Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus thermoplastischem Material Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von Fasern aus thermoplastischem Material, z. B. aus geschmolzenen Mineralien oder Glas; so wie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver fahrens.
Die Erfindung basierst insbesondere auf dem be kannten Schleuderverfahren zur Herstellung von Fa sern aus thermoplastischem Material, z. B. einer Schmelze aus Mineralien zur Herstellung von so gmannter Mineralwolle oder Glaswolle, gemäss wel chem ein kontinuierlich zugeführter Schmelzstrahl des thermoplastischen Materials sich entlang der Innenseite eines sich drehenden, konischen Trich ters durch die Umdrehung des Trichters bewegt,
so dass die Materialschicht zu einer am weiten Ende des Trichters gelegenen Schleuderkante gelangt und von dieser in Form von Fasern durch die Schleuder kraft abgeschleudert wird.
Die Herstellung von sogenannter Mineralwolle wird zur Zeit im wesentlichen nach zweibekannten Grundprinzipien vorgenommen; das eine wird Blas- methode und das andere Schleudermethode genannt.
Bei der Herstellung von Mineralwolle nach der Blasmethode wird das geschmolzene Material einem Gasstrom von lehr hoher Geschwindigkeit ausgesetzt und hierbei teilweise zu Fasern und teilweise zu kleinen Partikeln zerteilt. Diese Partikel haben anfangs eine wesentlich geringere Geschwindigkeit als: der Gasstrom, so dass die ursprünglich runden Partikel infolge der Reibung gegen den Gasstrom zu Fasern ausgezogen werden.
Dabei wird der Geschwindig- keitsunterschiedi zwischen dem Gasstrom und den Partikeln immer geringer, so dass die Fasern schliess lich. die gleiche Geschwindigkeit und Richtung wie der Gasstrom besitzen..
Bei dieser Methode, die in verschiedenen Ausführungsformen angewandt worden ist, ist die Geschwindigkeit des Gasstroms für diie Faserbildung von entscheidender Bedeutung. In der Praxis wendet man sehr hohe Gasstromgeschwindig- keiten an.
Die Methode ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Unter anderem ist es, schwierig, mittels des Gasstroms eine befriedigende Zerteilung des geschmolzenen Materials zu erhalten. Weiterhin werden auch unzureichend zerteilte Partikel vom Gas strom aufgefangen; und. diese finden:
sich in Form von erstarrten Kugeln, sogenannten Perlen, vermischt mit der -fertigen Wolle wieder. Bei der sogenannte-n Schleudermethode, auf die sich das erfindungsgemässe Verfahren bezieht, wird dem geschmolzenen Material mittels einer Zentrifuge oder dergleichen eine sehr hohe Geschwindigkeit im Verhältnis zur umgebenden Luft erteilt. Wenn das Material die Zentrifuge ver lässt,
wird es infolge der einwirkenden Zentrifugal- kräfte in der Regel gleichförmig teilweise zu Fasern und teilweisse zu kleinen Partikeln zerteilst, die infolge der Reibung gegen. die Luft in Fasern überführt werden. Um mit dieser Methode ein gutes Ergebnis zu erhalten, soll dem geschmolzenen Material eine Geschwindigkeit von 60-100 m pro Sekunde erteilt werden, was Schwierigkeiten mit sich bringen kann.
Bei einem bekannten Verfahren ist ,der drehbare Trichter senkrecht angeordnet und mit dem schmalen Ende in die Schmelze versenkt, während sich gleich zeitig der Trichter nach einer geeigneten Kurve un unterbrochen nach oben und aussen erweitert. Die Schmelze wird durch die Schleuderkraft verteilt und in Umdrehung versetzt, während gleichzeitig die verteilte und umlaufendie Schicht in Achsenrichtung wandert,
bis sie die Kante des umlaufenden Trich ters erreicht hat und zu Fasern, hauptsächlich in der Horizontalebene, ausgezogen wird.
