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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern
| Die Erfindung betrifft, allgemein gesagt, ein ver- |
| bessertes Verfahren und eitre Vorrichtung zur Her- |
| stellting v<@ii 1, asertt <ins einem glasigen bzw. in
d-°r |
| \Värnie erweichen(len Werkstoff, wie beispielsweise |
| (;las. |
| Glasfasern finit 1)urclimessern von einem Mikron |
| und so-ar weniger siii-(1 l).creits mit Erfolg dadurch |
| hergestellt w<ir(leu. (1a13 ein kleiner Stab oder |
| primärer laden aus (glas in einen Gasstrom von |
| li(ylier 'hcnil)#,r@ittir und 'kolier Geschwindigkeit ein- |
| geführt und das sich vorwärts bewegende Ende |
| des Stal;es oder l@adens dtircli die Wärme und die |
| nicclianiscli" l.nergic (1,:#s Gasstrahls geschmolzen |
| und iin ()ticrsc'litiitt entsprechend verjüngt wurde. |
| Der das #Zcliiiielz-eii und dieQuerschnittsverjüngung |
| bewirken(le Gasstrom kann durch Verbrennen einer |
| Miscbung von Brennstoff und Luft in einem be- |
| grenzten Raum oder einer abgeschlossenen Kammer |
| und .\l)fiilirtiii,Ir der @-:rl>r:nnungspro(lttkte aus der |
haniiner durch eine Öffnung, die so klein bemessen ist, daß sie den Verbrennuaigsprodtikten
beim 1)urclitritt durch sie eine außerordentlich hohe G-cschwindigkeit erteilt,
erzeugt werden.
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Bei dem bisher gebräuchlichen Verfahren wird der Vorscliuli des Fadens
in den Gasstrom in Abhängigkeit von der Temperatur desselben und dem 1)urclimesser
des Fadens usw. so bemessen, daß das sich vorwärts hewege.n@die Ende des Fadens
in dem Gasstrom geschmolzen und durch diesen in Form eines Stroms abgeführt wird,
dessen Ende mit dem festen Faden verbunden bleibt. In Fällen, in denen der primäre
Glasfaden in den Gasstrom rechtwinklig oder im wesentlichen rechtwinklig zu diesem
einmeführt wird, werden- der Vorschub des Fadens und die Temperatur dies Gasstroms
so geregelt, daß der Teil dies Fadens, der sich innerhalb des Gasstroms befindet,
noch hinreichend fest ist, um der \-#"rjüngezid wirkenden Energie desselben in
dem
Bereich, von welchem der zu verjüngende flüssige Strom ausgeht, Widerstand leisten
kann, so daß der flüssige Strom durch die Energie des Gasstroms zu einer Faser des
gewünschten Querschnitts ausgezogen wird.
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Hieraus ergibt sich, daß der Durchmesser des primären, in den Gasstrom
eingeführten Fadens seine Geschwindigkeit bzw. sein Vorschub und die Temperatur
in der Zone dies Gasstroms, in welche der primäre Faden eingeführt wird., Faktoren
darstellen, von denen die Geschwindigkeit der Herstellung und deshalb die Menge
der hergestellten verjüngten Fasern abhängt. jeder dieser Faktoren oder eine beliebige
Kombination derselben kann selbstverständlich innerhalb gewisser Grenzen geändert
werden und derart eine Vielzahl von verschiedenen: Ergebnissen hinsichtlich der
Größe und Menge der'hergestel.lten Fasern. erzielt werden.
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Eine Aufgabe, die sich bei der Herstellung von Fasern mach dem vorstehend
beschriebenen oder einem damit äquivalenten Verfahren ergibt, besteht darin, einen
Gasstrahl von einer Temperatur, die ausreicht, um ein schnelles Schmelzen der sich
vorwärts bewegenden Enden der primären Fäden in dem Maß, in welchem sie in dien
Gasstrahl eingeführt werden, zu bewirken, zu erzeugen und gleichzeitig dem Gasstrahl
eine Geschwindigkeit zu erteilen, die ausreicht, um das geschmolzene Material zu
feinen Fasern auszuziehen. Die Geschwindigkeit des Gasstroms Kann durch eine entsprechend
starke Verkleinerung dies Querschnitts der Brennerdüse erhöht werden, jedoch ergibt
eine solche Maßnahme einen Gasstrom von entsprechend verringerter Tiefe in der Nähe
des Brenners und führt zu einer Verringerung der Schmelzdauer, die für die mit einer
gegebenen Geschwindigkeit in den Gasstrom eingeführten Fäden zur Verfügung steht.
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Gemäß der Erfindung wird: diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Primärfäden
vor ihrer Einführung in den Gasstrom erwärmt werden. Hierdurch wird das Schmelzen
der Fäden durch den Gasstrom erleichtert, und der Querschnitt der Brennerdüse kann
mit dem Ergebnis einer Erhö'hurng der Geschwindigkeit des Gasstroms verringert werden..
