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Die
Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Fasern aus anorganischen
Stoffen oder anderen wärmeformbaren
Materialien mittels Innenzentrifugieren, mit welchem ein Ziehvorgang
durch einen auf hoher Temperatur befindlichen Gasstrom verbunden
ist. Sie ist insbesondere auf die industrielle Herstellung von Glaswolle
gerichtet, die vorgesehen ist, beispielsweise an der Zusammensetzung
von wärmedämmenden und/oder
schalldämmenden
Erzeugnissen beteiligt zu sein.
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Das
Verfahren zur Herstellung von Fasern, auf welches sich die Erfindung
bezieht, besteht darin, einen Glasstrahl in eine Zentrifuge zu leiten,
die auch als Schleuderscheibe bezeichnet wird, sich mit hoher Geschwindigkeit
dreht und am Umfang mit einer sehr großen Anzahl von Öffnungen
durchbohrt ist, aus welchen das Glas durch die Zentrifugalkraft
in Form von Filamenten hinausgeschleudert wird. Diese Filamente
werden dann der Wirkung eines ringförmigen Ziehstroms mit hoher
Temperatur und Geschwindigkeit ausgesetzt, der entlang der Wand
der Zentrifuge strömt,
sie dünner
macht und in Fasern umwandelt. Die gebildeten Fasern werden von
dem gasförmigen
Ziehstrom zu einer Aufnahmeeinrichtung gebracht, die im Allgemeinen
aus einem gasdurchlässigen
Band besteht. Dieses Verfahren wird als Innenzentrifugieren bezeichnet.
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Das
Verfahren ist Gegenstand zahlreicher Perfektionierungen, von welchen
sich einige insbesondere auf die Schleuderscheibe und andere auf
die Mittel zum Erzeugen des ringförmigen Ziehstroms, beispielsweise
durch spezielle Brenner, richten. Zu letzterem Punkt siehe insbesondere
EP-B-0 189 354, EP-B-0 519 797 und WO-A-97/15532.
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Was
die Schleuderscheibe betrifft, so ist in dem Patent FR-A-1 382 917
(Patentanmeldung vom 27. Februar 1963) ein Spinnorgan beschrieben,
dessen Prinzip auch heute noch in breitem Umfang angewendet wird:
Das geschmolzene Material wird in eine Trommel gebracht, die in
ihrer vertikalen Wand Öffnungen
enthält,
durch welche das Material auf die Wand eines Körpers geschleudert wird, der
sich dreht, fest mit der Trommel verbunden ist und eine große Anzahl
von Öffnungen
enthält.
Diese Wand wird als "Mantel" der Schleuderscheibe
bezeichnet. Um einen Spinnvorgang mit hoher Qualität zu erhalten,
sind die Öffnungen
in ringförmigen
Reihen verteilt und sind die Durchmesser der Öffnungen je nach der Reihe,
zu welcher sie gehören,
variabel, wobei dieser Durchmesser im Mantel von oben nach unten
abnimmt.
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Weiterhin
ist aus dem Dokument US-A-4 689 061 eine Zentrifuge bekannt, die
eine Vielzahl ringförmiger
Bereiche umfasst, die mit einem konstanten Abstand voneinander entfernt
sind, der keine Öffnungen
enthält,
wobei die Breite des Mantels konstant ist und die Größe der Öffnungen
vom unteren zum oberen Bereich zunimmt.
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Erfindungsgemäß wird bei
der Definition von "oben" in der Zentrifuge
auf eine Zentrifuge Bezug genommen, die sich in Zentrifugierposition,
d.h. in einer im Wesentlichen vertikalen (Dreh-)Achse, befindet.
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Dieses
Grundprinzip hat Verbesserungen erfahren, wie insbesondere das Patent
FR-A-2 443 436 lehrt, in welchem es Mittel erlauben, eine laminare
Strömung
des geschmolzenen Materials von oben nach unten des Mantels der
Schleuderscheibe zu erhalten.
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Deshalb
liegt der Erfindung als Aufgabe eine Verbesserung der Vorrichtung
und des Verfahrens zum Erspinnen von Mineralfasern durch Innenzentrifugieren
zugrunde, eine Verbesserung, die insbesondere auf die Qualität der erhaltenen
Fasern und die Erhöhung
der Produktivität
des Verfahrens gerichtet ist.
