DE1011591B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus schmelzbarem Material, insbesondere Glas - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Zerfaserungsverfahren, bei dem keine großen Mengen an geschmolzenem Material vönnöten sind, die Zuführungsvorrichtungen in Wegfall kommen und das daher zur Zerfaserung von hochschmelzenden Gläsern besonders geeignet ist, sowie auf die dazugehörigen Vorrichtungen.

Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Zerfasern von Ausgangsstoffen mit einer hohen Erweichungstemperatur, die wesentlich oberhalb der praktischen möglichen Betriebstemperatur von Platin- oder Platinlegierungszuführungsvorrichtungen oder anderen Vorrichtungen aus hochschmelzenden Stoffen liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man ein stangenartiges Gebilde aus dem zu zerfasernden schmelzbaren Material um seine Längsachse rotieren läßt und ein Ende dieses Gebildes auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Materials erhitzt. Die Umlaufgeschwindigkeit der Masse wird so hoch gewählt, daß das erweichte Material infolge der auf es wirkenden Zentrifugalkraft in Fasern bildende Ströme ausgezogen wird. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Vertikal schnitt durch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird eine Glasstange 10 durch eine Stellschraube 11 in einer Hülse 12 gehalten. Eine Riemenscheibe 13 ist an der Hülse 12 verkeilt oder in anderer Weise befestigt. Die Hülse 12 sitzt drehbar in einem Kugellager 14, welches auf einer Platte 15 montiert ist. Die Platte 15 ist entlang den Führungen 16 verschiebbar und ruht auf der Kolbenstange 17 des Kolbens 18 eines hydraulisch angetriebenen Zylinders 19.

Die Kolbenstange 17 wird durch ein durch das Ventil 20 von einer nicht gezeichneten Quelle über ein Nadelventil 21 und eine Leitung 22 kommenden Druckmittel gehoben bzw. gesenkt. Das Druckmittel fließt von der Leitung 22 durch die Leitung 23 in den oberhalb des Kolbens 18 liegenden Teil des Zylinders 19 oder je nach der Stellung des Ventils 20 durch eine Leitung 24 zu dem unterhalb des Kolbens 18 befindlichen Zylinderteil. Das Nadelventil 21 ist ein Drosselventil und dient zur Regelung der Geschwindigkeit des Kolbens 18, der Kolbenstange 17 und damit auch der Platte 15. Steht das Ventil 20 in seiner dritten Stellung, dann kann das Druckmittel weder durch die Leitung 23 noch durch die Leitung 24 ein- oder aus-

Verfahren und Vorrichtung
zur Herstellung von Fasern aus schmelzbarem Material, insbesondere Glas

Anmelder:

Owens-Corning Fiberglas Corporation,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte, Herne (Westf.), Schaeferstr. 60

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Januar 1955

Bernard Vonnegut, North Scituate, Mass. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

.

treten, und der Kolben 18 und damit die Kolbenstange 17 sind in einer Mittelstellung blockiert.

Der obere Teil der Glasstange 10 wird durch eine Hülse 25 geführt, an dem eine Riemenscheibe 26 verkeilt oder in anderer geeigneter Weise befestigt ist. Die Hülse 25 ruht in einem Drehlager 27, welches auf einer Platte 28 montiert ist. Die Platte 28 ist beispielsweise durch die Halteschrauben 29 an einem starren Rahmen 30 befestigt. Die Glasstange 10 ist in der Hülse 25 nicht festgeklemmt, sondern kann sich entlang der Hülse frei bewegen.

Im Betrieb werden über die Riemen 31 und 32 die Riemenscheiben 13 und 26 angetrieben, die wiederum die Hülse 12 und die Hülse 25 mit im wesentlichen der gleichen Drehzahl antreiben. Die Glasstange 10 wird durch die Hülse 12 in Umdrehung versetzt und durch die Hülse 25 abgestützt, wobei die auf die Glasstange beim Umlauf ausgeübten Kräfte durch die im wesentlichen gleiche Drehzahl der Hülse 12 und der Hülse 25 auf ein Minimum herabgesetzt werden. Die obere Abschlußfläche 33 der Glasstange 10 wird über das Ventil 20 in eine geeignete, zweckmäßige Höhe eingestellt, so daß sie durch die aus dem Brenner 35 kommende Flamme 34 auf eine oberhalb des Erweichungstemperaturbereiches des Materials liegende Temperatur erhitzt wird, bei der Viskosität und Oberflächenspannung des Stangenmaterials eine Zerfaserung erlauben. Durch die beim Umlauf der Glasstange erzeugten Zentrifugalkräfte wird das erweichte Material von der Ab-

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, 1 Oil 591

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schlußfläche 33 abgeschleudert und bildet die Fasern hocfigeförcfert !,wird, mit der am oberen Ende des