Besonders mit Rücksicht auf die Übernahme des so gebildeten Fasermaterials ist jedoch diese Vor- richturig mit Nachteilen behaftet, da dia gebildeten Fasern, bevor sie einer geeigneten Aufnahmevorrich- tung zugeführt werden, erst zumindest teilweise um Teile der Schleuderanlage strömen müssen, was zu örtlichen Anhäufungen., einer ungleichmässigen Filz bildung und einem in-homogenen Erzeugnis führt.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, das bekannte Verfahren zur Herstellung von Fasern durch Schleu dern mittels einer trichterförmigen Fläche zu ver bessern.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstel lung von Fasern aus thermoplastischem Material, wo bei ein ununterbrochen zugeführter Schmelzstrahl des thermoplastischen Materials sich entlang der Innenseite eines umlaufenden, konischen Trichters infolge der Drehbewegung dies,s Trichters bewegt, so dass dieses Material zu einer am weiten Ende des konischen Trichters gelegenen Schleuderkante gelangt, ist dadurch g.kennzeichnet, dass der Trich ter in Form eines Keg,lstumpfes um seine annähernd horizontale oder nach der Schleuderkante des Trich ters abwärts geneigte Achse gedreht wird,
wobei seine Umlaufgeschwindigkeit derart :gesteuert wird, dass das thermoplastische Material von der Schleuderkante tangential abgeschleudert und infolge seiner Ge schwindigkeit in freier Flucht in Fasern überführt wird, wobei ein gesteuerter, zur genannten Achse wenigstens annähernd koaxialer, ringförmiger Gas strom die fertigen, völlig erstarrten Fasern von der Schleuderkante in einer zur Drehachse des Trichters annähernd parallelen Richtung wegführt.
Durch diese Verfahren wird es möglich., dass die Fasern ummittelbar nach ihrer Bildung mittels des gesteuerten Gasstroms die gewünschte Bewe- b ngsrichtung erhalten, um in dieser Weise von der Schleudervorrichtung wegzukommen, und dass ein, re- g@ibarer und gleichmässiger Faserstrom erzielt wird, der sich kontinuierlich auf eine geeignete Aufnahme vorrichtung, z. B. ein Drahtsieb oder eine andere Transportvorrichtung, absetzen kann.
Der Druckgas strom hat mit der Faserbildung nichts zu tun, son- drn wird nur als Transportmittel für die gebildeten Fasern angewandt, weshalb er sich nicht mit grosser Geschwindigkeit zu bewegen braucht.
Dadurch, dass der Gasstrom im wesentlichen horizontal gerichtet ist, erhält man den Vorteil, :dass nicht völlig zerteilte Partikel in einer Ebene herausgeworfen werden, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung :des Gasstroms verläuft. Da die Geschwindigkeit des Gasstroms ver hältnismässig gering sein kann, kann die Gefahr, dass sogenannte Perlen mit den Fasern mitgerissen werden, vermieden werden. Zur Erzeugung des Druckgas- stroms kann ein einfaches Gebläse angewandt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen der Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung von der Seite, teilweise im Schnitt, und Fig. 2 ist ein Querschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 und zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Teiles des Rotors.
Fig. 3 zeigt eine Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 4 und 5 zeigen eine abg; änderte Ausführungs form des konischen Teiles des Rotors zur Ermög lichung einer wirksamen Luft- oder Flüssigkeitsküh lung, dieses Teiles.
10 bezeichnet ein Zu.führrohr für das geschmolzene Material 11. Unterhalb dieses Rohres und in der Bewegungsbahn des Schmelzstrahles 11 befindet sich eine geneigte Rinne, in deren oberes Ende 12 der Schmelzstrahl eintritt. Die Schmelze wird darauf in folge der Neigung zur Horizontalebene in der Rinne 12, 13 durch die Schleudervorrichtung geleitet. Wenn die Schmelze am entgegengesetzten Ende 13 der Rinne angelangt ist, geht sie in einen neuen Strahl 14 über, der auf die Innenseite des konischen, trich terförmigen Rotors 15 auftrifft.
Dieser Rotar läuft mit einer verhältnismässig hohen Drehzahl um und bringt somit die Schmelze dazu, sich an die Innen fläche glatt anzulegen. Infolge der Schleuderkraft wird die Schmelze schräg nach aussen ge.presst und bei der Umdrehung des Rotors mitgenommen, und wenn die Schmelze die Kante 16 des Rotors erreicht hat, ist sie zu einer homogenen, umlaufenden Schicht gut ausgeglichen, die infolge der einwirkenden Schleu derkräfte entlang der Kante 16 verteilt und von der Kante 16 tangential abgeschleudert und zu Fasern ausgezogen wird.
Die Fasern bilden sich so mit in einer Ebene im Bereich zwischen der Kante 16 und einem koaxialen, ringförmigen Gasstrom, der die fertigen Fasern wegführt.
