DE2917737A1

DE2917737A1 - Duesenkopf fuer eine glasfaserziehduese

Info

Publication number: DE2917737A1
Application number: DE19792917737
Authority: DE
Inventors: Shinzo Ishikawa; Toshio Noji; Hiroaki Shono
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1978-05-08
Filing date: 1979-05-02
Publication date: 1979-11-15
Also published as: ES480236A0; DE2917737C3; TR20449A; PT69586A; SE7903916L; US4380462A; NL169721B; CA1124078A; BR7902757A; GB2102787A; FR2425409A1; DE2917737B2; FR2425409B1; GB2021092A; AU4674179A; IT1193703B; DK173779A; GB2102787B; GB2021092B; ES8100229A1

Description

Nitto Boseki Co., Ltd., Fukushima-Shi /Japan

Düsenkopf für eine Glasfaserziehdüse

Die Erfindung bezieht sich auf einen Düsenkopf für eine Glasfaserziehdüse und betrifft insbesonders ein Düsenkopf mit einer ebenen unteren Fläche.

Düsenköpfe für Glasfaserziehdüsen kann man grundsätzlich in zwei Arten unterscheiden. Die eine Art weist eine hohe Anzahl an der ebenen unteren Fläche des Düsenkopfes geöffnete, ebene öffnungen auf. Die andere Art weist soge-

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nannte Düsenansätze auf; d.h. jede Düse endet in einer nach unten gerichteten Spitze, die von der unteren Fläche des Düsenkopfes vorsteht.

Die erste Art ist insoweit vorteilhaft, als sie sehr einfach herzustellen ist, weist jedoch das Problem auf, daß die Herstellung der Glasfasern pro Düsenkopf nicht über ein gewisses Maß gesteigert werden kann. Der Grund dafür liegt darin, daß, wenn man die Dichte der ebenen öffnungen oder Düsen über ein gewisses Maß steigert, die an den benachbarten Düsen auf der unteren Fläche des Düsenkopfes ausgebildeten Glaskegel dazu neigen zu koagulieren, so daß es schwierig ist, sie in Glasfasern zu ziehen. '

Die zweite Art weist den Vorteil auf, daß die Düsendichte gesteigert werden kann, da die hervorstehenden Düsen dazu dienen, das Koagulieren des aus den benachbarten Düsen austretenden geschmolzenem Glases zu verhindern, wodurch das überziehen der unteren Fläche des Düsenkopfes mit geschmolzenem Glas vermieden wird. Es besteht jedoch in bezug auf die Steigerung der Düsendichte eine Begrenzung. Der Grund dafür liegt darin, daß, wenn man die Düsendichte steigert, das von den Düsen austretende geschmolzene Glas über die äußere Wand der Düsenspitze läuft und sich mit dem aus den benachbarten Düsen austretenden geschmolzenem Glas verbindet. Um diese Er-

scheinung zu verhindert, sind zwischen den Düsenreihen zum Kühlen des aus den Düsen austretenden geschmolzenen Glases wassergekühlte Lamellen oder Kühlwasserkanäle angeordnet. Hierdurch muß der Abstand zwischen den Düsen, d.h. der Abstand von Düsenmitte zu Düsenmitte einen bestimmten Betrag aufweisen.Beträgt beispielsweise bei Flächen ohne Kühllamellen der Düsenabstand 3,5 bis 5 mm,

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so beträgt der Abstand bei Flächen mit Kühllamellen 5,5 bis 10 mm. Die bekannten Düsenköpfe haben daher eine mittlere Düsenanzahl zwischen 400 bis 800 und eine maximale Düsenanzahl von 2000. Weiter ist die Herstellung der Düsenköpfe mit vorstehenden Düsen sehr aufwendig, d.h. mit hohen Kosten verbunden.

Um die Dichte der auf der ersten Art der Düsenköpfe angeordnete Düsen zu steigern, wird in der US-PS 3 905 ein Verfahren beschrieben, bei dem Luft gegen die untere Fläche des Düsenkopfes entgegen der Strömungsrichtung des von dem Düsenkopf abgezogenen GlasfaserStroms geblasen wird. Gemäß diesem Verfahren dient die gegen die untere Fläche des Düsenkopfes geblasene Luft nicht nur, wenn der Düsenkopf eine hohe Düsendichte aufweist, so daß die banchbarten Glaskegel koagulieren mit dem Ergebnis, daß die Unterfläche des Düsenkopfes überzogen wird, zum Kühlen der geschmolzenen Glaskegel, sondern ebenfalls zur Erzeugung eines dauernden Gaskissens um die Düsen, so daß die Menge des über die Oberfläche fließenden geschmolzenen Glases in einzelne Kegel getrennt wird, die in einzelne Glasfasern gezogen werden. Da die wirksame Kühlluft eine ausgezeichnete Trennung des Glases in einzelne Kegel ohne Kühllamellen oder Kühlwasserkanäle ermöglicht, kann der Düsenkopf eine Düsendichte aufweisen, die höher als die des Düsenkopfes mit hervorstehenden Düsen ist. Der in diesem Verfahren verwendete Düsenkopf hat im allgemeinen eine Dicke von 1 bis 10 mm und 2000 bis 6000 Düsen in einem Abstand von 1,4 mm bis 4 mm und wird im folgenden als "engbeabstandeter Düsenkopf" bezeichnet.

