DE2205507A1

DE2205507A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von fasern

Info

Publication number: DE2205507A1
Application number: DE19722205507
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Sporleder; A Prof Dr Ing Walz
Original assignee: Feldmuehle Anlagen und Produktion GmbH
Current assignee: Feldmuehle Anlagen und Produktion GmbH
Priority date: 1972-02-05
Filing date: 1972-02-05
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2205507C3; DE2205507B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Fasern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern, insbesondere von Fasern aus anorganischen Stoffen mit hohem Gehalt an hochschmelzenden Oxiden, wie Aluminiumoxid, wobei das Ausgangsmaterial in einem Tiegel aufgeschmolzen und die Schmelze aus mindestens einer Öffnung im Boden des Tiegels austritt und beim Durchtreten durch eine Düse mittels eines gasförmigen Medi-mns zerfasert wird und erstarrt. Aus der deutschen Patentschrift 1 190 135 ist ein Verfahren zum Herstellen von Fasern aus schmelzbaren Stoffen nach dem Düsenblasverfahren bekannt, bei dem Blasmittelströme in den Zerfaserungsbereich der Schmelz strahlen eingeleitet werden, wobei die Schmelz strahlen zerfasert werden. Zur Zerfaserung dient dabei eine Düse, bei der sich infolge des Koandaeffektes das Blasmittel, also der Dampf, an die gekrümmte untere Fläche der Blasschlitze anlegt.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist, d insbesondere bei den hohen Temperaturen als Schmelzrohr bzw. SchmelztIegelmaterial wegen der mit der hohen Temperatur verbundenen Oxidationsgefahr lediglich Iridium eingesetzt werden kann.
Iridium weist aber erhebliche Nachteile auf, insofern, als es sehr kostspielig ist, verglichen mit anderen Materialien eine geringere Festigkeit aufweist und bei hohen Temperaturen erheblich verdampft, so daß oberhalb 18ovo0 praktisch kein einsatz mehr möglich ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt in ihrem erheblichen Gasbedarf. Des weiteren kommt störend hinzu, daß trotz der vorteilhaften Ausgestaltungsform der Düse, also trotz des Einsatzes des Koandaeffektes, insbesondere bei Stoffen mit hohen Temperaturen, immer noch ein Zusetzen der Düse auftritt, wodurch die Düse unbrauchbar wird und damit für die Faserherstellung ausfällt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch in Verfahren zum Herstellen von Fasern, insbesonderc Jn Fasern aus anorganischen Stoffen mit hohem Gehalt an hochschelzenden Oxiden, wie Aluminiumoxid, wobei das Ausgangsmaterial in einem Tiegel aufgeschmolzen und die Schmelze aus mindestens einer Öffnung im Boden des Tiegels austritt und beim Durchtreten durch eine Düse mittels eines gasförmigen Mediums zerfasert wird und erstarrt, mit dem kennzeichnenden Merkmal, daß die Zerfaserung der Schmelze unter Schutzgas in einem in zwei Räume unterteilten geschlossenen System durch Anwendung einer Druckdifferenz von solcher Größe erfolgt, daß dabei im Zerfaserungsbereich eine Gasgeschwindigkeit von etwa dem o,6 -bis 2,1 -fachen der lokalen Schallgeschwindigkeit entsprechend einer MACH-Zahl M = o,6 bis 2,1 auftritt. Für Luft muß zur 2rzielung von Uberschall-Geschwindigkeit das Verhältnis des Druckes p2 am Düsenaustritt zum Druck p1 am Düseneintritt kleiner als etwa o,5, also P2 : P1< o,5 sowie der Querschnittverlauf entsprechend bemessen sein. Für Schutzgas oder Formiergas statt Luft ändern sich die genannten Zahlenwerte nur und wesentlich.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines geschlossenen systems ist es möglich, den Zerfaserungsvorgang unter Schutzgaseinwirkung vorzunehmen, ohne daß zusätzliche tangentielle Zerfaserungsgasströme zugeführt werden müssen und dazu unkontrollic"- lohe Gasmengen als Schutzgas und für die Zerfaserung bc: werden.