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Eine Vorerwärmung der primären: Fäden ist besonders in Anlagen vorn
Vorteil, bei welchen die Fäden in Richtung quer zu dem Gasstrom in diesen eingeführt
werden. Bei einer Anlage dieser Bauart ist die Zeitdauer, die für das Schnnelzen
des sich vorwärts bewegenden Endes des Fadens zur Verfügung steht, durch die Stärke
(den Querschnitt) des Gasstrahls, die Vorschubgeschwindigkeit des Fadens in diesem,
und seinen Durchmesser begrenzt. Die Tiefe des Gasstroms ihrerseits wird durch die
Abmessungen: der Brennerdüse begrenzt, die so klein zu :bemessend ist, als sich
dies praktisch als möglich erweist, um dem Gasstrom eine hohe Geschwindigkeit zu
erteilen. Ferner müssen Querschnitt und Vorschwbgeschwinddigkeit des primären Fadens
so groß als möglich: sein, um eine möglichst hohle Leistung an 'hergestellten sekundären
Fasern in der kürzest möglichen Zeit zu ergehen. Durch Vorer'hitzung der primären
Fäden unmittelbar vor ihrer Einführung in den Gasstrahl wird die Schmelzdauer verringert,
die Verwendung einer kleineren Brennerdüse möglich und damit der mögliche Verjüngungsgrad
der Fasern vergrößert. Ferner können auch sowohl der Durchmesser wie die Vorschubgeschwindigkeit
der primären: Fäden vergrößert werden, ohne daß sieh dies im Sinn einer Vergrößerung
der Abmessungen der sekundären Fasern auswirkt.
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Ein besonderes EinzeLmerkmal der Erfindung besteht in der Vorerwärmung
der primären Fäden Nor ihrer Einführung in den verjüngenden Gasstrom dadurch, daß
die Fäden in dichte oder wärmeleitende Lage zu einer Wärmequelle, wie der Wandung
des den Gasstrom erzeugenden Brenners gebracht werden, welche durch die Verbrennungsprodukte
innerhalb des Brenners erhitzt wird oder mittels elektrischer Heizelemente, die
entweder in der Fadenführung oder in der Wandung des Brenners in der Nähe des Abgabeendes
der Führung angebracht sind, erwärmt werden. Alternativ kann .die Vorerhitzung der
Fäden auch durch die Verbrennungsprodukte einer sekundären Brennkammer erfolgen,
die aus dieser mit einer Temperatur und Geschwindigkeit austreten, die wesentlich
geringer ist als die Temperatur und Geschwindigkeit des die Verjüngung bewirkenden
Heißgasstrahls, ferner auch durch einen kleinen, zwischen der Fadenführung ,und
der Austrittsdwse für den die Verjüngung bewirkenden Gasstrahl angeordneten Brenner,
der eine Flamme auf die sich dem Gasstrahl nähernden Fäden richtet.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung bestecht darin, daß eine Kühlungsmöglichkeit
für die primären Fäden, wenn sie im Begriff sind, in den Gasstrom eingeführt zu
werden, vorgesehen sind, so daß auf diese Weise die Temperatur der Fäden auf einen
Punkt eingestellt werden kann, der hinreichend unterhalb der Erweichungstemperatur
des Glases liegt, um sicherzustellen, daß die Fäden der Energie des Gasstroms Widerstand-
leisten und ein Ankleben. der Fäden an der benachbarten Wandung des Brenners oder
der Führung verhindert wird.
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Eine weitere Möglichkeit besteht gemäß der Erfindung darin, daß die
Glasfäden dadurch vorerhitzt werden, daß sie in den die Verjüngung bewirkenden Gasstrahl
in einem Winkel zu diesem eingeführt werden, mit dem Ergebnis, daß eine größere
Länge der primären Fäden der Hitze des Gasstrahls ausgesetzt ist. Der Neigungswinkel
der Fadenführung gegenüber dem Gasstrahl kann je nach den gewürrschten Abmessungen.der
herzustellenden Fertigfasern geändert werden.
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Die vorstehenden sowie weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden
an! Hand der Zeichnundgen erläutert werden, in welchen Fig. i eine schematische
Seitenansicht einer Vorrichtung, welche die Merkmale der Erfindung aufweist, darstellt;
Fig.2 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. i ; Fig. 3 ist eine Ansicht
der Fadenführung;
Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch den Brenner
und zeigt die Fadenführung in der Arbeitsstellung zu diesem Fig. ; ist ein Längsschnitt
durch eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung; Fig.6 ist eine @-orderansicht
der Ausführungsform nach Fia.
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Fig. 7 veranschaulicht teilweise im Schnitt eine andere Ausführungsform
der Erfindung; Fig.8 ist eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 7, Fig. 9
ein Schnitt durch eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 10
ein teilweiser Schnitt durch eine noch andere Ausführungsform und Fig. ii ebenfalls
ein Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Allgemein gesagt, dienen alle verschiedenen, nunmehr im einzelnen
zu beschreibenden Ausfü'hrungsforcnen der Erfindung der Herstellung von Fasern aus
einem in der Wärme erweichenden Werkstoff durch die Einwirkung eines Gasstraihls
von hoher Temperatur und hoher Geschwindigkeit. In jedem Fall wird dieser Gasstrom
durch Verbrennen eines brennbaren Gasgemischs in einem abgeschlossenen Raum oder
einer Kammer und Ausströmenlassen der Verbrennungsprodukte aus der Kammer durch
eine kleine Austrittsöffnung bzw. einen ebensolchen Austrittskanal erzeugt.
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Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung von Glasfasern
von gegebenem Querschnitt aus Glasfäden, indem die Fäden in festem oder im wesentlichen
festem Zustand in den Gasstrahl bzw. die Verbrennungsprodukte, die aus der Verbrennungskammer
austreten, eingeführtwerden. Die Glasfäden werden in den Gasstrahl quer zu seiner
Strömungsrichtung unmittelbar der Austrittsöffnung benachbart ein.gefü@hrt, um derart
die Höchsttemperatur und Geschwindigkeit des Gasstrahls möglichst vorteilhaft auzunutzen.