Bei diesem Verfahren besteht jedoch, obwohl mit ihm Glas-

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fas em mit einem Durchmesser von mehr als 15 ρ mit einer hohen Produktivität hergestellt werden können, das Problem, daß, wenn man Glasfasern von einem Durchmesser von 14p oder kleiner herstellen möchte, ein häufiges Brechen der Fasern auftritt, wodurch die Produktivität sehr schlecht ist.

Im allgemeinen wird das während des Ziehens der Glasfasern auftretende Brechen durch das Vorhandensein von fremden Teilchen im geschmolzenen Glas, wie z.B. Luftblasen (oder Bläschen), Riefen (oder Einschnürungen), ungeschmolzene Teilchen, feuerfeste Teilchen und ähnlichem bewirkt. Das gleiche gilt, wenn ein Düsenkopf mit spitzen Düsen verwendet wird. Wenn Glasfasern gleichen Durchmessers vom gleichen geschmolzenen Glas gezogen werden, ist die Bruchhäufigkeit bei einem eng beabstandeten Düsenkopf im Vergleich zu einem Düsenkopf mit spitzen Düsen höher.- Ein erster Grund dafür liegt in der Temperaturdifferenz des geschmolzenen Glases und in der Länge der Düsen, auch dann, wenn das gleiche geschmolzene Glas in Glasfasern mit gleichem Durchmesser gezogen wird, so daß der Düsendurchmesser des eng beabstandeten Düsenkopfes kleiner sein sollte, als der des Düsenkopfes mit spitzen Düsen.(Der erste beträgt 0,9 bis 1,8 mm, was gleich 1/2 bis 7/10 des letzteren entspricht). Dies führt dazu, daß bei dem eng beabstandeten Düsenkopf die Kegel des geschmolzenen.Glases kleiner als beim Düsenkopf mit spitzen Düsen sind, so daß das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen der Kegel des geschmolzenen Glases bei dem eng beabstandeten Düsenkopf größer als beim Düsenkopf mit spitzen Düsen ist. Entsprechend ist die Wahrscheinlichkeit, daß fremde Teilchen in den Kegeln des geschmolzenen Glases auf die Oberflächen gelangen bei dem eng beabstandeten Düsenkopf größer als bei dem

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Düsenkopf mit spitzen Düsen. Da der Faserbruch mehr von den Brand teilchen von der Oberfläche des Kegels des geschmolzenen Glases als von denen innerhalb des Kegels herrührt ist die Bruchhäufigkeit der Fasern bei dem eng beabstandeten Düsenkopf größer als bei dem Düsenkopf mit spitzen Düsen.

Ein zweiter Grund liegt darin, daß der gegen die Unterseite des Düsenkopfes geblasene Luftstrom eine wirksamere Kühlung als die auf dem Düsenkopf mit spitzen Düsen vorgesehenen Kühllamellen bewirkt. D.h., daß die gegen die Kegel aus geschmolzenem Glas geblasenen Kühlluftströme nicht nur die Kegel des geschmolzenen Glases kühlen, sondern um die Kegel ein dauerndes Luftkissen aufbauen, so daß die Kühlwirkung verbessert wird. Dies führt dazu, daß die Oberflächender Kegel aus geschmolzenem Glas mit einer Glasschicht von beträchlich hoher Viskosität überzogen sind, so daß, wenn der Kegel aus geschmolzenem Glas in eine Faser verdünnt wird, wenig Luftblasen auf der Oberflächenschicht als Oberflächenfehler in die Glasfaser gelangen, wodurch eine Faser mit hoher Bruchanfälligkeit entstehen würde.

Das oben beschriebene Verfahren der US-PS 3 905 790 weist noch ein weiteres Problem auf. D.h., beim Beginn des Glasfaserziehens, oäer, wenn die zu einem Strang verbundenen Glasfasern während des Ziehens plötzlich brechen, nehmen die Kegel aus geschmolzenem Glas an Größe zu und verbinden sich miteinander, wodurch ein überziehen der gesamten Unterseite des Düsenkopfes mit geschmolzenem Glas auftritt. Wenn einmal die Unterseite des Düsenkopfes mit geschmolzenem Glas überzogen ist, dauert es, wie im folgenden beschrieben wird, sehr lange den überzug wieder.in einzelne Kegel zu trennen, wodurch

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die Produktivität verschlechert wird. Zur Lösung dieses Problems wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Beispielsweise ist in der US-PS 4 032 314 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Düsen in Gruppen angeordnet sind und in der US-PS 3 982 915 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Düsen paarweise angeordnet sind. Beide Verfahren sind jedoch insoweit nachteilig, als die Düsen mit einer wesentlich höheren Genauigkeit hinsichtlich der Abmessungen gebohrt werden müssen, was wiederum zu höheren Herstellungskosten führt. Insbesondere wenn gemäß des letzteren Verfahrens die Düsen paarweise angeordnet sind, tritt ein Koagulieren der Kegel aus geschmolzenem Glas, das von jedem Paar Düsen austritt sehr häufig auf. Weiter versagen die beiden bekannten Verfahren vollständig, bei der Herstellung von Glasfasern mit kleinerem Durchmesser.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Düsenkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der mindestens eine Düsendichte aufweist, die gleich der des Düsenkopfes mit spitzen Düsen ist, wobei ein Koagulieren der Kegel aus geschmolzenem Glas und dementsprechend ein Überziehen der Unterseite wirksam verhindert wird.