Durch den Einsatz von Schutzgas reduzieren sich gleichzeitig die Kosten, die für den Tiegel aufzuwenden sind, da der Tiegel jetzt statt aus-Iridilzm aus dem preisgünstigeren Molybdän bestehen kann, was außerdem noch den Vorteil einer höheren Festigkeit aufweist. Ganz wesentlich ist der durch die Erfindung erzielte Fortschritt hinsichtlich des Zusetzens der Düsen. Durch die Druckdifferenz zwischen Düsenein- und Düsenaustritt wird die Schmelze in Verbindung mit ihrer hohen Austrittsgeschwindigkeit nicht nur wesentlich besser verstreckt, sondern findet auch keine Möglichkeit, sich an der Düse festzusetzen und damit die Düse zu verstopfen. Gleichzeitig entfällt damit die Notwendigkeit, die aus dem deutschen Patent 1 119o 135 bekannten aufwendigen Injektordüsen einzusetzen, d.h., es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der erhebliche Aufwand der Fertigung und Justierung dieser Injektordüsen vermieden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Druckdifferenz zwischen o,<l und 1o ata, d.h. also, daß die Anlage auch im Vakuum arbeiten kann.
Durch die dabei erreichbare relativ hohe Verdünnung des Schutzgases ist nur eine geringe Schutzgasmenge erforderlich, was besonders bei kostspieligen Schutzgasen ein erheblicher Vorteil ist.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Strömgeschwindigkeit des Gases entsprechend etwa N = 1 bis 1,3 gehalten wird. Die Schmelze hat dadurch keine Zeit, zu erstarren und damit die Düse zuzusetzen. Durch Kombination von hoher Schmelztemperatur und hoher Strömungsgeschwindigkeit wird eine Kurzfaser hoher Festigkeit erreicht, die nur geringe statistische Schwankungen in Durchmesser und Festigkeit aufweist.
Unter Kurzfaser ist dabei eine Faserlänge von 5 - 50 mm zu verstehen. Sinkt die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur der Schmelze, so ergeben sich als Produkt lange Fasern, die im Schnitt wesentlich weniger als die halbe Festigkeit als die nach der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erhaltene Fasern aufweisen und die außerdem noch den Nachteil haben, daß erhebliche Schwankungen in Durchmesser und auch in der Festigkeit vorhanden sind.
Eine wesentliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die Druckdifferenz durch Umpumpen des Schutzgases im geschlossenen Kreislauf aufrechterhalten wird. Obwohl beim Führen eines Schutzgases im Kreislauf verschiedene Vorkehrungen, beispielsweise zur Reinigung und zur Kühlung des Gases erforderlich sind, ergibt sich doch eine größere Wirtschaftlichkeit, weil im Schnitt pro Düse und Stunde zur Zerfaserung ca. 10 cbm Gas benötigt werden, wogegen bei der Ereislaufführung lediglich geringe Verluste durch Nachfüllen des Entnahmekessels usw.
ersetzt werden müssen. Das Umpumpen des Gases geschieht dabei zweckmäßig durch Vakuumpumpen oder vielzellige Rotationsverdichter, wobei Vakuumpumpen dann eingesetzt werden, wenn eine Druckdifferenz im Bereich von unter einem ata angestrebt wird. Die Rotationsverdichter können in vielen Fällen auch als Vakuumpumpe eingesetzt werden und bieten zusätzlich noch den Vorteil, daß keine Pufferbehälter erforderlich sind, da sie praktisch pulsationsfrei arbeiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Schutzgas Formiergas eingesetzt. Das Formiergas besteht bevorzugt aus ca. 9°Q%° N2 und 10% H2, wobei letzterer zur Bindung von beispielsweise bei der Entnahme von Fasern in das System eindringenden Sauerstoff dient. Formiergas bietet gegenüber anderen Gasen den Vorteil, daß es sehr preiswert ist, auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden kann und die Umpumpaggregate nicht chemisch angreift, so daß das gesamte Kreislaufsystem aus Standardmaterialien gefertigt werden kann.
Ein wesentlicher Punkt zur Konstanthaltung der Tiegeltemperatur ist die Zufuhr des zu erschmelzenden Werkstoffes zum Tiegel.