Die Temperatur des Gasstrahls ist so viel höher als die Schmeelztemperatur des Glases
der Fäden, daß das sich vorwärts bewegende Ende der Fäden schmilzt, während es sich
in dem Gasstrahl befindet. Das gesc!hmolzcne Glas an den sich vorbewegenden Enden
der Fäden wird in Form eines flüssigen Stroms abgeführt, und die Geschwindigkeit
des Gasstrahls ist hinreichend hoch, um eine Verjüngung bzw. ein Ausziehen der flüssigen
Ströme zu Fajsern der besonderen gewünschten Abmessungen zu bewirken.
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Die Erfindung schlägt vor, die primären Fäden vorzuerhitzen, bevor
sie in den Gasstrahl eingeführt werden. Iraktisch werden die Fäden auf eine unterhall>
der 1?rweichungstemperatur des Glases liegende Temperatur erhitzt, so daß die sich
vorwärts bewegenden Enden der Fäden nicht merklich in der Richtung des Gasstraps
umgebogen werden, wenn sie in diesen eingeführt werden. Einer Überhitzung der primären
I# ädere durch die ihrer Vorerwärmqng dienenden Vorrichtungen wird dadurch vorgebeugt.
daß weitere \"orrichtungen vorgesehen sind, um die Fäden unmittelbar. bevor sie
in den verjüngenden Gasstrotn eintreten, zlt kühlen. Immer werden die Fäden in den
die. Verjüngung bewirkenden Gasstrahl unter erhöhter Temperatur eingeführt, um derart
ein Schmelzen ihrer siech vorwärts bewegen den Enden zu bewirken, bevor sie völlig
durch den Gasstrahl hindurchbewegt worden sind. Infolgedessen können die Vorschubgeschwindigkeit
der primären Fäden in dem verjüngenden Gasstrom und/oder ihr Querschnitt gesteigert
werden, je nach den Abmessungen der endgültig herzustellenden Fasern.
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Ein Verfahren zur Herstellung der primären Fäden ist schematisch in
Fig. i der Zeichnungen dargestellt. In dieser ist mit io eine Glasspeisevorrichtung
bezeichnet, die die Form eines langen, verhältnismäßig engen Troges besitzen kann,
in dessen Bodenwandungeine Anzahl: von Speisedüsen angeordnet sind. Diese Speisevorrichtung
wird mit Glasbruch oder Glasmasse in geeigneter Weise beschickt und diese in ihr
durch Erhitzen in geschmolzenem Zustand übergeführt. Das geschmolzene Glas fließt
aus den Öffnungen i i in kleinen Strömen aus, die mittels miteinander zusammenwirkender
Speisewalzen 13 und 14, die in einer hinreichenden Entfernung von der Speisevorrichtung
io liegen, um ein Kühlen der Fäden oder Fasern bis zur Verfestigung, bevor sie zwischen
die Walzen eintreten, zu sichern, bis auf den für die primären Fäden oder Fasern
12 in Beracht kommenden Durchmesser verjüngt werden. Die Speisewalze 13 kann durch
einen schematisch in Fig. i angedeuteten Elektromotor 15 angetrieben werden.
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Die primären Fäden, welche die miteinander zusammenwirkenden Speisewalzen
verlassen, werden in den sie verjüngenden Gasstrahl in der oben bereits beschriebenen
Weise eingeführt bzw. eingeschleudert. Die Temperatur des die Verjüngung bewirkenden
Gasstrahls ist sehr hoch und liegt in der Nähe von 16oo° C, und. seine Geschwindigkeit
wird nicht durch die der Flammenausbreitung begrenzt. Auf diese Weise bewirkt der
Gasstrahl nicht nur eine hinreichende Erfhitzung, um die primären Glasfäden auf
die Verjüngungstemperatur zu bringen, sondern auch einen sehr hohen Verjüngungsgrad:
des geschmolzenen Glases zu feinen sekundären Fasern. Die sekundären Fasern werden,
sobald sie gebildet sind, durch den Gasstrahl durch' die Atmosphäre hindurchgefördert
und auf einen geeigneten porösen Förderer 16 abgelegt, welcher quer durch den Weg
der von dem Gasstrahl getragenen Fasern bewegt wird. An der rückwärtigen Seite des
Förderers 16 ist zweckmäßig eine Saugkammer 17 angeordnet, und zwar so, daß sie
sich über ,die der Fasern erstreckt und, aus diesen derart eitre :Matte 18 aufbaut.
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Wie oben bereits bemerkt, wird die 'hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls
durch Verbrennen einer brennbaren Gasmischung in einer geschlossenen Kammer und
Ausströmenlassen der Verbrennungsprodukte durch eine kleine Öffnung, welche die
Gase führt und beschleunigt, so daß sich ein intensiver heißer Gasstrom von hoher
Geschwindigkeit ergibt,erzielt. Das verwendete brennbare Gas kann ein solches von
jeder für diesen
Zweck geeigneten Art sein. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit
wird vorzugsweise ein gewöhnliches Brenngas, wie Naturgas oder ein künstlich hergestelltes
Heizgas, verwendet. Dieses Gas wird mittels der gebräuchlichen Luft- und Gasmisohvorridhtungen
mit der zweckmäßigen Luftmenge gemischt. Die Gas-Luft-Mischungwnrd der Mischungsvorrichtung
unter mäßigem Druck von ungefähr 0,0007 bis 0,0035 kg/mm$ entnommen, jedoch
kann dieser Druck, falls erwünscht, auch erheblich höher sein. Sie wird durch eine
übliche Leitung nach einer geschlossenen Zündkammer geleitet, in welcher ihre Zündung
erfolgt.
