CH623553A5

CH623553A5 -

Info

Publication number: CH623553A5
Application number: CH878377A
Authority: CH
Inventors: Hiroaki Shono; Toshio Noji; Isao Wakasa; Shinzo Ishikawa
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1981-06-15
Also published as: FR2359088B1; NL166675B; NL166675C; NL7708135A; PT66842B; JPS5314834A; PT66842A; NZ184594A; AU499828B2; ZA774412B; AU2724077A; DE2732413C3; DE2732413B2; GB1549568A; DE2732413A1; IT1083589B; JPS5337930B2; US4121918A; FR2359088A1; MX148455A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düsenplatte an der Schmelzkammer einer Glasspinnvorrichtung, welche mit einer Mehrzahl von dicht nebeneinander angeordneten Düsenöffnungen versehen ist.

Eines der wirksamen Verfahren zur Verbesserung der Produktion von Glasfasern besteht darin, eine Düsenplatte zu verwenden, in welcher soviele Düsenöffnungen wie möglich ausgebildet sind. Wenn jedoch die Düsenöffnungen zu dicht aneinander angeordnet sind, d.h. wenn der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen zu klein ist, laufen die Glaskonen aus geschmolzenem Glas, die von der Unterseite der Düsenplatte herabhängen und aus geschmolzener Glasmasse bestehen, die durch die entsprechenden Öffnungen hindurchgetreten ist, mit den benachbarten Konen aufgrund der Kapillarwirkung zusammen, so dass dadurch eine sogenannte Überflutungsbedingung entsteht, durch welche der Spinnvorgang unerwünscht beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund besteht eine praktische Grenze in der möglichen Grösstdichte, in welcher die Düsenöffnungen in der Düsenplatte angeordnet sind.

Um das Zusammenlaufen der geschmolzenen Glaskonen zu vermeiden, d.h. um das Überfluten der Düsenplatte zu vermeiden, wird in der US-PS 3 905 790 vorgeschlagen, einen nach oben gerichteten Luftstrom auf die Unterseite der Düsenplatte zuzuführen, damit ein zufriedenstellendes Spinnen von Glasfasern mit einer Düsenplatte zugelassen ist, in welcher eine grosse Anzahl von Düsenöffnungen in einer solchen Dichte angeordnet sind, die andernfalls das Zusammenlaufen der Glaskonen unter Verhinderung des Spinnens verursachen würde. Dieser Vorschlag soll durch Vergrösserung der Viskosität der geschmolzenen Glaskonen durch Kühlen ihrer Oberfläche mit dem Luftstrom bewirken, dass die geschmolzenen Glaskonen an einem Zusammenlaufen gehindert sind. Jedoch führt die Vergrösserung der Viskosität andererseits zu einem erhöhten Verschleiss des Ausgabeabschnittes jeder Düsenöffnung derart, dass die Grösse der Ausgabemündung der Öffnung vergrössert wird. Daher wird in kurzer Zeit der Abstand zwischen benachbarten Öffnungen kleiner, was nachteilig zum Zusammenlaufen der geschmolzenen Glaskonen führt,

wodurch die Arbeitseffektivität der Spinnvorrichtung stark beeinträchtigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Düsenplatte, welche unter Beseitigung des dem Stand der Technik zueigenen Problems aufgrund einer speziellen Gestaltung der in ihr ausgebildeten Düsenöffnungen für eine längere Zeitperiode verwendet werden kann, ohne dass Gefahr besteht, dass die Glaskonen zusammenlaufen.

Diese Aufgabe wird bei einer Düsenplatte der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für jede Düsenöffnung das Durchmesserverhältnis der Einlasseite zur

Auslasseite der Öffnung von 1:0,4 bis 1:0,9 beträgt. Der verringerte Durchmesser der Düsenöffnungen an ihrer Auslassseite ermöglicht die Bemessung eines ausreichend grossen Abstands zwischen benachbarten Düsenöffnungen an ihren Auslassseiten, obwohl sie sehr eng aneinander angeordnet sein können, so dass das Zusammenlaufen der von entsprechenden Düsenöffnungen herabhängenden Glaskonen bequem vermieden werden kann, selbst wenn die Austrittsränder der Öffnungen durch das viskose gekühlte geschmolzene Glas abgeschliffen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der zugehörigen Zeichnung ersichtlich. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Herstellen von Glasfasern unter Verwendung einer Düsenplatte mit einer Anzahl von eng aneinander angeordneten Düsenöffnungen,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt durch eine gebräuchliche Düsenplatte, die in der Vorrichtung aus Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 4 einen vergrösserten Querschnitt, in welchem die Gestalt der Düsenöffnungen in der Düsenplatte aus Fig. 3 vor der Abnutzung gezeigt sind,

Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht, durch welche das Gleichgewicht der Kräfte erläutert wird, die auf einen geschmolzenen Glaskonus an der Unterseite der Düsenöffnung aus Fig. 4 wirken,

Fig. 6 eine schaubildliche Ansicht, aus welcher eine Möglichkeit ersichtlich ist, in welcher von benachbarten Düsenöffnungen herabhängende Glaskonen wie die aus Fig. 4 zusammenlaufen,

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer verschlissenen Kante der Düsenöffnung aus Fig. 4 nach einer gewissen Gebrauchszeit,

Fig. 8 und 9 Schnittansichten einer Düsenöffnung einer Ausführungsform der Erfindung vor bzw. nach einer gewissen Gebrauchsdauer und

Fig. 10 eine Schnittansicht einer Düsenöffnung gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung vor der Benutzung.