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Die
Erfindung hat vor allem zum Gegenstand eine Vorrichtung zum Innenzentrifugieren
von Mineralfasern, die eine Zentrifuge umfasst, die mit einem umfänglichen
Mantel versehen ist, der mit Öffnungen
durchbohrt ist, die auf eine Vielzahl ringförmiger Bereiche verteilt sind,
die übereinander
angeordnet sind, wobei die Zentri fuge in Zentrifugierposition betrachtet
wird, deren ringförmige
Bereiche sich übereinander
befinden und deren Öffnungen über die
gesamte Breite eines jeden ringförmigen
Bereichs verteilt sind, und sie mindestens zwei ringförmige Bereiche
umfasst, deren Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit
sich um einen Wert von mehr als oder gleich 5%, insbesondere mehr
als oder gleich 10%, und sogar als 20% unterscheidet.
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In
einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform
befindet der ringförmige
Bereich, der die größte mittlere
Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit
enthält,
sich unter einem anderen ringförmigen
Bereich, der eine kleinere mittlere Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit
enthält,
wobei die Zentrifuge in Spinnposition betrachtet wird.
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Dabei
ist unter einem "ringförmigen Bereich" ein Bereich des
Mantels der Zentrifuge zu verstehen, der zwischen zwei Ebenen eingeschlossen
ist, die quer zur (Dreh-)Achse der Zentrifuge
verlaufen. Erfindungsgemäß wird als
ein derartiger ringförmiger
Bereich ein solcher definiert, in welchem die Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit über den
gesamten Teil des Umfangs des Mantels, der in diesem ringförmigen Bereich
enthalten ist, im Wesentlichen konstant ist.
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Als
Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit,
NS, wird die Anzahl der Öffnungen
definiert, die in einem Flächenelement
des ringförmigen
Bereichs, insbesondere mit der Größe eines Quadratzentimeters,
bezogen auf die Fläche
dieses Flächenelements,
enthalten ist. Dazu ist festzustellen, dass die Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit
im Wesentlichen konstant ist, wenn sie um weniger als 0,5% aller
Flächenelemente
eines ringförmigen
Bereichs variiert. Ein ringförmiger
Bereich kann eine einzige Öffnung
pro vertikales Segment enthalten, enthält aber üblicherweise mehrere, insbesondere
4 bis 15. Als "vertikales
Segment" wird ein
Teil eines ringförmigen
Bereichs bezeichnet, der auf der vertikalen Achse von jeder der
zuvor definierten Ebenen begrenzt wird, sodass dort im Mittel nur
eine einzige Öffnung
auf einer horizontalen Achse gesehen wird, wenn man die Zentrifuge
in Spinnposition betrachtet.
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Herkömmlicherweise
werden die Mineralfasern in einer Zentrifuge hergestellt, in welcher
die Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit über die
gesamte Höhe
des Mantels der Zentrifuge konstant ist. Eine herkömmliche
Zentrifuge wird durch Elektroerosion mit einem Kamm durchbohrt,
der aus Elektroden besteht, die auf einer Linie verteilt sind, in
welcher der Abstand zwischen den Elektroden konstant ist. Es werden
gleichzeitig die Öffnungen
einer senkrechten Linie von Öffnungen
gebohrt, anschließend
wird der Kamm bewegt, um die nächste
senkrechte Linie zu bohren, nachdem er entlang des Mantels mit einer
Entfernung verschoben worden ist, die dem horizontalen Abstand zwischen
den Mitten von aufeinander folgenden Löchern entspricht.
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Dieses
Verfahren erlaubt eine sehr genaue Bohrung, und die Schwankungen
der Anzahl Öffnungen pro
Flächeneinheit
sind extrem klein, insbesondere kleiner als 1 pro Tausend.
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Eine
Zentrifuge enthält
im Allgemeinen 2 000 bis 40 000 Öffnungen,
insbesondere bei einem mittleren Durchmesser von 200 bis 800 mm.
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Nun
hat es sich gezeigt, dass die Qualität von Fasermatten, insbesondere
deren mechanische Eigenschaften, wobei eine sehr deutliche Senkung
des Energieverbrauchs erhalten wird, und damit die Produktivität des Spinnverfahrens
beträchtlich
erhöht
werden kann, wenn eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet wird.
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Dieser
Effekt ist besonders bemerkenswert, da bekannt ist, bei konstantem
Ausstoß den
Energieverbrauch zu senken, wenn die Anzahl Öffnungen für ein und dieselbe Mantelhöhe steigt,
da, je besser die Schmelze verteilt wird, um so weniger Energie
gebraucht wird, um sie zu ziehen. Wird jedoch die Anzahl Öffnungen
auf ein und derselben Mantelhöhe
bei einer herkömmlichen
Zentrifuge erhöht,
so verbessert sich die Qualität
der erzeugten Fasermatten nicht und hat sogar die Tendenz, sich
zu verschlechtern, während
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
es möglich
ist, die Eigenschaften der Erzeugnisse und die Produktivität des Verfahrens
gleichzeitig zu verbessern.