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In Fi.g. 4 der Abbildungen ist eine Ausbildungsform der Vorrichtung
zur Zündung der Gasmischung zum Zweck der Erzeugung des die Verjüngung der Fäden
bewirkenden Gasstrahls dargestellt. Diese Vorrichtung besteht aus einem Brenner
i9 mit einem Körper 2o aus feuerfestem Werkstoff und einer darin vorgesehenen Ver-1>rennungskammer
21. Ein Ende der Verbrennungskammer ist durch die Wandung 22 abgeschlossen, die
eine Vielzahl von kleinen, sich durch sie erstreckenden Öffnungen aufweist, währende
das andere Endre der Kammer durch eine Wand 28 abgeschlossen ist, in der eine kleine
Auslaß- oder Düsenöffnung 23 vorgesehen ist. Der feuerfeste Körper kann von einem
Gehäuse aus Metallblech umschlossen sein, welches sich über ein Ende des Körpers
hin erstreckt und hier zwischen dem Ende des Gehäuses und der perforierten Wandung
22 eine Eintrittskammer 25 bildet. Eine geeignete Leitung 26, die mit dem Gehäuse
verbunden ist, dient der Einführung der brennbaren Gasmischung in die Eintrittskammer
25. Die Gasmischung, die in diese eingetreten ist, strömt durch die öffnungen, 22'
in der Wandung 22, wird. gezündet und verbrennt unter erheblicher Expansion.
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Während des. Betriebes werden die Wandungen der Kammer 21 durch das
verbrennende Gas erhitzt. Durch die heißen Wandungen wird die Geschwindigkeit, mit
welcher das in die Kammer eintretende Gas verbrennt, und. damit die Expansion der
Verbrennungsprodukte, welche, wenn sie durch die Auslaßöffnung 23 austreten, zu
einem sehr heißen Gasstrahl von hoher Geschwindigkeit beschleunigt werden, gesteigert.
Der Querschnitt der Düsenöffnung 23 kann,. gegenüber dem Querschnitt der Kammer
21 innerhalb eines gewissen Bereichs geändert werden, je nach der Temperatur, die
der die Düsenöffnung verlassende Gaisstrom besitzen soll. Austrittsdüsen von vergleichsweise
größerem Querschnitt gegenüber der Kammer 21 ermöglichen das Verbrennen einer größeren
Gasmenge und ergeben eine höhere Temperatur des Gasstroms, jedoch gleichzeitig eine
Verringerung seiner Geschwindigkeit. Vorzugsweise wird der Querschnitt der Austrittsdüse
23 nicht größer gewählt als es notwendig ist, um denGasstrahl auf dieTemperatur
zu bringen, die erforderlich ist, um das Glas auf die Verjüngungstemperatur zu erhitzen.
Das beste Verhältnis der Quersehnittsgröße des Kanals 23 zu (lern Querschnitt der
Kammer 21 kann durch einfachen Versuch ermittelt «-erden. In den meisten Fällen
wird es zweckmäßig innerhalb der Grenzen i : 8 und i : 4 liegen. Diese Ausbildung
ergibt eine hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls zusammen mit einer für das schnelle
Schmelzen des Glases hinreichenden Temperatur desselben.
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Aus Fig.4 ist weiter ersichtlich, daß in dem feuerfesten Futter 2o
der Verbrennungskammer am vorderen Ende des Brenners eine Tasche 27 gebildet ist,
die der Vorderwandung 28 dies Brenners oberhalb der Austrittsdüse 23 benachbart
liegt. Die Tasche 27 steht mit der N'erbrennungskammer 21 in Verbindung. Der Teil
29 der vorderen Wandung 28 oberIlialb der Austrittsöffnung 23 besteht aus einem
hitzebeständigen Material, welches in hohem Maß wärmeausstrahlend wirkt. Der Teil
der Brennerwandung oberhalb der Düsenöffnung 23 kann durch einen besonderen Körper
29 gebildet werden, welcher an seinem oberen Ende einen sieh nach rückwärts erstreckenden
Flansch 30 aufweist. der mit der benachbarten Wandung des Gehäuses 24 verbunden
ist, ferner einen verhältnismäßig kurzen Flansch 31, der sich von seiner unteren
Kante nach rückwärts erstreckt. Der Flansch 31 bildet die obere Wandung der Austrittsdüse
23.
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Aus den vorstehenden. Darlegungen ergibt sich, daß das Glied 29 durch
die Verbrennungsprodukte in der Kammer 21 auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt
wird und daß, da dieses verhältnismäßig dünn ist, eine erhebliche Wärmeausstrahlung
von diesem stattfindet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die von dem Glied 29
ausges'tra'hlte und geleitete Wärme zur Vorerwärmung dier primären Fäden
12 benutzt, gerade bevor diese in den aus der Düse 23 austretenden Gasstrahl
eingeschleudert wenden. Die Fäden 12 werden derart auf eine Temperatur etwas unterhalb
der Erweichungstemperatur des Glases erhitzt, welche etwa bei 65o° C liegt. Auf
jeden Fall muß dafür gesorgt werden, daß die Temperatur unterhalb eines Punktes
gehalten wird, bei welchem die Energie des die Verjüngung bewirkenden Gasstrahls
das sich vorwärts bewegende Endre des Fadens in Richtung des Gasstrahls umbiegen
würde, mit anderen Worten, werden die Fäden in einem hinreichend festen Zustand
erhalten, um der Energie des verjüngenden Gasstroms widerstehen zu können und zu
ermöglichen, daß die kinetische Energie des Gasstrahls von ihnen, dünnste Fäden
von flüssigem Glas abzieht, wobei diese flüssigen Fäden mit den noch festen primären
Fäden verbunden bleiben.