Gemäß der Erfindung soll ein Düsenkopf mit einer ebenen Unterseite einer großen Anzahl sehr eng beabstandeter Düsen geschaffen werden, mit dem Glasfasern mit einem Durchmesser von 5 bis 13 ρ unter Verwendung des oben beschriebenen Kühlverfahrens mittels eines Luftstroms gezogen werden können.

Weiter wird mit der Erfindung in vorteilhafter Weise ein Düsenkopf geschaffen, mit dem die Trennung des geschmolzenen Glases in getrennte Kegel wesentlich erleichtert

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wird, für den Fall, daß ein überziehen auftritt.

In weiterer vorteilhafter Weise wird mit der Erfindung ein eng beabstandeter Düsenkopf geschaffen, bei dem die gegen die Unterseite des Düsenkopfes während des Glasfaserziehens geblasene Luftmenge vermindert werden kann.

Mit der Erfindung wird ein Düsenkopf für eine Glasfaserziehdüse mit einer ebenen Unterseite und einer Anzahl in der Unterseite ausgebildeter Düsen geschaffen, wobei zwei Gruppen paralleler Kerben auf der Unterseite angeordnet sind, wobei sich die Gruppen untereinander so schneiden, daß sie die Unterseite in eine Anzahl Abschnitte aufteilen, wobei in jedem Abschnitt eine der Düsen angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Glasfaserziehvorrichtung mit

einem Düsenkopf;
Fig. 2 eine Ansicht des Dusenkopf.es entsprechend der

Linie IX-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab von

Fig. 2;
Fig. 4 eine Teilansicht längs der Linie IV-IV in Fig.

3; und

Fig. 5

und 6 ähnliche Ansichten wie Fig. 4.

In Fig·. 1 ist eine Glas fas erz i ehvor richtung mit der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei fließt geschmolzenes Glas 1, das in einem Vorherd geschmolzen und geläutert

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- Ä ΛΑ

wurde'durch eine öffnung in einem Element aus feuerfestem Material 2 und einem Sieb 4 in die Ziehdüse 3. Durch die Ziehdüse 3 fließt ein Niederspannungsstrom mit einer hohen Durchflußmenge, so daß die Ziehdüse 3 erwärmt wird und das geschmolzene Glas auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird. Die Temperatur der Ziehdüse 3 wird durch einen geeigneten Temperaturfühler (nicht gezeigt) dauernd überwacht, so daß die Steuerung der der Ziehdüse 3 zugeführten elektrischen Energie bewirkt wird.

Das geschmolzene Glas fließt durch eine Anzahl in dem Düsenkopf 5 mit flacher Unterseite angeordneten Düse 6, wobei der Düsenkopf 5 an der Unterseite der Ziehdüse 3 befestigt ist, ins Freie und bildet an den Düsen auf der Unterseite des Düsenkopfes 5 Kegel aus. Mittels einer Haspel8 wird auf die so ausgebildeten Kegel eine Zugkraft aufgebracht,■so daß Glasfasern über eine Aufbringwalze für Bindemittel und einen Sammelschuh 11 zu einem Strang 12 ausgebildet werden, der mittels einer Querführung 13 auf der Haspel 8 aufgewickelt wird.

Fig. 2 ist eine Ansicht des Düsenkopfes 5 von unten, wenn man in Richtung der Pfeile II-II in Fig. 1 sieht. Der Düsenkopf 5 besteht aus einer Platinlegierung, wie z.B. einer Platin-Rhodium-Legierung oder einer Platin-Gold-Palladium-Legierung. Die Unterseite des Düsenkopfes 5 ist mit vielen sich längs und quer erstreckenden parallelen Kerben 15 versehen, so daß die Düsen 6 eingeschlossen sind, und so der Austritt 16 einer jeden Düse 6 sich an der Mitte des unteren Endes eines quadratischen Prismas öffnet, wie am besten in den Fig. 3 und 4 zu sehen ist. Fig. 4 zeigt eine im Querschnitt rechtwinklige Kerbe 15. Alternative .Aus führungs formen mit im Querschnitt

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U- oder V-förmigen Kerben sind in den Fig. 5 oder 6 gezeigt.

Der so ausgebildete Düsenkopf ist insofern besonders vorteilhaft, als ein sehr kleiner Düsenabstand ermöglicht wird, den man mit gewöhnlichen Düsenköpfen mit einer flachen Unterseite nicht erzielt, da der am Austritt erzeugte Kegel aus geschmolzenem Glas an jeder Düse mit dem benachbarten Kegel koaguliert und so keine Glasfasern ausgebildet werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Düsenkopf kann jeder Kegel nicht über die Kerbe 15 gelangen, wodurch eine Verbindung mit dem benachbarten Kegel verhindert wird. Hierdurch kann die Düsendichte im wesentlichen auf das gleiche Maß wie bei Düsenköpfen mit spitzen Düsen gesteigert werden, sogar"**für den Fall, daß keine Kühlluft gegen den Düsenkopf geblasen wird. Weiter ist der Düsenkopf gemäß der Erfindung insofern sehr einfach herstellbar, als lediglich auf der Unterseite des Düsenkopfes Kerben angeordnet werden müssen. Dies ist im Vergleich zu den bekannten Düsenköpfen mit spitzen Düsen, die nach einem der folgenden Verfahren hergestellt wurden, ein entscheidender Vorteil.