Die so gebildeten Fasern werden in diese Ebene herausgeschleudert, die im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Rotors verläuft. Mit 17 ist eine Vorrichtung in Form eines Kranzes für die Zufuhr von Druckluft oder eines anderen Druckgases be zeichnet, die es ermöglicht, einen regelbaren: und steuerbaren Faserstrom in der gewünschten Richtung zu erhalten. Der konische Teil 15 des Rotors geht in einen. zylindrischen Teil 25, 21 über, der in einer geeigneten Lagervorrichtung 18 gelagert ist. Der End- teil des zylindrischen Teiles 25 des Rotors ist mit 21 bezeichnet. Der Rotor wird von geeigneten Glie dern, z.
B. einem Elektromotor, über eine Riemen scheibe 19 angetrieben. Mit 20 ist ein Teil der Grund platte bezeichnet, auf der die Vorrichtung ruht. Die schon genannte Rinne 12-l3 in Fig. 1 und 2 ruht gemäss der dargestellten Ausführungsform in einem Halter 22, der zweckmässig axial beweglich ist, um eine Einstellung des Schmelzstrahles 14 im Verhältnis zum Rotor 15 zu ermöglichen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform zur wirksamen Kühlung der Lager des Rotors, die sonst natürlich infolge der Wärmestrahlung von der Rinne 13 und dem Halter 22 einer starken Erhitzung ausgeesetzt wären. Der zylindrische Teil 21 des Rotors ist an einem diesen umgebenden zylindrischen Rohr 23 mittels Abstandsstücken: 24 koaxial befestigt, die als Gebläseschau,feln ausgeführt sind. Das Rohar 23 ist in nicht gezeigter Weise aussen gelagert.
Bei der Umdrehung des Rotars werden daher die Gebläse- schaufeln 24 und .das äussere Rohr 23 mitgenommen, wobei ein kühlender Luftstrom sich zwischen dem Rotorteil 21 und dem Rohr 23 bildet.
Auch andere Ausführungsformen. zur Erzielung dieser Wirkung sind denkbar. Eine gute Kühlwirkung kann z. B. erzielt werden, wenn ein Luftstrom in dem Zwischenraum zwischen dem Rotor und einem diesen umgebenden konzentrischen Rohr eingeleitet wird.
Der zylindrische Teil dies Rotors kann natürlich auch mit Doppelwänden ausgebildet werden, wobei die Kühlung mittels eines Flüssigkeitsstroms herbei geführt wird, der im Zwischenraum umläuft.
Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn der Halter 22 beim Anlassen verschoben werden kann, so dass der Schmelzstrahl 14 ausserhalb des Trichters 15 herunterfällt. Wenn man darauf den Halter langsam nach rückwärts verschiebt, kann der Schmelzstrahl den umlaufenden Trichter vorwärmen:. Wenn der Strahl dann den Trichter an dem für das Schleudern geeigneten Punkt trifft, ist der Trichter somit vorgewärmt.
Wenn man beim Anlassen den Strahl unmittelbar den kalten Trichter ohne diese Vorwärmung treffen lässt, besteht die Gefahr, d!ass die Schmelze erstarrt, was leicht zu Unwucht und Sprengung der erstarrten Schmelzschicht führt.
Gemäss Fig.3 trifft. die Schmelze 14 die Innen fläche eines Trichters 15 in der gleichen Weise wie vorher angegeben; die zerteilte und umlaufende Schmelze 14a wird jedoch, nachdem sie die Kante des Trichters 15 verlassen :hat, von der Innenfläche eines anderen Trichters 15a aufgefangen, der koaxial zum erstgenannten Trichter angeordnet ist, jedoch mit grösserer Winkelgeschwindigkeit als dieser um läuft. Diese Ausführungsform bringt gewisse Vor teile, insbesondere hinsichtlich der Kapazität, mit sich.
Auch bei der Vorrichtung mach Fi.g. 3 werden die Fasern, die vom Rand des Trichters 15a in tangen- tiafer Richtung abge;schleudert werden, mittels eines gesteuerten, zur Rotorachse koaxialen, ringförmigen Gasstroms in einer zur Drehachs;, annähernd par allelen Richtung weggeführt. Die Mittel zur Erzeugung des Gasstroms sind in Fig. 3 nicht dargestellt. Der Gasstrom kann z. B. ähnlich wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 mit Hilfe eines dem Kranz 17 entspre chenden Kranzes erzeugt werden.
Bei der Herstellung von z. B. Mineralwolle hat es sich als zweckmässig erwiesen, eine Mineralschmelze mit der gleichen Beschaffenheit wie beim gewöhnlichen Blasverfahren anzuwenden, z. B. geschmolzene Hoch ofenschlacke oder geeignete geschmolzene Gesteine oder eine Mischung derselben. Die Temperatur der Schmelze ist von der Art des geschmolzenen Mate rials abhängig, für Hochofenschlacke hat es sich je doch als zweckmässig gezeigt, wenn die zugeführte Schmelze eine Temperatur von etwa 1300' C besitzt.