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Obwohl also das Maß der Vorerwärmung der Fäden begrenzt ist, ist bereits
dieser zulässige Grad der Vorerwärmurng von großem Vorteil, weil er das Schmelzen
der sich vorbewegenden Enden der Fäden 12 durch den die Verjüngung bewirkenden.
Gasstrafil sogar in, Anlagen sichert, in welchen die Größe der Brennerdüse 23 und,
infolgedessen die Tiefe des Gasstrahls sehr gering ist. Die Vorerwärmung der Fäden
ermöglicht ferner die Herstellung feinerer Fasern bei einem gegebenen Durchmesser
der primären Fäden und einem gegebenen Vorschub der primären Fäden in den- die
Verjüngung
bewirkenden Gasstrahl. Sie ergibt ferner die -Möglichkeit, die Leistung einer Anlage
von gegebenen Abmessungen dadurch zu steigern, claß die Vorsch@ubgeschwindigkeit
der , primären Fäden in dem Gasstrahl erhöht wird und/oder primäre Fäden von größerem
Durchmesser verwendet werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Fäden völlig
durch den Gasstrahl hindurchgesclileu.dert werden, bevor ihre vorwärtigen Enden
geschmolzen sind. Schließlich ferner können Fasern von vergleichsweise großem Querschnitt
in industriellem Ausmaß aus primären Fäden von erheblichem Durcliniesser hergestellt
werden, ohne daß der Querschnitt der I3renner(Iüse 23 entsprechend vergrößert wird.
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Gemäß dein Ausführungsbeispiel \%-erden die primären Fäden durch eine
Führung 32, die unter den miteinander zusammenwirkenden Beschikkungswalzen 13 und
14 angeordnet ist, in wärmeleitende Nachbarschaft des Gliedes 29 geführt. Die Führung
32 besteht aus einer sich in der Bewegungsrichtung der primären Fäden, welche die
Speisewalzen verlassen, erstreckenden Platte 33, die eine -Mehrzahl von Rillen 34
in seitlichem Abstand voneinander aufweist, deren Zahl der der primären Fäden entspricht.
Die seitlichen Abstände der Rillen 34 sind so bemessen, daß diese die primären Fäden,
welche die Speisewalzen verlassen, aufnehmen. 1)ie Rillen erstrecken sich über die
Gesamtlänge der Platte 33. Der untere Endteil 35 der Platte 33 erstreckt sich nach
unten neben dem Glied 29 und endet im wesentlichen mit der oberen Wandung 3 i der
Düse 23 fluchtend. In diesem ZusammenIiangist darauf hinzuweisen, daß die Länge
des Kanals 23 der Länge der Platte 33 entspricht, so daß alle das Austragsende dieser
Platte oder Führung verlassendien Fäden in den aus der Düse 23 austretenden Gasstrahl
eingeschleudert werden.
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Die Führung 32 ist durch eine Abdeckung 35 abgeschlossen, die an der
Rückseite der Platte 33 oberhalb der Rillen 34 befestigt ist und die primären Fäden
umschließt. Das untere Ende des Deckels 36 endet in kurzer Entfernung von dem Teil
35 der Platte 33, so daß auf dem derart freien Teil der primären Fäden unmittelbar
der von dem Glied 34 an der vorderen Wandung des Brenners i9 ausstrahlenden Wärme
ausgesetzt sind. Da der Teil 35 der Fü'lirung oder Platte 33 in so enger Nachbarschaft
des Gliedes 29 an dem Brenner i9 liegt, wird diese Platte außerordentlich hohen
Temlxratureri ausgesetzt. Sie kann, falls erwünscht. durch einen an ihrer Vorderseite
vorgesehenen -Mantel gekühlt werden. In diesen kann über eine Einführungsleitung
38 von einer geeigneten Zuführung aus ein Kühlmittel eingeleitet und aus dem Mantel
über eine Austrittsleitung 39 abgeführt werden.
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Wenn die primärenFäden sich längs derFührung 32 bewegen, so bewirkt
der Druck des Gasstra'kils auf die Spitzen der Fäden zusammen mit der Kante
35' der Führung, die als Abstützung dient, ein Umbiegen der Fäden zwischen
der Kante und dem Deckel nach rückwärts, so daß sie in unmittelbare leitende Berührung
mit drein Glied 29 gelangen. Auf diese Weise werden die primären Fäden bis auf eine
gerade unterhalb des Erweichungspunktes des Glases liegende Temperatur erhitzt,
bevor sie in den sehr 'heißen und mit hoher Geschwindigkeit aus der Düse 23 ausströmenden
Gasstrahl eingeführt oder eingeschleutdert werden.