Die Höhe der Schmelze im Tiegel muß, wenn die Temperatur konstant gehalten werden soll, auch möglichst konstant sein, d.h., sie darf nur in äußerst minimalen Grenzen schwanken. Da geschmolzener Werkstoff kontinuierlich abgezogen wird, sollte zweckmäßig genauso kontinuierlich zu erschmelzender Werkstoff zugeführt werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird daher der Werkstoff in rieselfähiger Form zugeführt. Die rieselfähige Form des zu erschmelzenden Werkstoffes kann gemäß weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungsformen durch Vorsintern des zu erschmelzenden Werkstoffes zur Kugelform erfolgen, wobei die Korngröße des Werkstoffes bei o,1 - 2,o mm, vorzugsweise bei o,3 bis 1 mm Durchmesser liegt.
Der Vorteil der geringen Korngröße liegt darin, daß es dadurch möglich ist, einen rieselfähigen Werkstoff sehr fein dem Schmelztiegel zuzudosieren und damit für nur minimale Höhenschwankungen des Schmelzespiegels zu sorgen. Der rieselförmige Zustand ist dagegen sehr wesentlich, weil pulverförmiger Werkstoff zu Staubaufwirbelung führt, da der Tiegel aufgrund der hohen Temperaturen am Ziegel verglichen mit der Temperatur am Produktionsbehälter wie eine Sonvektionsheizung wirkt. Werkstoffe, die in gröberer Form dem Tiegel zugeführt werden, weisen außer der nachteiligen Beeinträchtigung der plötzlichen Erhöhung des Schmelzespiegels noch die Gefahr auf, daß sie durch die Temperaturspannungen zerplatzen und zum Teil aus dem Tiegel herausspringen.
Die Regelung der Schmelzenhöhe im Tiegel wird gemäß besonders vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung dadurch erreicht, daß dem Tiegel eine Dosiervorrichtung zugeordnet ist, die über Messungen der Schmelzhöhe im Tiegel mittels einer radioaktiven Sonde und einem ihr zugeordneten Zählrohr gesteuert wird. Die radioaktive Sonde durchstrahlt dabei den Tiegel, während das Zählrohr die durchgehenden Impulse registriert.
Die auf das Zählrohr treffende Impulszahl ist von der Materialdichte zwischen Strahler und Zählrohr abhängig, ändert sich somit mit abnehmender Höhe der Schmelze, so daß die aus dem Zählrohr abgeleiteten Impulsraten eine sehr genaue Steuerung der Dosiervorrichtung ermoglichen. Die Dosiervorrichtung besteht dabei im wesentlichen aus einem trichterförmigen Bunker mit darunter angeordnetem Tellervibrator, dessen Vibration von den aus dem Zählrohr abgeleiteten Impulsen über einstellbare Schwellwerte gesteuert wird.
Als Vorrichtung zur Herstellung von Fasern, insbesondere von Fasern aus anorganischen Stoffen wird erfindungsgemäß ein Aggregat eingesetzt, das die kennzeichnenden Merkmale aufweist, daß der Produktionsbehälter durch eine Trennwand -im Bereich der Düsen in zwei Kammern unterteilt ist und die Düsen die einzige direkte Verbindung zwischen beiden Kammern bilden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung so gestaltet, daß jeder Bodenöffnung des oberhalb der Trennwand angeordneten Tiegels eine Düse zugeordnet ist, wobei der Tiegel die Düsenplatte, die die Düsen enthält, nicht berührt.