36. Das Ausziehen der Fasern 36 erfolgt teilweise Rohres dieses Material durch die von einem Brenner

durch die Wirkung der Zentrifugalkraft und teilweise 62 kommende Flamme 63 in der im Zusammenhang

dadurch, daß die Luft- bzw. die Verbrennungsgase mit Fig. 1 beschriebenen Weise zerfasert wird,

beim Umlauf der Glasstange einen Zug auf die Fasern 5 .

ausüben. - - Beispiel

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß sich in der Ein Pyrexglasstab mit einer Länge von 7,5 cm und

Mitte der Abschlußfläche 33 der Glasstange 10 kein einem Durchmesser von etwa 0,3 cm wurde senkrecht

Material aufbaut, obwohl an dieser Stelle keine Zentri- in einem Lager eingeklemmt und mit 18 000 Umdr./

fügalkräfte auftreten. Es Jsann angenommen werden, io Min. in Umlauf um seine Längsachse versetzt. Die

daß das Abziehen dieses~ Materials durch Kohäsions- Glaszusammensetzung war folgende:

kräfte und die Oberflächenspannung des Schmelzgutes _c-/~> cm λ r· ■ u±

bewirkt wird. Auch die Schwerkraft hat ihren Ein- ^i °ß ⁸\'° Gewichtsprozent

fluß auf das Abziehen, da ein hydrostatischer Druck "R ²Q ³ 1 ?'n "

entsteht, wenn sich das Material in der Mitte dieser 15 W² η Ä S "

Oberfläche zu sammeln beginnt. _c ² , _n'_c "

y-.. „. „- , ° . .... Sonstiges 0,5 .,

Die .basern 36 werden gegen einen porösen kegel- °

stumpfförmigen Auffangkörper 37 geschleudert, der Während des Umlaufes des Glasstabes wurde seine beispielsweise über Bajonettverschlüsse 38 an einem obere Abschlüßfläche mit einer Sauerstoff-Wasserstoff-Rahmen 39 befestigt ist. Dieser Rahmen sitzt auf 20 Flamme auf eine so hohe Temperatur erhitzt, daß das einem Gestell 40, welches auf die Platte 28 montiert Glas an der Oberfläche zu schmelzen begann. Die ist. Die Fasern 36 haften an dem porösen Auffang- schmelzenden Teile des Glases wurden vom Stab abkörper 37, so daß die Zerfaserung so lange fortgesetzt geschleudert und dabei in feine Fasern ausgezogen, werden kann, bis sich die gewünschte Menge an welche ari der Innenfläche eines porösen, korbartigen Fasern auf der Innenfläche des Auffangkörpers 37 25 Auffangkörpers gesammelt wurden, angesammelt hat. Der Auffangkörper 37 wird dann Außer Pyrexglas wurden folgende Stoffe nach dem von der Vorrichtung abgenommen und durch einen oben beschriebenen Verfahren zerfasert: neuen Auffängkörper ersetzt. Glasiges Calcium-Aluminiumsilicat, in Stangenform

Die Glasstange 10 kann aber auch, um eine bessere gesintertes Kaolin, ein einen hohen Schmelzbereich

Halterung zu gewährleisten, im Bereich der oberen 30 von etwa 1500° C aufweisendes Glas mit etwa 96 Ge-

Antriebsvorrichtung von einem Hohlrohr umgeben wichtsprozent SiO₂, eine geringe Menge von B₂O₃

sein, welches aus Metall, Keramik oder einem anderen _und Spuren von Al₂O₃, Na₂O, Fe₂O₃ und As₂O₅

hitzebeständigen Stoff besteht. Dieses Hohlrohr wird sowie verschiedene hochschmelzende Bleigläser,

durch Stellschrauben in Hülsen, die in von Platten Außer den obengenannten Stoffen kann man durch

getragenen Lagern drehbar· sind, fixiert. Über eine 35 das vorher beschriebene Verfahren fast sämtliche

Riemenscheibe wird das Hohlrohr in Drehung ver- ' Glassorten und schmelzbare Zusammensetzungen, die

setzt und läuft beispielsweise mit 10000 Umdr./Min. _si_ch zu Gläsern abschrecken lassen, zu Fasern aus-

um, während die sich darin befindliche und von ihm ziehen.

geführte Glasstange mit annähernd der gleichen Ge- Es hat sich gezeigt, daß die Stange mit wenigstens

schwindigkeit gedreht und durch eine allmähliche 40 10 000 Umdr./Min., vorzugsweise mit wenigstens

Aufwärtsbewegung der unteren Antriebsvorrichtung 12 000 Umdr./Min. umlaufen soll. Für die Zerfase-

durch das Innere des Hohlrohres im wesentlichen mit _rung existiert praktisch keine obere Grenze der Um-

der Geschwindigkeit nach oben geschoben wird, mit laufgeschwindigkeit der stangenartigen Masse, jedoch

der das Material am oberen Ende des Rohres von der lassen sich Geschwindigkeiten über 30 000 Umdr./

aus einem Brenner kommenden Flamme zerfasert wird. 45 Min. nur sehr schwierig erreichen. Dabei muß ein