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Eine andere Vorrichtung, die zur Vorerhitzung c;cr primären Fäden
unmittelbar vor ihrer Einführung in den verjüngenden Gasstrahl verwendet werden
kann, ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Diese weitere Ausführungsform der Erfindung
unterselieidet sich grundsätzlich von der vorstehend beschriebenen hinsic'htlic'h
der Ausbildung des Brenners, welcher in den Fig. 5 und 6 mit 40 bezeichnet ist.
Im einzelnen besteht der Brenner 40 aus einem Körper 41 aus feuerfestem Werkstoff
und einem diesen umschließenden Metallgehäuse 42. Der Körper 41 weist zwei Verbrennungskammern
43 und 44 in einander benachbarter Anordnung auf, die voneinander durch eine Scheidewand
45' getrennt sind. In Fig. 5 der Zeichnungen ist die Verlirennungskammer 44 oberhalb
der Verbrennungskammer 43 angeordnet dargestellt. Sie weist eine _lustrittsöffnung
oder Düse 45 von verringertem Durchmesser auf.
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Das rückwärtige Ende der Verbrennungskammer 43 wird durch eine perforierte
Wand 46 mit einer Mehrzahl von kleinen, sieh durch sie erstreckenden Öffnungen abgeschlossen,
während das andere Ende der Öffnung mit einer Wand versehen ist, die eine verkleinerte
Austrittsöffnung, Düse 47, aufweist. Auch das rückwärtige Endre der Verbrennungskammer
44 kann durch eine perforierte Wand 48, ähnlich der Wand 46, die dieser benachbart
angeordnet ist, abgeschlossen sein. Das Metallgehäuse 42 weist ein Paar von Eintrittskammern
49 und 5o, die den Kammern 43 und 44 zugeordnet sind, auf. Mit den Eintrittskammern
sind geeignete Leitungen 51 und 52 verbunden, die die Einführung der gewählten Brenngasmischung
in die Eintrittskammern ermöglichen. Wie gemäß der erstbeschriebenen Ausführungsform
der Erfindung tritt die Gasmischung in die Eintrittskammer 49 ein und strömt durch
die Öffnungen in der Wand 46, wo sie gezündet wird, und unter der sich ergebenden
hohen Expansion verbrennt. Während dies Verbrennungsvorganges werden die Wandungen
der Kammer 43 durch die Verbrennungsprodukte erhitzt und, hierdurch die Geschwindigkeit
gesteigert, mit welcher die Gasmischung in der Kammer 43 verbrennt. Die Austrittsdüse
47 weist einen Querschnitt auf, welcher dem der Austrittsdüse 23 des Brenners i9
entspricht, und demzufolge werden die Verbrennungsprodukte, wenn sie durch die Düse
47 austreten, zu einem Strahl von sehr hoher Geschwindigkeit und höher Temperatur
beschleunigt. Die Verbrennungskammer 43 wirkt derart in der gleichen `"eise wie
die oben beschriebene Verbrennungskammer21 im Sinn der Erzeugung eines verjüngend
wirkenden Gasstrahls von hoher Temperatur.
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Gleichzeitig mit der Einführung des Gasgemischs in die Verbrennungskammer
43 aus der Eintrittskammer
49 wird auch Gasgemisch in die Verbren
nungskammer 44 eingeführt. Das in die Kammer 44 eintretende Gasgemisch wird gezündet,
und die Verbrerirnungsprodukte werdlen durch die Öffnung 45 abgeführt. Diese Öffnung
45 ist nicht sehr stark eingeschnürt, so daß die Verbrennungsprodukte aus der Kammer
44 mit einer verhältnismäßig geringen Gesehwindigkeit ausströmen und eine ruhige
bzw. sanfte Flamme ergehen.
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Die Fadknfiihrungkann die gleiche sein wie oben im einzelnen im Zusammenhang
mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben und ist mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Diese Führung endet an der oberen Kante der Austrittsöffniung
45 der Verbrennungskammer 44, so daß die Fäden quer über die Austrittsöffnung 45
geführt werden, bevor sie in, den aus der Austrittsdüse 47 ausströmenden., die Verjüngung
bewirkenden Gassträhl eingeführt werden. Auf :diese Weise werden die Fäden durch
die verhältnismäßig ruhige Flamme, die aus dem Austrittskanal 45 austritt, erhitzt,
bevor sie in den Gasstrahl eingeführt werden.
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Das Maß, auf welches die primären Fäden durch die Vorerwärmungsflamme
erhitzt werden, wird in Abhängigkeit von der Vorschubgesdhwindigkeit der Fäden und
ihrem Durchmesser geregelt, und zwar so, daß die Fäden auf eine Temperatur erhitzt
werden, die gerade unterhalb des Erweichungspunktes des Glases liegt. Wie bei den
erstbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist es erwünscht, die vorwärtigen
Enden der Fäden hinreichend fest zu erhalten, damit sie der Energie des die Verjüngung
bewirkenden Gasstrahls Widerstand leisten können, ohne daß sie sieh wesentlich in
seiner Strömungsrichtung umbiegen:. Dies kann dadurch erreicht werden, daß an dem
Brenner 42 unmittelbar der vorderen Seite der Scheidewand 45' gegenüber ein Streifen
oder eine, Platte 53 vorgesehen wird. Diese Platte liegt im Abstand von der Scheidewand
und wirkt als Führung für die Enden der Fäden, wenn. diese in den Gasstrahl eingeschleudert
werden.. Sie verhindert ferner jede Möglichkeit einer Ablenkung der Fäden durch
die aus der Austrittsöffnung 45 der Kammer 44 austretenden Verbrenrnumgsprodukte,
wobei, da die Temperatur der in die Führung 53 eintretenden Fäden unterhalb der
Erweichungstemperatur des Glases liegt, keine Gefahr besteht, daß die Fäden an der
Führung ankleben oder anhaften.