Durch das Einschließen von Düse und Schmelztiegel in einem Produktionsbehälter, der in zwei Kammern unterteilt ist, die lediglich durch die Düsen in direkter Verbindung miteinander stehen, wobei die obere Kammer den höheren Druck gegenüber der unteren Kammer aufweist, dient das Schutzgas durch den unterschiedlichen Druck in beiden Kammern gleichzeitig als Zerfaserungsgasstrom und verhindert das Zusetzen der Düsen. Die Düsenplatte, die Teil der Trennwand ist, berührt den Tiegel nicht. Das den Tiegel umgebende Schutzgas strömt damit, bedingt durch den Druckunterschied zwischen oberer und unterer Kammer über den zwischen Düsenplatte und Tiegelboden gebildeten Spalt in die Düsen. Dadurch entsteht ein Sog oberhalb der Düse, wodurch Schmelze aus den Bodenöffnungen des Tiegels in die Düse gezogen und hier zerfasert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Bodenöffnungen im Tiegel Bohrungen, die einen Durchmesser zwischen o,5 und 2 mm aufweisen. Besonders zweckmäßig ist es, den Durchmesser kleiner als 1,5 mm zu wählen.
Bei Bodenöffnungen, die eine größere Bohrung aufweisen, besteht die Gefahr, daß die Schmelze bereits tropfenförmig aus dieser Öffnung aus tritt und damit die Düsen entweder zusetzt oder daß sich statt der erwünschten Fasern Perlen bilden, die aus den restlichen Fasern wieder abgesondert und der Vorrichtung erneut zugeführt werden müssen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Tiegel rotationssymmetrisch ausgebildet. In einer besonders vorteilhaften Form besteht er dabei aus einem doppelwandigem Rohr mit verstärkter lnnenrohrwandung, bei dem Außen- und Innenrohr mittels eines trichterförmigen Bodenringes verbunden sind. Durch den Einsatz eines rotationssymmetrischen Teils als Tiegel ist gegenüber anderen möglichen Tiegelformen einmal die Herstellung wesentlich vereinfacht, zum anderen wird gegenüber prismatiscnen eckigen Tiegeln der scharfkantige Übergang der Kanten vermieden, an denen sonst aufgrund von Wärmespannungen leicht Risse auftreten können. Bei den hohen Schmelztemperaturen, die in diesem Tiegel erreicht werden können, ist es von ganz wesentlicher Bedeutung, daß alle Wandstärkenänderungen sehr sanft vonstatten gehen, um die durch Temperaturschwankungen auftretenden Spannungen möglichst gering zu halten und so eine Rissbildung zu vermeiden.
Rotationssymmetrische Körper können mit verhältnismäßig geringem Aufwand auf Dreh- und Schleifbänken sehr präzise bearbeitet werden, so daß bei dieser Ausgestaltungsform die geringsten Wandstärkeschwankungen erreicht werden können. Das Innenrohr des Tiegels weist eine höhere Wandstärke als das Außenrohr des Tiegels auf, um eine gleichmäßige Erwärmung des Tiegels durch induktive Beheizung zu ermöglichen. Der Bodenring, der das Außen- und das Innenrohr des Tiegels miteinander verbindet, ist trichterförmig ausgestaltet, weist also einen dreieckigen Querschnitt auf, wobei die Spitze des Dreiecks nach unten gekehrt ist. Verteilt auf den Umfang des durch die Spitze gebildeten Kreises weist der rotationssymmetrische Tiegel mehrere Bodenöffnungen auf. Die trichterförmige Ausbildung des Bodenringes gewährleisteQ damit ein gleichmäßiges Zuführen der Schmelze zu den Bodenöffnungen und ermöglicht das Abziehen der Schmelze durch die Bodenöffnungen an mehreren Stellen des Tiegels.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Außenrohr und das Innenrohr im Einspannbereich eine kegelige Verstärkung aufweist. Durch diese kegelige Verstärkung, die beim Außenrohr nach außen, beim Innenrohr nach innen gerichtet ist, wird zunächst einmal die Festigkeit des Tiegels im Einspannbereich erhöht, des'weiteren wird durch dieses relativ einfache Mittel ein ausgezeichneter elektrischer Kontakt des Tiegels mit der Zuführung für die elektrische Heiz-Energie erreicht.