Vor der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindimg wird das in der genannten US-PS 3 905 790 vorgeschlagene Glasfaserspinnverfahren mit speziellem Bezug auf die Fig. 1 bis 3 erläutert. Geschmolzenes Glas, welches auf eine geeignete Temperatur mittels einer Vorschmelzkammer erwärmt ist, kann in eine Spinnkammer 4 durch eine Bohrung eintreten, die in einem Düsenblock ausgebildet ist, der aus einer geschichteten Struktur aus feuerfestem Zirkoniummaterial 2 und einem feuerfesten Mullitmaterial 3 besteht. Die Spinnschmelzkammer selbst als ganzes erzeugt unter Zufuhr von elektrischem Strom durch die Anschlüsse 5 Wärme, um eine für das Spinnen geeignete Temperatur vorzusehen. Ein Gitter 6 mit einer Anzahl von feinen Öffnungen ist an den oberen Teil des Schmelztopfes angeschweisst, um die Strömimg des geschmolzenen Glases zu regulieren, welches aus der Bohrung des Tiegelblockes kommt, und um zu verhindern,

dass Verunreinigungen wie Teile der hitzebeständigen Materialien, entgastes Glas, Glasschlieren und andere ungelöste Substanzen in die Schmelzkammer eintreten. Das durch das Gitter 6 hindurchgetretene geschmolzene Glas kann die Düsenplatte 7 erreichen. Das geschmolzene Glas wird dann in die Umgebung aufgrund des statischen Druckes oder des in der Kammer aufgebrachten Druckes durch die Düsenöffnungen 8 ausgegeben. Die aus entsprechenden Düsenöffnungen ausgegebenen Glasschmelzmassen werden dann zu Glaskonen 9 geformt, die von der Unterseite der Düsenplatte herabhängen, und werden fortschreitend unter Ausbildung von Glasfasern 10 verfestigt.

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Die Spinnkammer 4 ist an ihrem obersten Teil mit einem Flansch 11 versehen, welcher in engem Kontakt mit dem Tiegelblock 3 steht, so dass dadurch ein Auslecken von geschmolzenem Glas verhindert ist. Eine Zirkulationsschlange 12 für Kühlwasser ist gerade unter dem Aussenumfang des Flansches 11 angeordnet, damit letzterer gekühlt wird. Eine giessbare, hitzebeständige Struktur 14 ist an einem Rahmen 13 der Kammer gehalten und umgibt diesen, um die Temperatur in der Spinnkammer zu halten. Die Spinnkammer ist aus einem thermisch stabilen Material, wie einer Verbindung aus Platin und Rhodium, hergestellt, wohingegen die Düsenplatte aus einer Verbindung von Platin und Rhodium, einer Verbindung aus Platin, Rhodium und Gold, einer Verbindung aus Platium Gold und Palladium und dergl. hergestellt ist.

Die durch die Düsenöffnungen ausgegebenen Glasschmelzmassen werden durch einen Luftstrom gekühlt, der aus einer Luftdüse 15 ausgeblasen wird, welche aus einer Mehrzahl von Rohren zusammengesetzt ist, die unterhalb der Kammer angeordnet sind, und bilden dabei die erwähnten Schmelzkonen.

Diese Kühlung mittels ausgeblasener Luft ist unerlässlich zur Ausbildung der Glaskonen, weil das geschmolzene Glas an der Unterseite der Düsenplatte in Form einer Mehrzahl von Einzelmassen oder Klumpen, die aufgrund der Schwerkraft nach unten tropfen, anhaften würde, wenn eine Einrichtung zum Zuführen von Kühlluft nicht vorhanden wäre.

Die Luftdüse 15 ist an einen nicht gezeigten Verteiler angeschlossen, so dass sie mit Druckluft mit einem verhältnismässig geringen Druck aus einer Luftquelle, wie einem Luftkompressor oder einem Gebläse versorgt wird. Eine Anzahl von voneinander unabhängigen Glasfasern 10 werden dann mit einem Schlichter 16 in Kontakt gebracht, um auf eine bestimmte Abmessung geschlichtet zu werden. Anschliessend passieren die Fasern einen Sammelschuh 17, so dass sie in die Form eines Einzelstranges 18 gebracht werden, der dann auf einer Aufwickelrolle 19 zu einem Faserband 20 aufgewickelt wird.

Üblicherweise hat jede Düsenöffnung die Form eines runden Loches, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Wie man aus Fig. 4 ersehen kann, in welcher die Düsenöffnungen in vergrössertem Massstab im Schnitt entlang einer Ebene senkrecht zu der Ebene der Düsenplatte gezeigt sind, laufen die Wände der Düsenöffnungen im rechten Winkel zu der Ebene der Düsenplatte, wobei sie an dem Einlassteil 21 mit dem geschmolzenen Glas in Kontakt sind und mit dem Auslassteü 22 der Umgebung ausgesetzt sind, wenn die Düsenplatte noch neu ist.

Fig. 5 zeigt ein Kräftegleichgewicht der Kräfte, die auf einen einzelnen Glaskonus aus geschmolzenem Glas an einer der Düsenöffnungen einwirken. Wenn die Grenzflächenspannung, die zwischen der Aussenfläche der Öffnung und der Atmosphäre vorhanden ist, mit ySA, die Oberflächenspannung, welche zwischen der Umfangsfläche des geschmolzenen Glaskonus an dem Auslassteil 22 der Öffnung und der Atmosphäre wirkt, mit yAG, die tangential zu dem Glaskonus an dem Auslassteil 22 wirkende Zugkraft, die nach unten durch die Aufwickelrolle ausgeübt wird, mit T und der Winkel, der zwischen der Richtung der Tangentialkraft und der horizontalen Fläche gebildet ist, mit 0 bezeichnet werden, ist das Gleichgewicht gegeben durch die folgende Gleichung (1):

(yAG + T)COS0 = ySA (1)

Wenn die Temperatur des Glases absinkt, wird die Zugkraft T, die auf den geschmolzenen Glaskonus durch die Aufwickelrolle ausgeübt wird, grösser und die Gestalt des Glaskonus wird so verändert, dass der Winkel © aufgrund des Anwachsens des viskosen Widerstandes abnimmt, während die Werte von ySA und ySG von der Temperatur kaum beeinflusst werden. Daher wird der Wert (7AG+T) COS © gross, wenn die Temperatur geringer wird, so dass die linke Seite der obigen Gleichung (1) hinreichend gross wird, um den Glaskonus stabil zu halten.

Das Absenken der Temperatur braucht nicht allein dadurch erzielt zu werden, dass die der Düsenplatte zugeführte Stromleistung verringert wird. Eine verringerte elektrische Stromzufuhr zu der Düsenplatte führt nämlich zu einer Verringerung der Temperatur der Düsenplatte als ganze, was seinerseits zu einem übermässig grossen Widerstand für den Strom aus geschmolzenem Glas führt, der durch die Düsenöffnung hindurchtritt. Dann würde die Zufuhr geschmolzenen Glases durch entsprechende Düsenöffnungen zur Ausbildung guter geschmolzener Glaskonen unzureichend sein.

In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es erforderlich, dass nicht nur eine hohe elektrische Leistung der Düsenplatte zugeführt werden muss, um eine zufriedenstellende Zufuhr des geschmolzenen Glases durch die Düsenöffnung zu gewährleisten, sondern dass auch ein nach oben gerichteter Luftstrom auf die Düsenplatte gerichtet sein soll, so dass das geschmolzene Glas schnell gekühlt wird, sobald es mit der Umgebungsluft zusammentrifft. In einem solchen Fall wird durch den nach oben gerichteten Luftstrom die ganze Düsenplatte ebenfalls gekühlt, jedoch ist die hohe Stromzufuhr zu der Düsenplatte ausreichend, einen grossen Temperaturabfall zwischen den Einlass- und Auslassteilen 21,22 der Düsenöffnungen einzurichten, so dass die Temperaturverringerung kompensiert ist, die aus dem Luftstrom folgt.

Wenn man nun annimmt, dass die Luftströmungsrate um einen gewissen Betrag verringert wird, oder die Luftzufuhr vollständig gestoppt wird, fällt der durch die Luft erzielte Kühleffekt ab oder entfällt, so dass die Glaskonen unstabil werden. Die Glaskonen werden auch unstabil, wenn die nach unten gerichtete Zugspannung und daher die Komponente T der Zugspannungskraft verringert werden.

In einem solchen Fall entfällt das durch die Gleichung (1) angegebene Gleichgewicht und es ergibt sich eine Bedingung, die durch die folgende Gleichung (2) gegeben ist:

(yAG + T) COS © < ySA (2)

Daher wird das geschmolzene Glas an dem Basisteil des Glaskonus dazu gebracht, entlang der Aussenfläche der Düsenplatte entìangzufliessen, so dass es mit dem Glaskonus der benachbarten Düsenöffnung zusammentrifft und dadurch einen grösseren Glaskonus 23 formt, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Wenn die durch die Gleichung (2) gegebene Beziehung weiterhin aufrechterhalten wird, obwohl der grössere Glaskonus 23 gebildet wird, laufen die Glaskonen von drei, vier oder mehr Düsenöffnungen zusammen, so dass der oben angegebene Uberflutungszustand der Düsenplatte erhalten wird.

Während des Spinnens gewährleisten eine hinreichende Zugkraft, die von der Aufwickelrolle ausgeübt wird, und die gemässigte Zufuhr von Kühlluft zusammen die stabile Form der Glaskonen, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind. Jedoch wird die Zugkraft während einer Periode, in welcher das Faserband von der Aufwickelvorrichtung abmontiert wird, unpassend verkleinert, bis das Aufwickeln wieder einsetzt, so dass hierbei die Bedingung der Gleichung (1) kaum aufrechterhalten werden kann. Während dieser Periode muss daher ein nur geringes weiteres Absinken der Zugkraft und/oder eine örtliche Störung des Kühlvorgangs mit Luft dazu führen, dass nun die Bedingung der Gleichung (2) vorliegt.

Tatsächlich hat die Erfahrung gezeigt, dass beim Absinken der Zugspannungskraft für gewisse Glaskonen bis zum Schlaffwerden ihrer Fasern diese Glaskonen der Öffnungen zusammenlaufen, aus welchen die schlaffen Fasern gesponnen werden. Wenn die Glaskonen einmal zusammengelaufen sind, kann ihre Trennung in die ursprünglichen unabhängigen Fasern nur dadurch bewerkstelligt werden, dass ein spezieller s

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starker Luftstrom auf den Bereich zugeführt wird, wo die Glaskonen zusammenlaufen.

Zusätzlich besteht für die gebräuchliche Düsenplatte ein grundsätzlicher Nachteil darin, dass der Auslassteil 22 der Wand der Düsenöffnung mit der Zeit abgeschliffen wird, so dass er abgerundet wird, wie aus Fig. 7 ersichtlich, was für das geschmolzene Glas einer Situation entspricht, als wenn der Abstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen kleiner wäre. Da die Kühlung, welche durch den Luftstrom verursacht wird, einen beträchtlich steilen Temperaturgradienten zwischen den Einlass- und Auslassteilen 21, 22 der Düsenöffnungen bedeutet, ist die Temperatur des geschmolzenen Glases rings des Auslassteiles 22 niedrig genug um zu einer grossen Viskosität zu führen. Durch die daraus folgende grosse Reibung zwischen dem geschmolzenen Glas und dem Auslassteil der Düsenöffnung wird dessen Abschleifen beschleunigt, so dass die Kante der Düsenöffnung an der Auslassseite auf ein Profil bestimmter Krümmung rund geschliffen wird.

Nachdem die Kante der Düsenöffnung rundgeschliffen ist, wird die Randkante des Konus während des Spinnens an dem untersten Ende 22 des Wandteils gehalten, welcher den ursprünglichen Durchmesser der Öffnung hat. Wenn jedoch das Spinnen einmal aussetzt, wird die Position der Randkante zum untersten Grenzrand 24 verlagert, so dass die Basisteile der benachbarten Glaskonen näher aneinanderrücken und diese bereitstehen um zusammenzulaufen.

Die Abnahme des Abstandes zwischen benachbarten Düsenöffnungen aufgrund des Abschleifens oder Verschleisses der auslassseitigen, der Umgebung zugewendeten Kante der Öffnung führt zu einigen Nachteilen wie folgt:

1. Wenn einmal die Glaskonen ineinandergemischt oder zusammengelaufen sind, so dass die Überflutungsbedingung vorhanden ist, ist es sehr schwierig und zeitaufwendig, die ursprüngliche Bedingung wieder zu erhalten, in welcher die Konen unter Ausbildung gesonderter Fasern voneinander getrennt sind. Dies kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass die Konen, wenn sie einmal getrennt sind, sich leicht wieder miteinander vereinigen während der Trennung der restlichen Konen, wodurch die Trennwirksamkeit beeinträchtigt wird. Im allgemeinen braucht man acht Minuten, eine vollständige Trennung zu erreichen, wenn die Düsenplatte noch neu ist, und etwa 15 bis 30 Minuten, wenn das Abschleifen oder Verschleissen der Kanten der Düsenöffnungen fortgeschritten ist.

2. Das Vereinigen der Glaskonen findet statt, wenn das Spinnen unterbrochen wird. Das Zusammenlaufen wird, wie oben angegeben, bereits durch einen geringen örtlichen Temperaturanstieg, ein unzureichendes Kühlen oder ein Abfallen der Zugspannungskraft verursacht.

3. Das Zusammenlaufen der Konen kann, wie unter Pkt. 2 angegeben, durch Vergrösserung der Kühlluftrate vermieden werden, was jedoch zum Überkühlen der Fasern während des normalen Spinnvorgangs bis zum Abbrechen der Fasern führen kann.

Insgesamt bedeuten daher die gebräuchlichen Düsenplatten eine geringe Arbeitseffektivität und eine vergrösserte Häufigkeit für das Abbrechen von Fasern.

Das Abschleifen oder Verschleissen der Düsenöffnungen ist der Spinnvorrichtung inhärent, weil es mit dem Kühlen mit Luft einhergeht. Die Beeinträchtigung der Arbeitseffektivität aufgrund des Abschleifens oder Verschleissens der Düsenöffnungen steht hingegen in engem Zusammenhang mit einer hohen Dichte, mit welcher die Düsenöffnungen in der Düsenplatte angeordnet sind. Die Worte «hohe Dichte» werden hierin in der Bedeutung einer derartigen Dichte der Öffnungen, d.h. der Abstandsteilung der Öffnungen, verwendet,

durch welche das Zusammenlaufen der Glaskonen aus entsprechenden Öffnungen zugelassen wäre, wenn nicht die Kühlluft auf die Glaskonen zugeführt würde.

Die Dichte oder Abstandsteilung der Düsenöffnungen ist ' abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der Menge an geschmolzenem Glas innerhalb der Spinnkammer, der Zusammensetzung des Glases, der Schmelztemperatur des Glases, der Spinntemperatur, dem Durchmesser der Düsenöffnung, der Spinnrate, der Menge und Geschwindigkeit der auf die Düsenplatte zugeführten Kühlluft und dergleichen. Der Abstand zwischen benachbarten Düsenöffnungen ist typisch 0,3 bis 1,0 mm, gemessen an ihren Wänden.