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Dazu
ist festzustellen, dass sich in diesem Text auf eine Zentrifuge
bezogen wird, die in Zentrifugierposition betrachtet wird, d.h.,
dass der Mantel, der die Öffnungen
enthält,
im Wesentlichen vertikal um die Achse angeordnet ist, durch welche
das geschmolzene Material während
des Spinnvorgangs zugeführt
wird. Dabei wird das geschmolzene Material in dieser Position der
Zentrifuge von "oben" zugeführt. Der
Boden der Zentrifuge ist im Wesentlichen horizontal, und die ringförmigen Bereiche
verlaufen parallel zum Boden und befinden sich bei dieser Betrachtung übereinander.
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Eine
erfindungsgemäße Zentrifuge
umfasst mindestens zwei übereinander
angeordnete ringförmige Bereiche,
wobei der untere eine größere Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit
hat als derjenige, der sich über ihm
befindet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Zentrifuge
mindestens drei übereinander
angeordnete ringförmige
Bereiche, wobei jeder dieser Bereiche eine Anzahl von Öffnungen
pro Flächeneinheit enthält, die
größer als
diejenige des ringförmigen
Bereichs ist, der sich am nächsten
und über
dem betrachteten ringförmigen
Bereich befindet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Öffnungen
eines jeden ringförmigen
Bereichs zu Reihen angeordnet, wobei der Durchmesser (d) einer Öffnung im
Wesentlichen in jedem ringförmigen
Bereich konstant ist und von einem ringförmigen Bereich zum nächsten des
Mantels der Zentrifuge von oben nach unten in Zentrifugierposition
kleiner wird.
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Erfindungsgemäß ist es
dann vorteilhaft, dass mindestens zwei aneinander angrenzende Reihen Öffnungen
mit unterschiedlichem Durchmesser haben, und insbesondere, dass
die Reihen von oben nach unten des Mantels kleiner werdende Durchmesser
der Öffnungen
haben (im Allgemeinen haben alle Öffnungen einer Reihe denselben
Durchmesser). Es können
so von oben nach unten n Reihe(n) mit Öffnungen mit einem gegebenen
Durchmesser, anschließend
p Reihe(n) Öffnungen
mit einem kleineren Durchmesser, danach t Reihe(n) Öffnungen
mit einem noch kleineren Durchmesser usw., mit n, p und t ≥ 1, vorgesehen
werden.
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So
kann beispielsweise ein erster ringförmiger Bereich, ZA1, der aus
n Reihen besteht, ein zweiter, ZA2, der aus p Reihen besteht, und
ein dritter Bereich, ZA3, der aus t Reihen besteht, vorhanden sein.
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Indem
so eine Art abnehmender "Gradient" in der Größe der Öffnungen
von oben nach unten erzeugt worden ist, ist eine Verbesserung der
Qualität
des Spinnvorgangs festgestellt worden. So konnten die Unterschiede
in der Art und Weise, auf welche die Filamente, die aus den oberen
Reihen kommen, gezogen werden, gegenüber denjenigen der unteren
Reihen verringert werden, da dieser "Gradient" eine Entwicklung der primären Filamente
am Ausgang der Öffnungen
und einen Ziehvorgang erlaubt, der das Kreuzen der Wege und damit
Stöße während des
Ziehvorgangs zwischen den Fasern, die aus Reihen mit unterschiedlichen Öffnungen
kommen, begrenzt, woraus die Qualitätszunahme resultiert.
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Diese
Gestaltung ist insbesondere für
die Herstellung von nicht sehr dichter Mineralwolle geeignet.
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Im
Gegensatz dazu ist es in manchen Fällen erwünscht, die Stöße der Fasern
aneinander zu begünstigen,
um deren Länge
zu verkürzen.
Diese Fälle
entsprechen der Herstellung einer dichten Mineralwolle, die insbesondere
für Platten
geeignet ist, die als Dachelemente verwendet werden. In diesen Fällen kann
beispielsweise die Größe der Öffnungen
von einem Bereich zum nächsten
abwechseln gelassen werden, und es können so von oben nach unten
n Reihe(n) Öffnungen
mit einem gegebenen Durchmesser, anschließend p Reihe(n) Öffnungen
mit einem größeren Durchmesser,
danach t Reihe(n) Öffnungen
mit einem Durchmesser, der kleiner als derjenige der Öffnungen
der darüber
liegenden Reihe ist, usw. vorgesehen werden.