Als Düse wird zweckmäßig eine Laval-Düse mit einem Flächenverhältnis der Austrittsfläche zum engsten Querschnitt zwischen 1,o5 und o,1 eingesetzt. Durch diese Düsenausgestaltung wird in Verbindung mit den weiteren Ausgestaltungen einer Düsenlänge von 2 bis 15 mm und einem Düsendurchmesser von 2 bis 5 mm die Abzugsgeschwindigkeit der Fasern wesentlich beeinflußt. Des weiteren hat die Ausgestaltung der Düse Einfluß auf den Faserdurchmesser und Faserlänge sowie die Faserfestigkeit. Ebenfalls von entscheidender Bedeutung ist der Abstand zwischen Düse und Bodenöffnung, der zweckmäßigereise zwischen o,2 und 2,o mm, vorzugsweise zwischen 0,3 und o,9 mm, liegt. Durch die Regulierung des Abstandes zwischen Düse und Bodenöffnung des Tiegels wird die Saugleistung der einzelnen Düse in gewissem Umfang einstellbar, soweit sie nicht bereits durch die vorgenannten geometrischen Merkmale gegeben ist.
Die Erfindung soll nachstehend an Beispielen und Zeichnungen näher erläutert werden: Beispiel 1: In ein Produktionsgefäß wurde ein Molybdäntiegel eingebracht, der im Boden Tiegelbohrungen von o,9 mm Durchmesser aufwies.
Der Düsendurchmesser betrug 2,8 mm, die Düsenlänge 2 mm, die Düse war eine Laval-Düse mit einem Flächenverhältnis der Austrittsfläche zum engsten Querschnitt von 1,2 für 1,3-fache Schallgeschwindigkeit. Bei einer Schmelztemperatur von ca.
1750°C ergab sich bei Einsatz von Kaolin-Fasern mit einem mittleren Durchmesser von 4 bis 5/u und einer mittleren Festigkeit von 16o kp/mm². Der Durchsatz betrug 0,2 kg/Düse und Stunden wobei das Vakuum in der unteren Kammer 3 auf o,6 ata gehalten wurde.
Beispiel 2: Bohrungsdurchmesser am Tiegel o,9 mm, Düsendurchmesser 3,5 mm, Düsengestaltung gerade Bohrung, Schmelztemperatur 1650°. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit unter 250 m/sec. ergab sich eine dicke, lange Faser von einer Festigkeit zwischen 60 und 80 kp/mm2 mit großen statistischen Schwankungen im Durchmesser und in der Festigkeit.
Beispiel 3: Die Tiegelbohrungen wurden auf 1,8 mm Durchmesser erweitert, die Schmelze tropfte bereits vor dem Ansaugen mit der Düse aus dem Tiegel.
Figur 1 zeigt das Schema eines Gaskreislaufes nach der Erfindung, Figur 2 das Schema des Produktionsgefäßes, Figur 3 den Tiegel mit einer zugeordneten Düse.
Das Produktionsgefäß 1 besteht aus der oberen Kammer 2 und der unteren Kammer 3, die durch die Trennwand 4 voneinander getrennt und durch die Düsen 5 miteinander verbunden sind. Über die Zuleitung 6 wird in die obere Kammer 2 Schutzgas eingeleitet. Der Tiegel 7 ist oberhalb der Diisen 5 in der oberen Kammer 2 angeordnet und wird über eine Dosiereinrichtung 8 beschickt.
Das Niveau der Schmelze 32 im Tiegel 7 wird über einen Höhenstandsregler 11 in konstanter Höhe gehalten, der im wesentlichen aus einer radioaktiven Sonde 9 - einem Kobalt 60 Präparat - , die den Tiegel 7 durchstrahlt, und einem Gamma-Zählrohr 1o besteht, das die ausgesandten Impulse registriert. Die auf dem Zählrohr 1o auftreffende Impulszahl ist von der Materialdichte zwischen dem Kobalt 60 Präparat und dem Gamma-Zählrohr 1o abhängig und ändert sich damit mit der Höhe des Schmelzspiegels unc -tatigt über Höhenstandsregler 11 die Dosiereinrichtung 8. ;; besteht aus einem trichterförmigen Bunker 24, unter dessen Austrittsöffnung ein Tellervibrator angeordnet ist. Dieser Tellervibrator wird durch den Höhenstandsregler 11 gesteuert und läßt das Granulat 33 nachrieseln.