Die Erfindung ist daher auf die Herstellung von Glasfasern abgestellt, bei welcher eine Düsenplatte verwendet wird, welche eine ebene Oberfläche hat und mit einer Anzahl von Düsenöffnungen versehen ist, die in hoher Dichte angeordnet sind, wobei Kühlluft nach oben auf die Düsenplatte gerichtet wird. Durch die Erfindung wird die Gestalt jeder Düsenöffnung derart verbessert, dass die Menge an geschmolzenem Glas, welches durch die Öffnungen ausgegeben wird, reguliert und derart begrenzt wird, dass das unerwünschte Zusammenlaufen des geschmolzenen Glases und andere Nachteile, wie oben beschrieben, vermieden sind, wodurch die Arbeitseffektivität der Spinnvorrichtung verbessert ist.

Nach einer Reihe von intensiven Studien und Experimenten wurde gefunden, dass die oben angegebene Verbesserung errreicht wird, wenn jede Öffnung derart geformt wird, dass das Durchmesserverhältnis ihrer Einlassseite zu ihrer Auslassseite in den Bereich zwischen 1:0,4 und 1:0,9 fällt. Die derartig geformte Düsenöffnung kann zwei zylindrische koaxiale Wandabschnitte unterschiedlichen Durchmessers hintereinander aufweisen, d. h. der zylindrische Wandabschnitt mit dem grösseren Durchmesser liegt näher an der Einlasseite und der zylindrische Wandabschnitt mit dem kleineren Durchmesser liegt näher an der Auslassseite. Die Erfindung kann jedoch auch dadurch verwirklicht werden, dass die Düsenöffnung nach unten kleiner werdend kegelstumpfförmig verläuft.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Düsenöffnung mit zwei zylindrischen Wandabschnitten unterschiedlichen Durchmessers gezeigt ist, besteht die Düsenöffnung aus drei Teilen, nämlich einer obersten Bohrung 25, durch welche das geschmolzene Glas in die Öffnung eingeführt wird, einer unteren Bohrung 26, welche der Umgebungsluft zugewendet ist und so gestaltet ist, dass das geschmolzene Glas in die Atmosphäre ausgegeben wird, und einem Mittelteil 27, über welchen die Bohrungen 25,26 miteinander verbunden sind. Die untere Bohrung 26 hat einen Durchmesser, der kleiner ist, als der der oberen Bohrung 25, so dass der Abstand zwischen den Achsen der unteren Bohrungen benachbarter Öffnungen kleiner sein kann als bei der konventionellen Anordnung, ohne dass der Abstand zwischen den Wänden benachbarter Öffnungen dadurch verringert wird.

Es wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen, in welcher die Öffnung gezeigt ist, nachdem sie während einer verhältnismässig langen Periode benutzt wurde. Es ist ersichtlich, dass der untere Rand 28 der unteren Bohrung 26 abgeschliffen ist, so dass er einen etwas grösseren Durchmesser erhalten hat. Da jedoch der Durchmesser der unteren Bohrung ursprünglich klein ist, ist der Abstand zwischen den Grenzrändern 29 benachbarter Öffnungen immer noch gross genug, um trotz des Verschleisses zu gewährleisten, dass die Glaskonen voneinander getrennt sind.

Obwohl dem Strom des geschmolzenen Glases durch die Öffnung ein vergrösserter Widerstand aufgrund des kleineren Durchmessers der unteren Bohrung 26 entgegenwirkt und daher begrenzt ist, ist der grosse Durchmesser der oberen Bohrung 25 gross genug, die Verringerung der Durchflussrate

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zu kompensieren. Zu diesem Zweck sind die Axiallängen der oberen und unteren Bohrung derart bestimmt, dass eine gewünschte Strömungsrate des geschmolzenen Glases erhalten wird. Der mittlere Teil 27, welcher die beiden Bohrungen 25 und 26 miteinander verbindet, ist vorzugsweise mit gewünschter Neigung zur Horizontalebene abgeschrägt.

Die Strömungsrate des geschmolzenen Glases, die durch eine Düsenplatte mit Öffnungen wie in den Fig. 8 und 9 eingerichtet ist, ist durch die folgende Gleichung (3) gegeben:

KnH

1

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Lx X4

+

Ly Y4

tan© (x3-y3) 6 X3 Y3

wobei

Q Strömungsrate des geschmolzenen Glases (g/min)

K Konstante n Anzahl der Öffnungen

H Glashöhe über der Düsenplatte (cm)

t] Viskosität des Glases (Poise)

X Durchmesser der oberen Bohrung (cm)

Lx Axiallänge der oberen Bohrung (cm)

Y Durchmesser der unteren Bohrung (cm) Ly Axiallänge der unteren Bohrung (cm)