1.) Es wird eine Scheibe mit einer Dicke, die der Summe der Dicke des herzustellenden Düsenkopfes und der Länge der Spitzen auf der Unterseite des Düsenkopfes entspricht, so bearbeitet, daß zylindrische Spitzen auf der Unterseite der Scheibe vorstehen;

2.) eine Metallscheibe wird in einen Düsenkopf mit spitzen Düsen mittels mehrerer Preßschritte ausgebildet;

3.) auf einer flachen Metallscheibe werden mehrere Vorsprünge aus einer Legierung, die der Scheibe entspricht mittels Schweißen angeordnet. Darauf werden die Vorsprünge endbearbeitet und zur Ausbildung einer

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- ψ-

Düse durchgebohrt; und

4.) durch eine Scheibe werden eine Anzahl Löcher gebohrt, woraufhin in jedes Loch eine Düsenspitze mit einem Plansch so eingesetzt wird, daß die Spitze von der Scheibe vorsteht/und der Flansch mit der hinteren Fläche der Scheibe in Berührung steht. Daraufhin wird der Flansch mit der Platte mittels Widerstandsschweissen verbunden.

Die Düsendichte eines nach dem Verfahren 1) hergestellten Düsenkopfes 1 ist insofern begrenzt, als es außerordentlich schwierig ist, jede zylindrische Spitze in einer sehr kleinen Fläche auszubilden. Dieses Verfahren kann nicht zur Schaffung von 2000 bis 6000 eng beabstandeter Düsen verwendet werden. Wenn die Düsenköpfe nach dem Verfahren 2) hergestellt werden, entstehen kleine Risse, so daß es schwierig ist, die Düsen eng beabstandet zueinander anzuordnen. Ein nach dem 3.)Verfahren hergestellter Düsenkopf unterliegt während des Schweißens bestimmten Wärmespannungen. Hierdurch entstehen örtliche Verformungen und ein örtliches Verziehen des Düsenkopfes infolge der Erwärmung»wodurch die Abstände des Düsenkopfes infolge der Wärmeausdehnung unregelmäßig wird. Hierdurch ist die Düsendichte ebenfalls begrenzt. Beim 4.) Verfahren ist der Abstand zwischen den Düsen aufgrund der Flansche begrenzt. Weiter ist der Schritt des Anordnens der spitzen Düsen in der Platte äußerst mühsam.

Der Austritt der Düse endet am unteren Ende des prismaähnlichen Vorsprungs koaxial, so daß der gleiche Effekt wie bei einer spitzen Düse erreicht wird. Weiter sind die Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Düsenkopfes wesentlich einfacher und beinhalten nicht die oben erwähnten Probleme der bekannten Verfahren zur Herstellung des Düsenkopfes. Somit kann man auf einfache Weise

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Düsenköpfe mit einer höheren Düsendichte herstellen. Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt darin, daß die Wanddicke der Düsenspitze leicht durch Verändern der Breite der Kerben 15 verändert werden kann. Durch die vier Ecken des Prismas wird keine negative Wirkung auf das Glasfaserziehen ausgeübt, sondern im Gegenteil die Kühlung verbessert. Obwohl in Fig. 2 ein Düsenkopf gezeigt ist, der von dem einen bis zum anderen Ende mit Kerben versehen ist, ist ersichtlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung auch nur Kerben innerhalb der Düsenfläche vorgesehen sein müssen, solange gewährleistet ist, daß zwischen jeder benachbarten Düse eine Kerbe vorgesehen ist. Weitere Kerben können diagonal über dem Düsenkopf entsprechend der Düsenanordnung vorgesehen sein.

Man kann, wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich ist, durch einfaches Eingrafieren paralleler Kerben auf die flache Unterseite einen Düsenkopf schaffen, so daß die Düsendichte bei weitem größer als bei den bekannten Düsenköpfen mit spitzen Düsen ist. Mit der vorliegenden Erfindung kann man einen Düsenkopf schaffen, der 2000 bis Λ5000 eng beabstandeter Düsen aufweist, wobei der Abstand 1,4 bis 4 mm beträgt.

Ein derartiger eng beabstandeter Düsenkopf, auch wenn er nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, kann jedoch nicht vollständig vermeiden, daß geschmolzenes Glas aus dem Austritt 16 jeder Düse 6 über die umgebende Kante 17 des unteren Endes des Prismas in die Kerbe 15 fließt und sich weiter über die Kerbe 15 zu dem benachbarten Prisma bewegt, wodurch ein überziehen der Unterseite des Düsenkopfes mit geschmolzenem Glas auftritt. Um das geschmolzene Glas an jeder Düse von der benachbarten Düse in getrennt angeordneten Kegeln auszubilden, ist es wesent-

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lieh, daß Luftströme gegen die Unterseite des Düsenkopfes gemäß dem Verfahren der US-PS 3 095 790 geblasen werden.