Die Temperatur der Schmelze 32 im Tiegel 7 ist außer von den Schwankungen des Schmelzenhöhenstandes auch von Druckschwankungen des Schutzgases im Produktionsgefäß 1 abhängig. Da die Temperatur der Schmelze 32 nur in geringen Grenzen variieren darf, wird eine selbstregelnde Leistungszufuhr eingesetzt, die im wesentlichen aus einem nicht abgebildeten Thermoelement, das über einen Verstärker 12 zwei Ignotronschütze 14 betätigt, wodurch die vom Transformator 15 abgegebene Leistung der nicht dargestellten Induktionsheizung geregelt wird.
Aus der unteren Kammer 3 wird über die Vakuumpumpe 16 das Schutzgas abgesaugt und in den Gaskreislauf eingespeist.
Der Gaskreislauf besteht im wesentlichen aus einem Rohrleitungssystem mit den Produktentnahmekesseln 17, dem Entstauber 18, dem Verdichter 20, dem Tropfenabschneider 19 in Form eines keramischen Ölfilters und dem diesem vorgeschalteten Wärmetauscher 22.
Die Zerfaserung erfolgt im Produktionsgefäß 1, einem Kessel von etwa 1,5 cbm Inhalt, in dessen oberer Kammer 2 der Schmelztiegel 7 und die die Düsen 5 aufnehmende Düsenplatte 29 eingebaut sind. Beide Teile sind leicht austauschbar, so daß die Anlage schnell umgebaut werden kann. Die Energie und Meßleitungen werden über vakuumdichte Durchführungen durch die Behälterwand geführt. Die Düsen 5 lassen sich durch drei Fenster 21 beobachten und mittels Justiereinrichtungen 13 auf optimalen Abstand zu den Bodenöffnungen 25 des Tiegels 7 justieren.
Das Schutzgas wird der oberen Kammer 2 und damit den Düsen 5 mit einem Druck von 1 ata zugeführt und in den Düsen 5 während der Zerfaserung der angesaugten Schmelze 32 entspannt. Die vom Gas geförderten Fasern 34 werden von Gasstrom über glatte Rohre zu den Produktentnahmekesseln 7 gefördert und dort als Ballen entnommen. Die Produktentnahmekessel 7 werden umschichtig über Schiebersteuerung in den Kreislauf eingeschaltet, so daß immer ein Produktentnahmekessel 17 gefüllt wird, während der andere entleert werden kann. Nach der Entleerung eines Produktentnahmekessels 17 wird dieser neu evakuiert und mit Schutzgas geflutet.
Ein Ausgleichsgefäß zur Druckkonstanthaltung ist wegen der Verwendung eines vielzelligen Rotationsverdichters nicht erfcrderlich. Im Falle einer Düsenverstopfung wird das Gas über ein Überströmventil wieder der Ansaugseite des Verdichters zugeführt, so daß ungewollte Druckanstiege im Tiegelraum vermieden werden.
Zum ersten Füllen des Systems und zum Ausgleich von bei der Faserentnahme entstehenden Gasverlust ist der Produktionsbehälter 1 mit einer Flaschenbatterie 23 verbunden.
Der Tiegel 7 besteht aus dem Außenrohr 26, das mit dem Innenrohr 27 über den Bodenring 28 verbunden ist. Der Bodenring 28 ist mit 6 Bodenöffnungen 25 versehen, die als Auslauföffnung für die schmelze 32 dienen und oberhalb der Düsen 5 angeordnet sind.
Die Bodenöffnungen 25 weisen einen Bohrungsdurchmesser von o,8 mm auf, der sich nach 2 mm geradem Lauf in Richtung des Tiegels unter einem Keilwinkel von 6° erweitert. Unter den Bodenöffnungen 25 sind die Düsen 5 angeordnet, die als Lavaldüsen ausgestaltet sind. Der Düsendurchmesser beträgt 3,5 mm, die Düsenlange 10 mm, wobei sie sich um einen Keilwinkel von 0 erweitert.
Das aus Molybdän bestehende Außenrohr 26 des Tiegels 7 besitzt eine Wandstärke von 1,5 mm, die sich im Einspannbereich des Tiegels unter einen Winkel von 50 nach außen erweitert.