0 Neigungswinkel des schrägen Mittelteils sind.

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Es wurde erwiesen, dass das zufriedenstellendste Ergebnis erhalten wird, wenn das Durchmesserverhältnis des Durchmessers der oberen Bohrung 25, welche einen kleineren Strö- so mungswiderstand bietet, zum Durchmesser der unteren Bohrung 26, welche einen grösseren Strömungswiderstand bietet, von 1:0,4 bis 1:0,9 beträgt und wenn die Axiallänge der unteren Bohrung 3/4 der Gesamtdicke der Düsenplatte oder kleiner, jedoch grösser als 0,20 mm ist. Wenn der Durchmesser 35 der unteren Bohrung grösser als 0,9mal dem der oberen Bohrung ist, ist der Abstand zwischen den Wänden der unteren Bohrungen benachbarter Düsenöffnungen unzureichend, um den vorerwähnten Vorteil durch Vorsehen eines verringerten Durchmesserteils der Düsenöffnung zu gewährleisten, so dass die Neigung zum Zusammenlaufen der Glaskonen nach einer kurzen Verwendungsperiode von drei Monaten auftritt. Diese Lebensdauerperiode ist noch unzufriedenstellend, wenngleich sie der Lebensdauer konventioneller Anordnungen überlegen ist, bei welchen die Neigung des Zusammenlaufens in drei oder vier Wochen auftritt. Andererseits führt ein Durchmesser der unteren Bohrung kleiner als 2/s des Durchmessers der oberen Bohrung unvermeidlich zu einem übermässig grossen Durchmesser der oberen Bohrung. Ein zu grosser Durchmesser der oberen Bohrung würde jedoch dazu führen, dass die oberen so Bohrungen benachbarter Öffnungen einander überschneiden. Damit daher dafür gesorgt wäre, dass die Öffnungen weiterhin voneinander getrennt sind, müsste der Abstand zwischen den Achsen der Öffnungen gross gemacht werden, was dem Erfordernis einer «hohen Dichte» widerspricht, mit welcher die

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Öffnungen angeordnet sind. Wenn alternativ die untere Bohrung zur Lösung des obigen Problems klein gemacht wird,

muss ihre Axiallänge unvermeidlich klein sein. Dies würde bedeuten, dass die Gestaltung der unteren Bohrung stark abhängig ist von der Genauigkeit des Bohrvorgangs. Ausserdem würde der Strom des geschmolzenen Glases unzweckmässig eingeschränkt und würde sich stark mit einer Gestaltsänderung der unteren Bohrung aufgrund ihres Verschleisses ändern.

Die Erfindung hat somit das Ergebnis, dass die Düsenplatte-länger verwendet werden kann, wobei die auf den Verschleiss an der Auslassseite der Öffnungen zurückzuführenden Nachteile vermieden sind, wenn das Verhältnis des Durchmessers der unteren Bohrung zu dem der oberen Bohrung im praktischen Fall annehmbar im Bereich zwischen 0,4 und 0,9 liegt.

Dasselbe Ergebnis wird erhalten mit einer Düsenplatte, die aus Fig. 10 ersichtlich ist und eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt. Diese Düsenplatte hat ebene Flächen und ist mit einer Anzahl von Düsenöffnungen versehen, von denen jede eine kegelstumpfförmige Begrenzungsfläche mit unten liegendem kleineren Durchmesser hat. Das Durchmesserverhältnis der Öffnung an der Einlassseite 31 zur Auslassseite 32 ist ebenfalls so gewählt, dass es in einen Bereich zwischen 1:0,4 und 1:0,9 fällt.

Die Wirksamkeit der Erfindung für das Zusammenlaufen der Glaskonen kann am augenscheinlichsten dadruch beurteilt werden, dass festgestellt wird, ob ein Zusammenlaufen stattfindet, wenn die Glasfasern manuell nach dem Abstoppen der Aufwickelwinde abgezogen werden oder der Faserstrang mittels einer Vorrichtung, wie einer Zugrolle abgezogen wird, mit welcher der Strang mit verringerter Geschwindigkeit von 20 m/min oder dergl. abgezogen werden kann. Alternativ kann die Wirkung der Erfindung von der Zeit her beurteilt werden, die erforderlich ist, geschmolzenes Glas, welches die Fläche der Düsenplatte überflutet hat, vollständig in gesonderte Fasern zu trennen. Auch der Temperaturanstieg der Düsenöffnung, bei welchem das Zusammenlaufen der Glaskonen verursacht wird, kann eine Grundlage zur Beurteilung der Überlegenheit der Erfindung bilden.

Als Bezug zeigt die folgende Tabelle 2 die Tendenz des Zusammenlaufens der Glaskonen bei der konventionellen Düsenplatte mit 2000 Öffnungen jeweils in Form gerader Bohrungen im Neuzustand und nach einem Gebrauch von 1 bis 2 Monaten. Die Abmessungen der Öffnungen sind aus Tabelle 1 ersichtlich.

Tabelle 1

Öffnung

Öffnungsdurchmesser 1.20 mm

Wandabstand zwischen benachbarten Öffnungen 0.70 mm

Axiallänge der Düsenplatte 2.00 mm

Grösse der Düsenplatte 230 x 46 x 2 (mm)

Tabelle 2

Neuzustand

1 Monat danach

2 Monate danach

Zusammenlaufen durch

Kein

Zusammenlauf

Absenkung der Zugkraft

Zusammenlauf beobachtet beobachtet

Zur Trennung erforderliche

Zeit (min)

3 bis 8

12 bis 18

15 bis 20

Temperaturanstieg

der Düsenplatte

38°C

22°C

18°C

Mit gutem Unterschied zu der oben beschrieöenen konven- gemässen Düsenöffnungen mit im Durchmesser unterschied-tionellen Düsenplatte führte eine Düsenplatte mit erfindungs- liehen oberen und unteren zylindrischen Wandabschnitten, wie

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aus Tabelle 3 ersichtlich, zu einem Ergebnis, welches aus der folgenden Tabelle 4 ersichtlich ist.

