereitgehalten wird, und zwar etwa bis zu der in den F i g. 2 und 3 dargestellten Höhe. Da Gläser besonderer Zusammensetzung bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens von gewissem Einfluß auf die TropfenbU-dungs- und Tropfzeit sein können, wurde ermittelt, daß zur Glasfadenherstellung geeignete übliche Zu^s sammensetzungen verwendet werden können, obwohl gewisse Zusätze oder Bestandteile der Glaszusammensetzung abgewandelt werden können, um die Viskosität des Glases in geringem Maße zu verändern, jedoch bildet die Verwendung einer speziellen Glaszusammensetzung keine Voraussetzung für das erfolgreiche Ausziehen feiner Fasern.

Eine Senkbohrung mit einem Durchmesser D₂ zieht man deshalb vor, um die Wandstärke der Düse im Bereich ihres Auslasses und damit die Fläche der Ringfläche 112 zu vermindern, damit man bei der Ausbildung des eingeengten Düsenkanals leichter mit einer bestimmten Metallmenge auskommt und so die Wärmeverluste im Bereich des eingeengten Düsenkanals möglichst klein hält. Es ist daher wünschenswert, im Falle der Anwendung einer Senkbohrung diese kurz zu halten, so daß die Wärmeleitverhältnisse in der Düse nicht negativ beeinflußt werden und somit ein gleichmäßiger Durchsatz geschmolzenen Glases aufrechterhalten werden kann.
Bezüglich der die Anlaufzeit beeinflussenden

Tropfzeit ist auszuführen, daß die Tropfzeit eines einzigen Glasstromes so kurz wie möglich sein sollte. Bei Verwendung mehrerer hundert Düsen bestimmt die Tropfzeit eines einzigen Glasstromes nicht allein die Anlaufzeit für die Aufnahme der Fertigung von mehreren hundert Fäden.

Versuche haben ergeben, daß die Anlaufzeit, das ist die Zeit, die eine Bedienungsperson benötigt, um sämtliche Fäden zu einem Strang zusammenzufassen und mit dem Aufspulen des Stranges auf eine Zylindermuffe zu beginnen, bei einer Einrichtung mit beispielsweise 408 Düsen und einer Tropfzeit für eine einzelne Düse von 6 Minuten ungefähr 20 oder mehr Minuten beträgt. Die Anlaufzeit ist also langer als die Tropfzeit, da wegen des Abbrechens einer oder mehrerer feiner Fäden beim Zusammenfassen der Fäden zu einem Strang und beim Beginn des Aufspulens auf eine Zylindermuffe mehrere Anläufe erforderlich sein können.

Durch die Erfindung wurde die Tropfzeit auf etwa ao 1 Minute herabgesetzt, und die Anlaufzeit bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit 408 Düsen beträgt etwa 2 Minuten. Wird eine Einrichtung mit einer größeren Anzahl von Düsen verwendet, so erhöht sich die durchschnittliche Anlaufzeit infolge der »5 größeren Wahrscheinlichkeit, daß Schwierigkeiten beim Zusammenfassen der größeren Anzahl von Fäden zu einem Strang und bei dessen Aufspulen auftreten. Die Anlaufzeit ist also eine Funktion der Zahl der Glasströme und somit der Zahl der Fäden, die ein Strang enthält.

Bei Anwendung · des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem die Tropfzeit auf etwa 1 Minute herabgesetzt wurde, reduziert sich die Anlaufzeit für eine Fadengruppe einer Einrichtung mit 408 Düsen auf etwa 2 Minuten infolge der verminderten Neigung der Fäden zum Abbrechen, welch letzteres die Folge zahlreicher Maßnahmen, wie das Herstellen einer in hohem Maße homogenen Glasschmelze, die Be-. messung der Wärmeleitungsverhältnisse sowie der Abmessungen der Düsen und der Verminderung der Fläche der Ringfläche 112 der Düsen ist.

Werden feine Fäden mit einer Einrichtung gefertigt, bei der die Wandstärke der Düsen in der Umgebung der Ringfläche größer als 0,127 mm ist, so verursacht die größere Fläche der Ringfläche eine Verlängerung der Tropfzeit sowie einen entsprechend größeren Anstieg der Anlaufzeit. Die Häufigkeit der Fadenbrüche und damit die Anzahl der Anläufe bei der Fadenfertigung wirken sich direkt auf die Kosten bei der Herstellung feiner Fäden aus und können so das Verfahren bei gewerblicher Verwendung wirtschaftlich oder unwirtschaftlich machen. Es ist deshalb ein wesentliches Merkmal der Erfindung, die verschiedenen Faktoren, wie die Geometrie der Düsen und des mit Düsen bestückten Teilstückes, so zusammenwirken zu lassen, daß sich eine minimale Tropfzeit und damit eine Verminderung der Anlaufzeit ergibt und somit das Verfahren gewerblich durchführbar wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Glasfaden, bei dem geschmolzenes Glas zu einem Düsenkanal fließt, der angrenzend an eine durch das Glas benetzbare kreisringförmige Stirnfläche angeordnet ist und an der ein Tropfen gebildet wird, der beim Herabfallen einen Glasfaden aus dem Düsenkanal auszieht, dadurch gekennzeichnet, daß das von einer Konditionierkammer zu einer Düsenplatte fließende Glas nur im oberen Bereich der Konditionierkammer erwärmt wird, worauf die Temperatur des Glases während der Abwärtsbewegung gesenkt wird, um eine laminare Strömung in der Konditionierkammer ohne Durchmischung benachbarter vertikal strömender Glasschichten zu erzeugen, und daß der von dem abfallenden, eine Tropfzeit von etwa 1 Minute aufweisenden Tropfen gebildete Glasfaden bis zu einem Durchmesser von weniger als 0,0045 mm ausgezogen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Düsenplatte aus temperaturbeständigem Material, an der eine Vielzahl von Spinndüsen angeordnet ist, von denen jede einen Düsenkanal mit Kreisquerschnitt und eine ringförmige Stirnfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D₄ der Stirnfläche (112) der Spinndüsen höchstens um 0,5 mm größer als der Durchmesser D₂ des Düsenkanals (116) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Stirnfläche (112) kleiner als 1,8 mm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D₂ des Düsenkanals (116) kleiner als 1,5 mm ist und daß ihm eine an sich bekannte Kanalverengung (114) vorgeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke an der ringförmigen Stirnfläche (112) kleiner als 0,13 mm ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Spinndüsen (100) etwas größer als der größte Durchmesser der sich an ihnen bildenden Glastropfen (130) ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (90) mehr als 400 Spinndüsen (100) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen