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Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Fasern aus in der Hitze
plastischen Massen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Erzeugung von Fasern, insbesondere von ultrafeinen Fasern aus Massen, die in der
Hitze geschmolzen bzw. plastifiziert werden können, hier wieder insbesondere Mineralmassen
wie Glas, Schlacke, die verschiedensten Gesteine.
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Die Erzeugung von Fasern aus solchen Massen geschah bisher vorzugsweise
auf zwei Arten. Einmal wurde die Masse bzw. die verschiedenen Komponenten einer
Masse geschmolzen und sodann durch Düsen gepreßt. Zum anderen ist ein Verfahren
bekannt, nach dem die schon einmal zusammengeschmolzene und vorgeformte Masse, z.
B. in Stabform oder Plattenform, vor einem Gebläsebrenner gebracht wird. In der
Hitze der Gebläseflamme schmilzt die Masse und wird durch den Gasstrom in Fasern
aufgeteilt.
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Diese bekannten Verfahren sind sehr teuer; vor allem ist es bei dem
zweitgenannten notwendig, die zu verwendenden Materialien erst einmal vorzuformen.
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Es ist nun weiterhin bekannt, Reflexperlen dergestalt herzustellen,
daß Glasstaub in die Brennkammer eines Gebläsebrenners eingeführt und weiterhin
Sauerstoff oder Luft zugeführt werden. Um hier die gewollte Kugelgestalt zu erreichen,
müssen Temperatur der Flammgase und Geschwindigkeit derselben niedrig gehalten werden,
da sonst keine Kugeln, sondern tropfenförmige Gebilde entstehen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gesetzt, einen besseren und billigeren
Weg zur Erzeugung von Fasern aus in der Hitze plastischen Massen zu finden und löst
diese Aufgabe durch ein Verfahren, nach dem die zu Fasern zu verarbeitende Masse
als Staub oder mehr oder weniger feines Pulver in die Brennkammer eines Gebläsebrenners
eingeführt wird, wie dies, wie schon gesagt, an sich bei der Herstellung von Reflexperlen
bekannt ist, der weiterhin das Heizmedium, z. B. Gas und gegebenenfalls Sauerstoff
oder Luft zugeführt wird, wobei jedoch die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase
im Verhältnis zur angewandten Temperatur und Viskosität der Masse gesteigert wird.
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In der Brennkammer schmelzen die eingebrachten Massepartikeichen unter
dem Einfluß der Wärme und treten aus der Düse des Gebläsebrenners aus, wo sie unter
dem Einfluß der ausströmenden Verbrennungsabgase zu Fasern gezogen werden.
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Vorzugsweise ist eine Einspeiseleitung für Massestaub, Heizmedium
und Luft bzw. Sauerstoff vorgesehen. Die einzelnen Bestandteile können in einem
Düsensystem in an sich bekannter Weise vermischt werden. Die Brennkammer weist eine
der Einspeiseöffnung benachbarte Nachmisch- und Aufheizzone, eine sich dieser anschließende
Verbrennungszone und nachfolgend eine Beschleunigungszone auf, die zum Brennermund
führt. Die Verbrennungszone ist beispielsweise so ausgelegt, daß die je nach Druck
und Temperatur verschiedene Verbrennungsgeschwindikeit gleich der in ihr herrschenden
Strömungsgeschwindigkeit ist. Die Strömungsgeschwindigkeit kann aber auch kleiner
als die Verbrennungsgeschwindigkeit gehalten werden.
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Die Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch dieselbe erzielten
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen
schematisch dargestellten Ausführungsformen der zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens notwendigen Vorrichtung.
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Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Brenners im Längsschnitt,
Fig. 2 denselben im Querschnitt, in Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des
Brenners schematisch im Längsschnitt dargestellt, Fig. 4 zeigt denselben Brenner,
wiederum im Querschnitt, Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer beispielsweisen
Ausführungsform der Gesamtvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die Fig. 6 bis 11 zeigen verschieden konstruierte Ausbildungsmöglichkeiten für den
Brennermund.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Gemisch
von Massestaub, Heizmedium und Luft_bzw. Sauerstoff in die Brennkammer eines Gebläsebrenners
eingeführt. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines Brenners im Längsschnitt
ist die Einspeiseöffnung mit 1 bezeichnet. Von der Einspeiseöffnung 1 gelangt das
Gemisch in eine Zone 2 der Brennkammer, die als Nachmisch- und Aufheizzone bezeichnet
werden kann: Gegebenenfalls kann das Gemisch aus seinen einzelnen Komponenten auch
erst in der Nachmisch- und Aufheizzone 2 gebildet werden. An die Zone 2 schließt
sich die übliche Verbrennungszone 3 an. Diese Verbrennungszone 3 geht über in eine
Beschleunigungszone 4, die schließlich mit einem beispielsweise als Schlitzdüse
ausgebildeten Brennermund 5 abschließt.