Analog ist das Innenrohr 27 ausgeführt, das eine Wandstärke von 3 mm besitzt und sich im Einspannbereich unter einem Winkel von 50 nach innen verjüngt, Die justierbare Einspannvorrichtung 31 für den Tiegel wird über einen Wasserkreislauf gekühlt.

Claims

Patentansrrüche

1. Verfahren zum Herstellen von Fasern, insbesondere von Fasern aus anorganischen Stoffen mit hohem Gehalt an hochschmelzenden Oxiden, wie Aluminiumoxid, wobei das Ausgangsmaterial in einem Tiegel aufgeschmolzen und die Schmelze aus mindestens einer Offnung im Boden des Tiegels aus tritt und beim Durchtreten durch eine Düse mittels eines gasförmigen Mediums zerfasert wird und erstarrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerfaserung der Schmelze 32 unter Schutzgas in einem in zwei Räume unterteilten geschlossenen System durch Anwendung einer Druckdifferenz zwischen Düsenein-und -austritt von solcher Größe erfolgt, daß die Strömungsgeschwindigkeit im Zerfaserungsbereich einer MACH-Zahl = o,6 bis 2,1 entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz zwischen 0,1 und 1o ata liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Zerfaserungsbereich- einer MACH-Zahl M = 1 bis etwa 1,3 entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz durch Umpumpen eines Gases im geschlossenen Kreislauf aufrechterhalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umpumpen durch Vakuumpumpen (16) und/oder Verdichter (20) erfgi0

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Formiergas eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erschmelzende Werkstoff rieselfähig ist.

8. Verfahren nach -einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zu erschmelzende Werkstoff zu Kugelform vorgesintert ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des zu schlzenden Werkstoffes o,1 bis 2,o mm beträgt.

1o. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere zum Herstellen von Fasern (34) aus anorganischen Stoffen mit den kennzeichnenden Merkmalen, daß der Produktionsbehälter () durch eine Trennwand (4) im Bereich der Düsen (5) in zwei Kammern (2, 3) unterteilt ist und die Düsen (5) die einzige direkte Verbindung zwischen den beiden Kammern (2, 3) darstellen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß in einem aus zwei Kammern (2, 3) bestehenden Produktlonsbehälter (1) unterhalb eines mindestens mit einer Bodenöffnung (25) versehenen Tiegels (7) eine den Tiegel (7) nicht berührende Düsenplatte (29) so angeordnet ist, daß Jeder Bodenöffnung (25) des oberhalb der Trennwand (4) angeordneten Tiegels (7) eine Düse (5) zugeordnet ist und die Düsen (5) die Verbindung zwischen den beiden rammern (2, 3) des Produktionsbehälters (1) darstellen.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenöffnung (25) des Tiegels (7) eine Bohrung mit einem Durchmesser zwischen o,5 und 2 mm ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (7) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

14. Vorrichtang nach einem der Ansprüche lo bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (7) die Form eines doppelwandigen Rohres mit verstärkter Innenrohrwandung aufweist und daß das Außenrohr (26) und das Innenrohr (27) mittels eines trichterförmigen Bodenringes (28) verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (26) und das Innenrohr (27) im oberen Einspannbereich eine kegelige Verstärkung aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Düse (5) 2 bis 5 mm beträgt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lange der Düsen (5) 2 bis 15 mm beträgt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Düse (5) eine Laval-Düse mit einem Flächenverhältnis in der Austrittsfläche zum engsten Querschnitt zwischen 1,o5 und 8,1 eingesetzt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Düse (5) und Bodenöffnung (25) o,2 bis 2,o mm beträgt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (2, 3) des Produktionsgefäßes (1) zusätzlich über einen Gaskreislauf miteinander verbunden sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiegel (7) eine Dosiereinrichtung (8) zugeordnet ist, die über Messungen der Schmelzhöhe im Tiegel (7) mittels einer radioaktiven Sonde(9) und einem ihr zugeordneten Zählrohr (io) gesteuert wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1o bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (8) aus einem trichterförmigen Bunker (24) mit darunter angeordnetem Tellervibrator besteht.