Tabelle 3

Öffnung

Durchmesser obere Bohrung 1.40 mm

Axiallänge obere Bohrung 1.33 mm

Durchmesser untere Bohrung 1.00 mm

Axiallänge untere Bohrung 0.56 mm Neigungswinkel des abgeschrägten Mittelteils 30°

Durchmesserverhältnis (unten/oben) 0.71 Wandabstand benachbarter unterer Bohrungen 0.90 mm

Gesamtlänge der Öffnung 2.00 mm Grösse der Düsenplatte 230 X 46 X 2 (mm)

Tabelle 4

Neuzustand 1 Monat 2 Monate 6 Monate danach danach danach

Zusammenlaufen durch

Zugkraftabsenkung nicht nicht nicht nicht

Erforderliche Trennzeit

(min)

3 bis 8

4 bis 12

Temperaturanstieg

der Düsenplatte

60°C

40°C

40° C

34°C

Ähnlich zeigt Tabelle 6 das Ergebnis eines Versuchs mit angeordneten Öffnungen mit kegelstumpfförmigen Begren-

einer Düsenplatte gemäss der Erfindung mit dicht aneinander 30 zungsflächen entsprechend Tabelle 5.

Tabelle 5

Öffnung

Oberer Durchmesser 1.40 mm

Unterer Durchmesser 1.00 mm

Durchmesserverhältnis (unten/oben) 0.71 Abstand unterer Grenzränder benachbarter Öffnungen 0.90 mm

Gesamtlänge der Öffnung 2.00 mm Grösse der Düsenplatte 230 X 46 X 2 (mm)

Tabelle 6

Neuzustand 1 Monat 2 Monate 6 Monate danach danach danach

Zusammenlaufen durch

Zugkraftabsenkung nicht

Erforderliche Trennzeit

(min) 3 bis 8

Temperaturanstieg der Düsenplatte 60 ° C

Während der Versuche sank der Arbeitswirkungsgrad der konventionellen Düsenplatte von 95 % im Neuzustand auf 85 % nach einmonatigem Gebrauch. Zwei Monate nach dem Gebrauchsbeginn war der Arbeitswirkungsgrad unwirtschaftlich kleiner als 80%. Hierfür sind natürlich der Anstieg der Neigung des Zusammenlaufens und die daraus folgende Unterbrechung des Betriebs zum Rückerhalten des getrennten Zustands der Fasern verantwortlich.

Im deutlichen Gegensatz dazu zeigte die Düsenplatte gemäss der Erfindung mit einer der Grösse der konventionellen Düsenplatte entsprechenden Grösse und mit derselben Anzahl, d.h. 2000, Düsenöffnungen eine minimale Tendenz zum Zusammenlaufen, selbst nach einem Gebrauch während 6 Monaten, wodurch ein hoher Arbeitswirkungsgrad beibehalten nicht nicht nicht

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3 bis 9

4 bis 13

40°C

37°C

32°C

ss wurde. Spezieller war der Arbeitswirkungsgrad bei 95% nach einem Gebrauch von 2 Monaten und noch bei 94% selbst nach einem Gebrauch von 6 Monaten.

Dieses vorteilhafte Ergebnis folgt vollständig aus der Tatsache, dass der Abstand zwischen den Randkanten der benach-60 harten Öffnungen an der Auslassseite vergrössert werden kann, ohne dass dazu der Abstand zwischen den Achsen benachbarter Öffnungen vergrössert werden muss, d.h. die hohe Dichte der Anordnung der Öffnungen ist beibehalten. Es ist zutreffend, dass die Austrittskanten der Öffnungen auch im 6s Falle der Erfindung abgeschliffen werden. Jedoch findet ein derartiger Verschleiss selbst nach einer Gebrauchsdauer von 6 Monaten nicht soweit statt, dass dadurch das Zusammenlaufen der Glaskonen verursacht würde, wodurch der gute Arbeits-

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Wirkungsgrad gewährleistet ist.

Zur Information betrug der Abstand zwischen den untern Grenzkanten benachbarter erfindungsgemässer Öffnungen 0,90 mm vor dem Gebrauch. Der Abstand nahm dann auf 0,75 mm nach einmonatigem Gebrauch, auf 0,70 mm nach zweimonatigem Gebrauch und auf 0,64 mm nach sechs Monaten ab. Hierdurch zeigt sich, dass der Fortschritt des Abschliffs in einem frühen Gebrauchsstadium gross ist, jedoch kleiner wird, nachdem ein gewisser Verschleiss vorhanden ist. Der Abstand zwischen den unteren Grenzkanten benachbarter erfindungsgemässer Düsenöffnungen nach einem sechsmonatigen Gebrauch ist immer noch grösser als der Abstand im konventionellen Fall vor dem Gebrauch.

Bei der konventionellen Anordnung der Öffnungen gemäss Tabelle 1 wurde der Abstand zwischen den Wänden benachbarter Öffnungen schnell von 0,70 mm auf 0,50 mm in einer kurzen Gebrauchsperiode von zwei Monaten verringert, so dass die Neigung des Zusammenlaufens der Glaskonen vergrössert wurde.