In Fig. 1 sind eine Reihe Luftdüsen 7 vorgesehen, die Luftströme gegen die Unterseite des Düsenkopfes 5 blasen und auf einem Ständer 14 befestigt sind, der zum Einstellen der Luftdüsen 7 in die optimale Stellung bei einem optimalen Winkel dient. Das Volumen der gegen den Düsenkopf gemäß der Erfindung auftreffenden Luftstrahlen kann im Vergleich zu den bekannten eng beabstandeten Düsenköpfen ohne Kerben auf der Unterseite beträchtlich vermindert werden, wodurch weitere im folgenden beschriebenen Vorteile erzielt werden.

Im Fall, daß die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem eng beabstandeten Düsenkopf verwendet wird, der einen Düsenabstand in der Größenordnung, wie oben beschrieben, aufweist, erhält man das gewünschte Ergebnis mit Kerben 15, die eine Breite von O,3 bis 3 mm und eine Tiefe von 0,4 bis 4 mm aufweisen. Wenn die Breite der Kerben kleiner als 0,3 mm ist, übersteigt die Wirkung der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glases die mittels der Kerben 15 geschaffene Trennwirkung des geschmolzenen Glases in einzelne Kegel. Wenn beispielsweise eine der von den Düsen gezogenen Glasfaser gebrochen ist, fließt das aus der zugehörigen Düse ausfließende geschmolzene Glas unmittelbar zur umgebenden Kante 17 und wird in ein Tröpfchen geformt, das unmittelbar mit dem benachbarten Kegel aus geschmolzenem Glas aufgrund der großen Oberflächenspannung des Tröpfchens aus geschmolzenem Glas koaguliert. Wenn andererseits die Breite der Kerben 15 3 mm überschreitet, muß der Düsenkopf einen relativ grossen Düsenabstand aufweisen und kann nicht mehr als "eng

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beabstandeter Düsenkopf" bezeichnet werden, der als "ein Düsenkopf definiert ist, dessen Düsenabstand kleiner als 4 ram ist. In diesem Fall, können die Kegel aus geschmolzenem Glas voneinander auch ohne das Blasen von Luftströmen gegen die Unterseite des Düsenkopfes getrennt gehalten werden.

Wenn die Tiefe flacher als 0,4 mm ist, ist eine zufriedenstellende Trennung der Kegel aus geschmolzenem Glas bei einem vergleichsweisen neuen Düsenkopf sichergestellt. Nach einer gewissen Betriebszeit werden die Kerben infolge der Verdampfung der den Düsenkopf bildenden Legierung deformiert, so daß der gewünschte Effekt der Kerben nicht mehr erzielt wird. Wenn andererseits die Tiefe der Kerben 4 mm überschreitet, wird es schwierig, derartig tiefe Kerben herzustellen.

Wenn der bekannte eng beabstandete Düsenkopf ohne Kerben mit einem Luftstrom auf seiner Unterseite beaufschlagt wird, hat man herausgefunden, daß der Auftreffdruck der Luftstrahlen zwischen 12 und 25 mm H₃O,an der Unterseite des Düsenkopfes gemessen, sein soll und eine Gesamtdurchflußmenge zwischen 1,2 und 2,5 m³/min für einen Düsenkopf mit 2000 Düsen aufweisen sollte. Hiermit wird eine stabile Trennung der Kegel aus geschmolzenem Glas infolge einer derartigen Kühlwirkung mittels Luft und der nach unten gerichteten auf jeden der Kegel aus geschmolzenem Glas wirkenden Zugkraft erzielt. Wenn die Zugkraft ausfällt oder wenn die Kühlwirkung der Luft vermindert wird, steigt die Benetzung des Düsenkopfes aus einer Platinlegierung mit geschmolzenem Glas sofort, so daß die Kegel aus geschmolzenem Glas zusammenfallen und mit dem benachbarten Kegel koagulieren, und eine derartige Koagulierung sich über den Düsenkopf ausbreitet. Um dieses

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Koagulieren der Kegel aus geschmolzenem Glas zu verhindern, mußten die bekannten eng beabstandeten Düsenköpfe durch Luft sehr stark gekühlt werden, so daß die Oberflächentemperatur der Kegel aus geschmolzenem Glas relativ niedrig und ihre Viskosität entsprechend hoch war. Weiter hat der starke Kühlluftstrom zum Ergebnis, daß die Kegel aus geschmolzenem Glas sehr klein waren. Unter diesen Umständen werden, wenn feine Luftblasen und/oder Riefen innerhalb des Kegels aus geschmolzenem Glas in der Nähe seiner sehr hochviskosen Oberfläche aüftreten,,Oberflächenblasen bewirkt, die nicht freigegeben werden, so daß der Kegel aus geschmolzenem Glas leicht zum Zusammenfallen neigt. Diese Neigung nimmt dabei zu, je kleiner der Durchmesser der erzeugten Glasfaser ist, wodurch der sich ergebende Paserbruch häufiger auftritt. Aus diesen Gründen war es bisher unmöglich, Glasfasern mit einem Durchmesser von weniger als 13p mit dem bekannten eng beabstandeten Düsenkopf zu ziehen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der der Austritt 16 jeder Düse mittels Kerben 15, wie oben beschrieben, umgeben ist, kann die Neigung der Kegel aus geschmolzenem Glas zum Koagulieren verhindert werden. Sogar dann, wenn das Benetzen des Düsenkopfes mit geschmolzenem Glas so vergrößert wird, daß das geschmolzene Glas über die gesamte untere Fläche 17 eines jeden Prismas fließt, hat das geschmolzene Glas keine ausreichend große Oberflächenenergie an der vertikalen Wand der Kerbe emporzusteigen, um so mit dem geschmolzenen Glas auf der unteren Fläche des benachbarten Prismas zu koagulieren. Aus diesem Grund ist die zum Verhindern des Koagulierens benötigte Luftmenge beträchtlich niedriger als in dem Fall, wenn ein bekannter Düsenkopf ohne Kerben verwendet wird. Sogar, wenn die Zugkraft für jeden Kegel nachläßt,