Eine abgeänderte Ausführungsform zur Durch- Ende der Stange über den Erweichungstemperaturführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in bereich erhitzt werden, damit Viskosität und Ober-Fig. 2 dargestellt. Ein aus Metall, Keramik oder einem flächenspannung die Zerfaserung erlauben, anderen hitzebeständigen Material bestehendes Hohl- Selbstverständlich lassen sich verschiedene Änderohr 41 ist durch Stellschrauben 42 und 43 in Hülsen 50 rungen hinsichtlich der Einzelheiten des vorher be-44 und 45 fixiert, welche sich in Drehlagern 46 und 47, schriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung vordie auf den Platten 48 und 49 befestigt sind, drehen. nehmen. So kann beispielsweise der obere Teil der An der Hülse45 ist eine Drehscheibe50 verkeilt, die Glasstange, d.h. der oberhalb der Hülse 25 liegende über einen Riemen 51 angetrieben wird. Teil durch direkt auf ihn gerichtete Brenner, Strahl :

Das zu zerfasernde schmelzbare, in körniger oder 55 lungsheizkammern oder in anderer Weise vorgewärmt

Pulverform vorliegende Material, beispielsweise die werden, um derart die Zerfaserungsgeschwindigkeit

Ausgangsstoffe für Glas, wird dem unteren Ende zu erhöhen. Man kann auch andere Vorrichtungen

des Hohlrohres 41 durch eine Förderschnecke 52 zum Vorschieben der Glasstange derart, daß ihre

zugeführt. Diese Förderschnecke sitzt auf einer obere Abschlußfläche mit der Flamme in Berührung

Welle 53, in einem Gehäuse 54, welches mit einem 60 bleibt, verwenden oder den Brenner 35, den Auffang-

Zuführungstrichtei 55 in Verbindung steht. Die körper 37 und die Hülse 25 entsprechend dem Verr

Welle 53 ist an den Hülsen 56 und 57 befestigt, bei- brauch der Glasstange fortschreitend absenken. Α,η

spielsweise verkeilt, welche in Drucklagern 58 und 59 Stelle eines kegelstumpfförmigen Auffangkörpers ■■

umlaufen. Die Welle 53 wird über einen Riemen 60 kann man eine Vielzahl von kontinuierlichen porösen

mittels einer an ihr befestigten Drehscheibe 61 in Um- 65 Bändern verwenden, um die Zerfaserungszone abzu-

lauf versetzt. . . grenzen und die Fasern zu sammeln. Der Auffaijg*- ;:;.

Im Betrieb läuft das Hohlrohr 41 beispielsweise körper kann in Längsrichtung der zu zerfasernden

mit 10 000 Umdr./Min. um, wobei das in körniger Glasstange in Schwingungen versetzt werden, um .de|

oder Pulverform vorliegende schmelzbare Material art die Größe der erzeugten Faserpackung zu erhöhea ungefähr mit der Geschwindigkeit im Rohrinneren 70 oder deren Zusammensetzung und Aussehen zu 'regejä* i

1 Oil

Darüber hinaus lassen sich dem Fachmann ersichtliche weitere Abänderungen vornehmen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung von Fasern aus einer Stange schmelzbaren Materials, insbesondere Glas, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange um ihre Längsachse mit hoher Geschwindigkeit in Umdrehung versetzt und ein Ende auf eine oberhalb des Erweichungstemperaturbereiches des Materials liegende Temperatur erhitzt und derart das erweichte Material durch die Zentrifugalkraft zu Fasern ausgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Stange zur Zuführung neuen, zu zerfasernden Materials mit einer auf die Verbrauchsgeschwindigkeit am abstehenden Stangenende abgestimmten Geschwindigkeit vorgerückt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzbare Material mit einer Temperatur oberhalb von 1350° C zerfasert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange schmelzbaren Materials aus einzelnen in einem Hohlrohr aus hitzebeständigem Material vorgedrückten Teilchen besteht, wobei die Vorrückgeschwindigkeit der Verbrauchsgeschwindigkeit angepaßt ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stangenende durch eine unmittelbar auf es gerichtete Flamme erhitzt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in der Höhe verschiebbare Platte (15), die über ein Kugellager (14) eine die Glasstange (10) an einem Ende aufnehmende Hülse (12) trägt, während vor dem zu erhitzenden Ende eine zweite, die Glasstange (10) frei umgebende Hülse (25) vorgesehen ist, oberhalb der ein Auffangköorper (37) für die von einer Flamme (34,63) vom Ende der umlaufenden Glasstange (10) abgeschmolzenen und zu Fasern (36) ausgezogenen Glasmassen vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Heben und Senken der Platte (15) ein hydraulisch angetriebener Kolben (18) Verwendung findet.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umlauf versetzte Stange aus einem Hohlrohr (41) besteht, das in seinem unteren Teil an einen Zuführungstrichter (55) anschließt und in seinem Inneren eine Förderschnecke (52) zur Hochförderung des pulverförmigen oder körnigen Ausgangsmaterials aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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