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Erwünsdhtenfalls können Vorkehrungen getroffen werden, um die Platte
53 entweder durch Luft oder durch Wasser zu kühlen, indem in der Platte eine Öffnung
oder ein Mantel 54 vorgesehen ist, durch welchen das Kühlmedium umlaufen kann. Der
Umlauf des Kühlmediums durch die Platte 53 bewirkt natürlich eine Kühlung der primären
Fäden, gerade bevor diese in den die Verjüngung bewirkenden Gasstrahl eingeschleudert
werden:. Durch Regelung des Maßes der Kühlwirkung der Platte 53 kann derart eine
Überhitzung der Fäden durch die Vorerwärmungsflamtrne ausgeglichen werden. Es ist
auf diese Weise möglich, die za'hlreic'hen Vorteile der Vorefhitzun(, der Fäden,
bevor sie in den die Verjüngung bewirkenden Gasstrahl eingeführt werden, zu erzielen
und hierbei die Fäden in hinreichend starrem Zustand zu erhalten, damit sie der
Energie des Gasstralhls Widerstand leisten können, so daß die dünnen Ströme von
geschmolzenem Glas der Verjüngungswirkung unterworfen oder au-sgezogen werden können,
während sie noch in Verbindung mit den entsprechenden Fäden stehen.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in den Fi.g. 7 und 8 dargestellt
ist, wird ein dem Brenner i9 ähnlicher Brenner 5ö verwendet, wobei jedoch die Tasche
27 in Fortfall kommt. Die Austrittsdüse 51' des Brenners ist so weit eingeschnürt,
daß sie der Austrittsdüse 23 dies Brenners i9 entspricht und einen Gasstrahl mit
dien, gleichen Eigenschaften, wie sie aben ausführlich beschrieben wurden, ergibt.
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Die Glasfäden 12 werden in den aus der Austrittsdüse 51' austretenden
Gasstrahl längs einer Führung 52' eingeführt, die aus einer Platte 53' und einer
Abdeckung 54 besteht. Die Platte 53' weist eine Reihe von Rillen 53" in seitlichem
Abstand voneinander auf, in denen die primären Fäden 12 gleiten. Ihr unteres Ende
erstreckt sich längs der Vorderseite des Brenners 5ö oberhalb der Düse 51' an dem
unteren Ende der Platte. Hieran ist eine Spitze 55 aus hitzebeständigem Material,
wie beispielsweise Platin, durch geeignete Befestigungsvorrichtungen 56 abnehmbar
befestigt, deren Rückseite Rillen aufweist, die mit den Rillen in der Platte 53'
fluchten und Verlängerungen der letzteren bilden. Das untere Ende der Spitze 55
endet an einem Punkt, der im wesentlichen mit der oberen Kante der Düsenöffnung
51' fluchtet, und wirkt mit der Platte 53' so zusammen, daß es die primären Glasfäden
in den die Verjüngung bewirkenden Gasstrahl einführt. Aus Fig.7 ist ersichtlich,
daß die Abdeckung 54 unten an der Oberkante des Brenners 50' endet, so daß
die Fäden der Hitze, die von der benachbarten Brennerwandung ausgestrahlt wird,
ausgesetzt sind und in der Nachbarschaft der Austrittsdüse 5i' in dien Gasstrahl
eingeführt werden.
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An: den entgegengesetzten Enden der Spitze 55 sind Klemmen 57 vorgesehen,
die in zweckmäßiger Weise elektrisch mit einem nicht dargestellten elektri dtten
Stromkreis verbunden sind. Die Platte 53' ist gegen die Spitze 5 5 durch geeignetes
Isoliermaterial 58, welches die Befestigungselemente umgibt und zwischen der Platte
und der Spitze angeordnet ist, elektrisch isoliert. Der durch die Spitze 55 fließende
Strom erhitzt diese, und die Wärme wird auf die längs der Spitze in den die Verjüngung
bewirkenden Gasstrahl eingeführten primären Glasfäden übertragen. Der Heizstrom
wird so geregelt, daß er die primären Glasfäden auf eine gerade unterhalb der Erweichungstemperatur
des Glases liegende bzw. eine solche Temperatur erhitzt, bei welcher die Fäden noch
der Energie des verjünenden Gasstrahls widerstehen können, ohne sich in- der Strömungsrichtung
dies Strahls umzubiegen.
Der in Fig. 9 dargestellte Brenner 6o kann
der gleiche sein wie der Brenner 5ö mit Ausnahme dessen, daß seine Vorderwandung
etwas dicker und die verjüngte Austrittsdüse 61 etwas länger ist als die entsprechende
Düse 5 i' des Brenners 5o'. Um die primären Fäden in den aus der Austrittsdüse 61
austretenden Gasstrahls einzuführen, kann eine der Führung 32 ähnliche Fadenführung
62 verwendet verdien.