Mit Rücksicht auf die grossen Beanspruchungen, denen der konische Teil des Trichters infolge der hohen Umlaufgeschwindigkeiten und Temperaturen bei der Herstellung von Mineralwolle ausgesetzt ist, hat es sich als notwendig gezeigt, eine wirksame Kühlung der Aussenseite des Trichters mittels Luft oder einer Flüssigkeit, z. B.
Wasser, vorzunehmen, um auf diese Weise die Temperatur des Trichter materials ausreichend! niedrig zu halten. Eine zu starke Kühlung führt jedoch leicht eine so grosse Wäxmeabfuhr mit sich, dass die Schmelzschicht auf der Inennseite des Trichters teilweise .erstarrt, so d'ass die .einwirkenden Schleuderkräfte die erstarrte Schicht.
zerreissen, wobei erstarrte Schlackenstücke aus dem Apparat herausgeworfen werden und Vibra- tionen infolge von Unwucht entstehen.
Dadurch, dass die Innenseite des Trichters .gemäss Fig. 4 mit einer Reihe paralleler, ringförmiger Nuten 25 versehen wird, wird die bei der Kühlung erstarrte Mineral wolleschicht am Trichter festgehalten, und auf diese Weise erhält man eine Schutzbekleidung aus er starrter - Schmelze auf der Trichterinnenseite. Diese erstarrte Schmelzschicht stellt teils einen Schutz gegen Erosion durch den.
Schmelzstrahl dar, insbesondere wo dieser die Innenseite des Trichters trifft, und bildet :teils eine Wärmeschutzbekleidung, ,so dass die Temperatur durch Kühlung niedrig gehalten werden kann, ohne dass die im Trichter vorwärts fliessende Schmelze so weit abgekühlt wird, dass sie zu schnell erstarrt.
Auch andere Ausführungsformen als die par allelen Nuten 25 sind natürlich .denkbar. Es hat sich z. B. gezeigt, dass eine Reihe Bohrungen. 26 (Fig. 5) auf der Innenseite des Trichters oder eine Kombina tion von Bohrungen, und parallelen. Nuten ein, gutes Resultat ergeben.
Derartige Bohrungen dienen auch dazu, die erstarrte Schmelzschicht auf der Trichter innenseite zu befestigen, um zu verhindern, dass .die Schmelzschicht bei der Umdrehung hinter dem Trichter zurückbleibt, was .sonst zu übermässig hoher Abnutzung der Trichterinn.enseite führen kann. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Trichters mit solchen Bohrungen 26 und parallelen Nuten 25 ge zeigt.
Eine gegen Erosion schützende und wärmeisolie- rende Schicht kann auch dadurch erzielt werden., dass ein keramisches Material mit hoher Wärmebeständig keit in die parallelen Nuten gefüllt wird.
Es hat sich gezeigt, dass ein geeignetes Material für den Trichter 15, 15a ein hochwertiger rostfreier Stahl mit einem Chromgehalt von 13<B>",</B>/o ist.
Eine zweckmässige Umfangsgeschwindigkeit des Trichters 15 gemäss Fig. 1 beim Schleudern. einer bestimmten Mineralschmelze kann z. B. 80 m/Sek. sein, was etwa 70 U(Sek. bei einem Durchmesser des Trichterendes von 350 mm entspricht.
Der Durchmesser des Kranzes 17 soll derart be messen werden, d'ass er etwa 200 mm grösser als der Durchmesser des Trichterendes ist. Ein gutes Resultat ist mit einer Reihe Löchern erzielt worden, die entlang des Kranzes mit einem Lochdurchmesser von 3 mm und einem Lochabstand von 3 cm gebohrt wor den sind. Der Kranz ist an ein Druckluftsystem von etwa 2 kgjcm2 angeschlossen worden.
Dieser Kranz kann jedoch auch durch eine andere Vorrichtung zur Erzeugung des gewünschten Luft- oder Gasstroms er setzt werden.
Die angeführten Beispiele geben keine kritischen Werte an; die Erfindung kann auch mit anderen Werten ausgeführt werden.
Ein Zusatz von Imprägnier- und'oder Bindemitteln kann zur Transportluft vom Kranz 17 erfolgen, um eine sehr gleichmässige Verteilung des Mittels im Fasermaterial dadurch zu erzielen, dass die Fasern nicht in nennenswertem Grad sich verfilzen können, bevor sie mit dem Imprägnier- bzw. Bindemittel belegt werden.