Jedes für die konventionellen Düsenplatten gebräuchliche Material kann für die erfindungsgemässe Düsenplatte verwendet werden. Es wurde durch eine Reihe von Versuchen erwiesen, dass der Arbeitswirkungsgrad merklich für Düsenplatten gemäss der Erfindung verbessert wird, wenn diese aus Verbindungen von 90% Platin und 10% Rhodium; 75% Platin und 25% Rhodium; 86% Platin, 9% Rhodium und 5% Gold; 90 % Platin, 5 % Palladium und 5 % Gold und dergleichen hergestellt sind, wenngleich diese Platten je nach Art des Materials etwas unterschiedliche Verschleissraten zeigten.

Die Düsenplatte gemäss der Erfindung mit speziell gestalteten Düsenöffnungen kann ohne wesentliche Schwierigkeit durch konventionelle Bohrverfahren unter Verwendung von Bohrern oder Räumern mit nachfolgendem Schleifen oder

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Läppen hergestellt werden, was.ebenfalls durch konventionelle Techniken durchgeführt werden kann.

Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung sind dem Fachmann aus den folgenden Beispielen ersichtlich.

Beispiel 1

Eine Spinnkammer mit einer Düsenplatte mit Öffnungen, von denen jede eine obere und eine untere Bohrung unterschiedlichen Durchmessers entsprechend der folgenden Tabelle 7 aufwies, wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben. Eigenschaftsänderungen wurden beobachtet wie in Tabelle 8 angegeben.

Eigenschaften der Düsenplatte und Betriebsbedingung:

Grösse der Düsenplatte: 250 x 46 x 2 mm

Material der Düsenplatte: 90Pt-5Au-5Pd

Anzahl der Öffnungen: 2008

Abstand zwischen den öffnungsachsen: 1,90 mm

Spinnrate: 850 g/min

Aufwickelgeschwindigkeit: 300 bis 1100 m/min.

Tabelle 7

Öffnung

Durchmesser obere Bohrung 1.50 mm

Axiallänge obere Bohrung 1.34 mm

Durchmesser untere Bohrung 1.00 mm

Axiallänge untere Bohrung 0.51 mm

Neigungswinkel des abgeschrägten Mittelteils 30° Durchmesserverhältnis (unten/oben) 0.67

Wandabstand der unteren Bohrungen der Öffnungen 0.90 mm

Gesamtlänge der Öffnungen 2.00 mm

Tabelle 8

Neuzustand

2 Monate danach

6 Monate danach

10 Monate danach

Zusammenlaufen

durch Zugkraftabnahme nicht nicht nicht nicht

Erforderliche Trennzeit

(min)

3 bis 8

4 bis 10

4 bis 12

Temperaturanstieg

der Düsenplatte

47°C

43°C

38°C

34°C

Wandabstand der unteren Bohrungen der Öffnungen Arbeits Wirkungsgrad

0,90 96%

0,74 95%

0,68 95%

0,65 93%

Beispiel 2

Eine Spinnkammer mit einer Düsenplatte mit kegelstumpf-förmigen Öffnungen mit unten liegendem kleinem Durchmesser entsprechend Tabelle 9 wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben. Die beobachteten Eigenschaftsänderungen sind in Tabelle 10 angegeben.

Art der Düsenplatte und Betriebsbedingung Grösse der Düsenplatte: 380 x 48 x 2,5 mm Material der Düsenplatte: 90Pt-5Au-5Pd Anzahl der Öffnungen: 4008 Achsabstand der Öffnungen: 1,90 mm so Spinnrate: 1500 g/min

Aufnahmegeschwindigkeit: 300 bis 850 m/min.

Tabelle 9

ss

Öffnung

Oberer Durchmesser der Öffnung 1.30 mm

Unterer Durchmesser der Öffnung 1.05 mm

Durchmesserverhältnis (unten/oben) 0.81 Abstand zwischen unteren Grenzrändern

60 benachbarter Öffnungen 0.85 mm

Gesamtlänge der Öffnungen 2.50 mm

Tabelle 10

Neuzustand 2 Monate danach

6 Monate danach

10 Monate danach

Zusammenlaufen durch Zugkraftabfall nicht nicht nicht nicht

623553 8

Tabelle 10 (Fortsetzung)

Neuzustand 2 Monate 6 Monate 10 Monate danach danach danach

Erforderliche Trennzeit

(min) 5 bis 10 5 bis 10 6 bis 12 8 bis 15

Temperaturanstieg der Düsenplatte 48°C 43°C 38°C 33°C

Abstand zwischen unteren Grenzrändern benachbarter Öffnungen 0,85 0,68 0,64 0,56

Arbeitswirkungsgrad 94% 94% 92% 90%

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

623 553

1. Düsenplatte an der Schmelzkammer einer Glasspinnvorrichtung, mit einer Mehrzahl dicht nebeneinander angeordneter Düsenöffnungen, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Düsenöffnung das Durchmesserverhältnis der Einlasseite zur Auslasseite der Öffnung von 1:0,4 bis 1:0,9 beträgt.

2. Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung zwei hintereinandergeschaltet angeordnete zylindrische koaxiale Wandabschnitte (25, 26) unterschiedlichen Durchmessers aufweist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Düsenplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallänge des Wandabschnittes (26) mit dem kleineren Durchmesser nicht grösser als 3/4 der Dicke der Düsenplatte (7) und nicht kleiner als 0,20 mm ist.

4. Düsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung konisch ausgebildet ist (Fig. 10).