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bleiben die Kegel aus geschmolzenem Glas voneinander bei einer geringeren Luftmenge getrennt.

Es wurden Vergleichsversuche mit dem erfindungsgemäßen Düsenkopf mit 2000 Düsen, die mittels Kerben getrennt sind und einem Luftstrahldruck zwischen 5 mm bis 15 mm H_0 durchgeführt.Dabei war die Durchflußmenge zwischen 0,5 und 1,4 m³/min ausreichend, um das Glasfaserziehen befriedigend durchführen zu können. Beim Vergleich mit dem bekannten Düsenkopf mußte die Durchflußmenge 1,2 bis 2,5 m³/min betragen, wobei ein Auftreffdruck zwischen 12 und 25 mm H₃O auf der Unterseite des Düsenkopfes eingestellt werden mußte. Auf diese Weise kann die für die Kühlung des Düsenkopfes benötigte Luftmenge beträchtlich vermindert werden. Da die Wirkungen der Kühlluft, wie oben beschrieben, vermindert werden kann , kann die Oberflächentemperatur der Kegel aus geschmolzenem Glas relativ hoch sein, so daß die Oberflächenviskosität relativ gering ist. Hierdurch können Luftblasen und/oder Riefen von der Oberfläche leicht ausgegeben werden, so daß man eine weiche Oberfläche des Kegels aus geschmolzenem Glas erhält, so daß Einschlüsse ausgeschlossen werden und entsprechend die Häufigkeit des Faserbruchs entscheidend vermindert werden kann. Wenn beispielsweise Glasfasern mit einem Durchmesser von 13 bis 10 ji mit dem bekannten Düsenkopf gezogen werden, tritt ein häufiger Faserbruch auf, wodurch die Produktivität sehr schlecht ist. Wenn andererseits der erfindungsgemäße Düsenkopf verwendet wird, wird die Häufigkeit des Faserbruchs auf ein Minumum vermindert. Weiter können mit dem erfindungsgemäßen Düsenkopf Fasern bis zu einem Durchmesser von 7 bis 5 u gezogen werden, was bisher mit den bekannten Düsenköpfen unmöglich war.

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Die erfindungsgemäßen Düsenköpfe sind insofern von Vorteil, als das Trennen des geschmolzenen Glases in einzelne Kegel beim Beginn des Glasfaserziehens oder nach einem Bruch der Fasern wesentlich erleichtert wird. Im allgemeinen wird die Trennung des von den einzelnen Düsen austretenden Glases mittels der folgenden Schritte ausgeführt:

1.) Die Temperatur der Ziehdüse wird auf 20 bis 60° unterhalb der Temperatur eingestellt, die beim normalen Ziehbetrieb eingestellt ist. Hierdurch soll der Benetzungsgrad zwischen dem geschmolzenem Glas und dem Düsenkopf vermindert werden.

2.) Es wird ein viskoser Block auf der Unterseite des Düsenkopfes angeordneten, geschmolzenen Glases mittels einer Beißzange ergriffen und nach unten gezogen, während Luftstrahlen gegen die Unterseite des püsenkopfes gerichtet sind. Auf diese Weise beginnt die Trennung des geschmolzenen Glases in einzelne Glasfasern an eine örtliche Zone des Düsenkopfes, an dem die Luftstrahlen gebündeltsind.

3.) Die Trennung des geschmolzenen Glases nimmt zu, wenn das Volumen des Luftstrahls gesteigert wird, während gleichzeitig die Temperatur des geschmolzenen Glases innerhalb der Ziehdüse abnimmt.

4.) Schließlich wird ein starker Luftstrahl aus einer Luftlanze gegen einen Teil des geschmolzenen Glases gerichtet, der immer noch an örtlichen Zonen der Unterseite des Düsenkopfes koaguliert, wodurch eine vollständige Trennung erreicht wird.