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Die Brennkammer kann, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, etwa quadratischen
Querschnitt haben. Die Brennkammer kann aber auch, wie aus den weiteren Fig.3 und
4 ersichtlich, einen runden Querschnitt aufweisen. Bei derersten beschriebenen Brennkammer
erfolgt die Einführung des Gemisches aus Masse und Brennmedium in axialer Richtung
bei 1. Um eine bessere Durchmischung zu erreichen, kann jedoch, wie bei der runden
Brennkammer, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, die Einspeisung in tangentialer Richtung
bei 6 erfolgen. Auch die Brennkammer gemäß den Fig. 3 und 4 ist wieder in eine Nachmisch-und
Aufheizzone 2, eine Verbrennungszone 3 und eine Beschleunigungszone 4 unterteilt.
An Stelle der Schlitzdüse 5 kann gegebenenfalls auch eine Düse anderen Querschnitts,
z. B. mit rundem Querschnitt, treten.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine beispielsweise Anordnung, wie sie zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig ist. Ein Gebläsebrenner
7, etwa mit der Ausbildung, wie sie in den vorhergehenden Figuren dargestellt ist,
ist an ein Versorgungssystem 8 angeschlossen, aus dem ihm aus einem Vorratsbehälter
9 über 10 unter dem Einfluß des bei 11 eingeführten Heizmediums die zu schmelzende
Masse zugeführt wird. Bei 12 kann der Mischung aus Masse und Heizmedium gegebenenfalls
noch Sauerstoff oder Luft zugesetzt werden. Die ganze Versorgungseinrichtung entspricht
also an sich bekannten derartigen Anlagen. Daneben bestehen natürlich auch noch
andere Möglichkeiten der Mischung und Förderung der einzelnen Gemischkomponenten.
So kann auch die zur Verbrennung notwendige Luft als Fördermedium dienen oder Luft
und Heizgas zusammen. Die Einspeisung des ganzen Gemisches erfolgt wiederum bei
1. Es durchläuft die Zonen 2, 3 und 4 der Brennkammer des Gebläsebrenners 7. An
dem z. B. als Schlitzdüse ausgebildeten Brennermund 5 tritt unter der Einwirkung
der Verbrennungsabgase die geschmolzene Masse aus und wird dort in feinste Fäden
zerfasert, die sich z. B. auf einem vor der Düse vorbeigeführten Transportband 13
ablagern können.
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Die weiteren Figuren zeigen Möglichkeiten, wie die Düsen im einzelnen
ausgebildet sein können. Die Ausbildung der Düsen hat ja insbesondere Einfluß auf
die Ausbildung der in diesen unter der Einwirkung der durchströmenden Verbrennungsabgase
entstehenden Fasern. So ist in Fig. 6 ein Brennermund 5 dargestellt, in dessen Bereich,
mit dem er in der Beschleunigungszone 4 übergeht, ein aerodynamisch ausgebildeter
Leitkörper 14 angeordnet ist. Eine weitere Möglichkeit zeigt Fig. 7. Hier
ist ein hohler Leitkörper 15 mit einer in die Düse ragenden Leitfläche 16 vorgesehen.
Der hohle Leitkörper 15 kann gegebenenfalls gekühlt werden.
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Bei der Düse nach Fig. 8 ist eine weitgehende Verengung .unter Anordnung
von z. B. Platinleisten 17 vorgesehen, der eine etwa eine Venturirohr ähnelnde Erweiterung
18 des Brennermundes folgt. Fig. 9 zeigt einen unter Verwendung hitzebeständiger
Materialien als sehr engen Schlitz 19 ausgebildeten Brennermund 5.
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In den Fig. 10 und 11 sind Düsenausbildungen dargestellt, die in an
sich bekannter Weise zusätzliche Zuführung von gasförmigen Medien am Brennermund
erlauben, die erstens zur Beeinflussung der Faserbildung dienen können und zweitens
den Brennermund kühlen.
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Gegebenenfalls kann auch eine zusätzliche Düse 20, wie sie in Fig.
10 dargestellt ist, als zusätzlicher Brenner Verwendung finden, wenn die am Düsenmund
entstehenden Fasern noch einer Wärmebehandlung unterworfen werden müssen. In der
Fig. 11 ist eine zum Brennermund symmetrische Anordnung einer Hilfsdüse 21 getroffen.