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Elektrische Widerstände 63 der handelsüblich als »Glow,l>ars« bezeichneten
Ausbildung werden um die Austrittsdüse 61 'herum in den Brenner 6o eingebaut und
an eine nicht dargestellte elektrische Stromzuführung angeschlossen. Die Widerstände
63 bestehen üblicherweise aus einer Mischung von Kohlenstoff, wie Graphit und Ton,
so daß sie durch den hindurchfließendien Strom erhitzt werden. Der sich längs der
oberen Seite der Düse erstreckende Widerstand ist über eine in der Vorderwandung
des Brenners vorgesehene Aussparung 64 der Einwirkung der Atmosphäre ausgesetzt
und dient dazu, die primären Fäden zu erhitzen, wenn diese an der Aussparung vorbei
in dien aus der Düse 61 austretenden Gasstrahl eingeführt werden.
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Bei Anlagen, in welchen eine Mehrzahl von Widerständen nebeneinander
an den gegenüberliegenden Seiten der Brenneraustrittsöffnung 61 vorgesehen ist,
können diese auch dazu dienen, die Temperatur der Verbrennungsprodukte, welche durch
die Düse austreten, zu erhöhen. Im Ergebnis werden hierdurch der Expansionsgrad
der Verbrennungsprodukte und dementsprechend die Geschwindigkeit des Gasstrahls
gesteigert.
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Fig. 1o veranschaulicht eine noch weitere Ausführungsform der Vorrichtung
nach der Erfindung, die verwendet werden kann, um die primären Glasfäden unmittelbar
vor ihrer Einführung in den beschleunigenden Gasstrahl zu erhitzen. Der Gasstrahl
wird durch einen, dem in Fig. 7 dargestellten Brenner 51' ähnlichen Brenner erzeugt.
Dieser, weicht von dem Brenner 51' lediglich insoweit ab, <laß seine obere Wandung66
verjüngt verläuft bzw. nach rückwärts geneigt ist, so daß sich ein Zwischenraum
zwischen der Brenclerwandung und der üblichen Fadenführung 68 ergibt, der ausreicht,
um in ihm einen verhältnismäßig kleinen Flammenbrenner 67 unterzubringen.
Dieser Brenner 67 ist so angeordnet, daß er seine Flamme mach unten richtet,
und zwar so, daß sie auf die primären Glasfäden auftritft, gerade bevor diese in
dien aus der Austrittsdüse 69 des Brenners 65 austretenden Gasstrahl eingeführt
werden.
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Für dien Brenner 67 kann ein Brennstoffgemisch ähnlich dem für den
Hauptbrenner 65 verwendeten benutzt werden, jedoch kann der Brenner 67 auch ein
Bunsen- oder Flachbrenner sein. In jedem Fall dient der Brenner 67 der Vorerwärmung
der primären Fäden auf einte Temperatur, die gerade unterhalb des Erweichungspunktes
des Glases liegt, unmittelbar bevor die Fäden in den die Verjüngung bewirkenden
Gasstrahl eingeführt werden, unter Erzielung der sich !hieraus ergebenden, oben
erläuterten Vorteile. Eine Vorerwärmung der primären Fäden durch die eine oder andere
der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen bewirkt eine Verlängerung der Erhitzungsdauer
der Fäden. Diese gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß die primären
Glasfäden in den Gasstrahl in einem Winkel zu diesem eingeführt werden, so daß eine
größere Länge der Fäden der Hitze dies Gasstrahls ausgesetzt wird.
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Wie aus Fig. 11 ersichtlich, wird bei einer diesem Zweck dienenden
Vorrichtung zur Erzeugung des verjüngenden Gasstrahls ein dem. Brenmer 51 ähnlicher
Brenner 70 verwendet. Die primären Glasfäden werden über die Austrittsöffnung
oder Düse 71 in der Vorderwandung des Brenners längs einer der Führung 32 ähnliehett
Führung 72 geführt. Die Vorderwandung des Brenners ist in einem Winkel zu seiner
Bodenwandung nach rückwärts verjüngt oder geneigt und ebenso die Führung 72, um
derart die primären Fäden quer über die Düsenöffnung 71 in einer zu der der Öffnung
oder Vorderwandlung im wesentlichen parallel liegenden Ebene zu leiten. Auf diese
Weise wird ein größere Länge der primären Fäden dem aus der Öffnung 71 austretenden
Gasstrahl ausgesetzt und diadurch die Erhitzungsdauer verlängert. Die Verlängerung
der Erhitzungsdauer für einen gegebenen Weg des Fadens hängt von dem Winkel ab,
in welchem die Fäden in dien Gasstrahl eingeführt werden. Dieser kann von 45° oder
weniger bis 9o°' oder mehr geändert werden.. Unter sonst gleichen Verhältnissen
bestimmt der Winkel, in welchem die Fäden in den Gasstrahl eingeschleudert verdien,
dien Durchmesser der hergestellten Fertigfasern. Beispielsweise sind Fäden mit einem
Durchmesser von annähernd o,oo6 mm mit einer Vorrichtung 'hergestellt worden, bei
,veldler die primären Fäden in den verjüngenden Gasstrahl unter einem Winkel von
45 bis 5d°' eingeschleudert wurden. Falls Fertigfasern von noch kleineren Durchmessern
bis zu einem Mikron oder noch weniger hergestellt werden sollen, so wird der Winkel
bis auf 85 oder 95r°` gesteigert. Die Wirkungen; die hierdurch erzielt verdien,
sind ähnlich denen, die sich bei einer Vorerwärmung der primären Fäden ergeben,
dra auch hierbei die Fäden einer Erhitzung (in diesem Fall, durch den Gasstrahl
selbst) unterworfen verdien, bevor ihre vorderen Enden die Mitte dies die Verjüngung
bewirkenden Gasstrahls erreichen.