Während dieser einzelnen Schritte ist es infolge der Tatsache, daß der durch die Ziehdüse fließende elektrische Strom so geändert wird, daß eine Temperaturdifferenz zwischen den verschiedenen Zonen des Düsenkopfes erzeugt wird

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und daß die Temperatur an den Zonen des Düsenkopfes, an dem geschmolzenes Glas aus den Düsen austritt und in Glasfasern getrennt wird,von den Temperaturen an den anderen Zonen,an denen geschmolzenes Glas aus den Düsen noch koaguliert, unterschiedlich ist, unmöglich, daß man ein gleichförmiges Temperaturprofil über dem Düsenkopf erhält. Dieses ungleichförmige Temperaturprofil macht die Trennschritte des geschmolzenen Glases schwierig, da das mit hoher Temperatur aus den Düsen austretende Glas zum Koagulieren neigt, während das aus den Düsen mit niedrigerer Temperatur austretende geschmolzene Glas zum Verfestigen neigt, wodurch die Düsen verstopfen. Hierdurch benötigt man bei den bekannten eng beabstandeten Düsenköpfen eine beträchtliche Zeit und einen großen Arbeitsaufwand zur Durchführung der Trennschritte. Es ist daher notwendig, die Glasfaserausbildung während des gesamten Ziehverfahrens zu überwachen, so daß sehr schnell ein Faserbruch festgestellt wird, bevor sich der Bruch auf alle Fasern ausdehnt um dadurch die Trennschritte zu erleichtern. Entsprechend ist die Zahl Ziehdüsen, die von einer Überwachungsperson bedient werden können, bei Ziehdüsen mit 2000 Düsen auf 3 Ziehdüsen begrenzt.

Wenn jedoch die Ziehdüsen mittels längs und quer verlaufender/, paralleler Kerben getrennte Düsen aufweisen, ist es nicht notwendig, die Temperatur der Ziehdüse und das Volumen des gegen die Unterseite des Düsenkopfes geblasenen Luftstroms während der Trennschritte zu verändern. Weiter kann die Trennung an der gesamten Unterseite des Düsenkopfes gleichzeitig erfolgen'. Hierdurch kann die Trennung auf einfache Weise innerhalb kurzer Zeit so durchgeführt werden, daß die Faserbruchüberwachung nicht notwendig ist und entsprechend die Anzahl der Bedienungspersonen vermindert werden kann.

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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Düsenkopfes im Vergleich zu den bekannten Düsenköpfen sind aus den folgenden Versuchswerten ersichtlich:

Beispiel 1

Es wurden mit Düsenköpfen mit 2000 Düsen Fasern von vergleichsweise großem Durchmesser gezogen. Die Bedingungen bzw. Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1

Stand der Technik Erfindung

Düsendurchmesser Dicke des Düsenkopfes Düs enabstand
Breite der Kerben Tiefe der Kerben Ziehgeschwindigkeit Anzahl der Brüche von Fasern mit einem Durchmesser von: 23 μ 17 μ 13 u

Trennzeit nach völligem Überziehen des Düsenkopfes
Anzahl Ziehdüsen pro Arbeiter
Durchflußmenge der Kühlluft

1,20 mm
2,00 mm
2,00 mm

g/min

4,9 mal/Tag
6,3 mal/Tag
mal/Tag

4,5 min

1,20 mm 2,00 mm 2,30 mm 0,70 mm 0,50 mm 900 g/min

2,0 m³/min

4,5 mal/Tag 6,5 mal/Tag 10 mal/Tag

1 ,5 min

1,1 m³ /min

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Beispiel 2

Es wurden mit Düsenköpfen mit 2000 Düsen Glasfasern mit relativ kleinem Durchmesser gezogen. Die Bedingungen bzw. Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Stand	Düsendurchmesser	der Technik	Erfindung
Dicke des Düsenkopfes	1,15 mm	1 ,15 mm
Düsenabstand	2,00 mm	2,00 mm
Breite der Kerben	2,30 mm	2,30 mm
Tiefe der Kerben		0,80 mm
Ziehgeschwindigkeit		0,50 mm
Anzahl der Brüche	750 g/min	750 g/min
von Fasern mit einem
Durchmesser von:
13 μ
10 μ	25 mal/Tag	9,2 mal/Tag
Trennzeit nach völli	150 mal/Tag	13,1 mal/Tag
gem überziehen des
Düsenkopfes
Anzahl Ziehdüsen	8 min	2 min
pro Arbeiter
Durchflußmenge der	1	10
Kühlluft i
1,7m³/min	1,0m³/min

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Beispiel 3

Es wurden mit Düsenköpfen mit 1600 Düsen Glasfasern mit relativ kleinem Durchmesser gezogen. Die Bedingungen bzw. Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3	Stand der	Erfindung (A)	Erfindung (B)
	Technik	1,10 mm	1,05 mn
	1,10 mn	3,40 mn	5,60 mn
Düsendurchmesser	3,40 um	2,20 mm	2,90 mm
Dicke des Düsenkopfes	2,20 mn	0,90 mn	1,50 mm
Düsenabstand		1,50 mm	2,50 mn
Breite der Kerben
Tiefe der Kerben	Ziehen un	400 g/min	200 g/min
Ziehgeschwindigkeit	möglich

Anzahl der Brüche
von Pasern mit einem		10 mal/Tag	-
Durchmesser von:	-		7,8 mal/Tag
	-
⁵P
Trennzeit nach völli
gem überziehen des	Trennen un	4 min	5 min
Düsenkopfes	möglich
		10	10
Anzahl Ziehdüsen	-
pro Arbeiter		0,7 mVmin	0,5 m³/min
Durchflußmenge der
Kühlluft

Bei den bekannten Düsenköpfen ohne Kerben nimmt, wenn die Ziehgeschwindigkeit gesteigert wird, die zur Unterseite

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des Düsenkopfes mittels des durch die Düsen gezogenen geschmolzenen Glases entsprechend ab, so daß, wenn die Durchflußmenge der Kühlluft unverändert bleibt, der Düsenkopf in einem solchen Maß unterkühlt wird, so daß sich das geschmolzene Glas am Düsenkopf verfestigt, und die Düsen verstopft. Wenn die Durchflußmenge vermindert wird, kann die Trennung der koagulierten Glasfasern in einzelne Fasern nicht durchgeführt werden. Daher wird, wenn die Zuggeschwindigkeit unter ein gewisses Maß sinkt, die Trennung unmöglich. Es wurde festgestellt, daß die Trennung bei einer Zuggeschwindigkeit pro Düse von weniger als 0,2 g/min vollständig unmöglich ist. Mit dem Düsenkopf gemäß der Erfindung kann das geschmolzene Glas in den Kerben aus den Kerben zu dem Austritt jeder Düse umgebenden Unterseite sogar bei einer kleinen Ziehgeschwindigkeit und einer geringen Kühlluftmenge gelangen, so daß die Trennung des geschmolzenen Glases durchgeführt werden kann.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei dem erfindungsgemäßen Düsenkopf mit eng beabstandeten Düsen gegen die Luftstrahlen gerichtet sind, die Trennung als auch das Ziehen sogar bei einer geringen Ziehgeschwindigkeit möglich ist, bei der die Trennung und das Ziehen mit bekannten Düsenköpfen unmöglich war. Weiter wird die für den Trennvorgang des geschmolzenen Glases benötigte Zeit beträchtlich verkürzt. Wenn Glasfasern von geringem Durchmesser gezogen werden, wird die Häufigkeit des Faserbruchs auf ein Minimum vermindert. Ebenfalls werden mit dem erfindungsgemäßen Düsenkopf Arbeitskräfte eingespart und eine.Verminderung der Kühlluftmenge ermöglicht.

Die Erfindung wurde in bezug auf die Unterseite eines rechtwinkligen Düsenkopfes beschrieben, der mittels Ker-

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ben in quadratische Abschnitte unterteilt wurde. Es sind jedoch verschiedene Abänderungen möglich. Beispielsweise können drei Gruppen paralleler Kerben so angeordnet werden, daß sie sich untereinander mit einem Winkel von 60° schneiden, und dreieckige Prismen ausbilden.

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e e r s e

ite

Claims

32 051

Nitto Boseki Co., Ltd., Fukushima-Shi / Japan

Düsenkopf für eine Glasfaserziehdüse

Patentans ρ r ü c h e

Düsenkopf für eine Glasfaserziehdüse mit einer ebenen unteren Fläche und mehreren darin ausgebildeten Düsen, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Gruppen paralleler Kerben (15) auf der Fläche ausgebildet sind, die sich untereinander schneidend über die Fläche erstrecken und sie in mehrere Abschnitte unterteilen, in denen jeweils eine der Düsen (6) angeordnet ist.
2. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Gruppen der Kerben (15) rechtwinklig zueinander angeordnet sind,, so daß die Abschnitte Qua-

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drate bilden.
3. Düsenkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Gruppen paralleler Kerben mit einem Winkel von 60° zueinander angeordnet sind, so daß die Abschnitte Dreiecke ausbilden.
4. Düsenkopf nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen.
5. Düsenkopf nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (15) einen ü-förmigen Querschnitt aufweisen.
6. Düsenkopf nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (15) einen V-förmigen Querschnitt aufweisen.
7. Düsenkopf nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (5) aus einer Platin-Rhodium-Legierung besteht.
8. Düsenkopf nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf aus einer Platin-Gold-Palladium-Legierung besteht.·
9. Düsenkopf für eine Glasfaserziehdüse mit einem Düsenkopf, der eine untere ebene Fläche und eine große Anzahl eng aneinander angordnete Düsen aufweist, so daß die an den benachbarten Düsen erzeugten Glaskegel leicht koagullieren und ein überziehen der gesamten unteren Fläche bewirken, wobei es erforderlich ist, Kühlluft gegen die untere Fläche des Düsenkopfes um ein überziehen zu

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verhindern, zu blasen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Gruppen paralleler Kerben (15) auf der unteren Fläche ausgebildet sind, die sich untereinander schneidend so angeordnet sind, daß die untere Fläche in eine große Anzahl Abschnitte unterteilt wird, wobei jeweils in einem der Abschnitte eine Düse (6) angeordnet ist.
10. Düsenkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Gruppen der Kerben (15) rechtwinklig zueinander angeordnet sind, so daß sie Quadrate ausbilden.
11. Düsenkopf nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von Düsenmitte zu Düsenmitte im Bereich von 1,4 mm bis 4 mm liegt, und daß die Kerben (15) mit rechtwinkligem Querschnitt eine Breite von 0,3 mm bis 3 mm und eine Tiefe von 0,4 mm bis 4 mm aufweisen.
12. Düsenkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kerben (15) sich unter einem Winkel von 60° untereinander schneiden, so daß Dreiecke ausgebildet werden.
13. Düsenkopf nach Anspruch 9, TO, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (5) aus einer Platin-Rhodium-Legierung besteht.
14. Düsenkopf nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (5) aus einer Platin-Gold-Palladium-Legierung besteht.

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