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Vorteilhafterweise
sind die Reihen voneinander mit einem Abstand von 1 bis 2 mm und
insbesondere zwischen 1,2 und 1,8 mm mit vorzugsweise einem Versatz
von einer Reihe zur nächsten
von 1 bis 2 mm, beispielsweise zwischen 1,2 und 1,6 mm, entfernt.
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Vorzugsweise
beträgt
der Durchmesser (d) mindestens eines Teils der Öffnungen der Zentrifuge höchstens
1,5 oder 1,2 mm, insbesondere 1,1 bis 0,5 mm, beispielsweise zwischen
0,9 und 0,7 mm.
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Entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Abstand D zwischen den Mitten von einander am nächsten befindlichen Öffnungen
ein und desselben ringförmigen
Bereichs im Wesentlichen konstant über die Gesamtheit ein und
desselben ringförmigen
Bereichs und variiert dieser Abstand D von einem Bereich zum nächsten um
mindestens 3%, sogar um mindestens 5%, und auch 10% oder mehr, und
nimmt von oben nach unten ab, wenn die Zentrifuge in Spinnposition
betrachtet wird.
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Vorzugsweise
beträgt
der Abstand D 0,8 bis 3 mm, beispielsweise 1 bis 2 mm, und auch
zwischen 1,4 und 1,8 mm.
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Vorteilhafterweise
wird die erfindungsgemäße Zentrifuge
mit einem als DM bezeichneten mittleren Durchmesser von kleiner
als oder gleich 800 mm und insbesondere von mindestens 200 mm ausgewählt.
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Vorzugsweise
hat die Zentrifuge in ihrem unteren Teil (entgegengesetzt zu "oben" der Zentrifuge,
wie weiter oben definiert) keinen Boden.
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Entsprechend
der vorhergehenden Ausführungsform
ist die Zentrifuge, insbesondere durch eine mechanische Verbindung,
mit einer Trommel verbunden, in welche sich die Glasschmelze ausdehnt,
und welche mit derselben Geschwindigkeit wie die Zentrifuge angetrieben
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die erfindungsgemäße Vorrichtung
mindestens ein Mittel, das einen gasförmigen Ziehstrahl mit hoher
Temperatur er zeugt, in Form eines Ringbrenners, insbesondere der
Lehre der Patente EP-A-0 189 354 und EP-A-0 519 797 der Anmelderin.
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Vorteilhafterweise
ist der Ringbrenner ein Tangentialbrenner, der Mittel enthält, um dem
gasförmigen Ziehstrahl
eine tangentiale Komponente in Bezug auf den äußeren horizontalen Rand der
Zentrifuge zu verleihen, insbesondere gemäß der Lehre des Patents EP-A-0
189 354 der Anmelderin.
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So
wird ein Neigungswinkel des gasförmigen
Ziehstrahls in Bezug auf die Brennerachse erhalten.
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Für die Zentrifuge
kann auch ein "inneres" Beheizungsmittel
vom Typ eines Innenbrenners verwendet werden. Dieses kann verschiedene
Funktionen erfüllen,
insbesondere die thermische Konditionierung der Glasschmelze in
der "Trommel" der Zentrifuge (eine
Bezeichnung, die anhand der Figuren weiter unten erläutert wird)
zu beenden, den Glasvorrat in der Zentrifuge auf einer geeigneten
Temperatur zu halten und schließlich
die Fasern kontinuierlich wieder zu schmelzen, die in der Lage sind,
an den Außenwänden der
Zentrifuge anzukleben.
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Das "äußere" Beheizungsmittel vom Typ Ringinduktor
kann vorteilhafterweise mit diesem inneren Beheizungsmittel kombiniert
werden, es erlaubt auch eine bessere Kontrolle der Temperatur des
Glasvorrats und das erneute Schmelzen der angeklebten Fasern. Dabei
ist festgestellt worden, dass im Allgemeinen bei niedrigen Durchsätzen es
ausreicht, einfach einen Innenbrenner zu verwenden, während bei
hohen Durchsätzen der
Ringinduktor erforderlich ist und der Innenbrenner ihn wahlweise
in vorteilhafter Weise ergänzt.
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Die
Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern
durch Innenzentrifugieren, das mit einem Ziehvorgang durch ein auf
hoher Temperatur befindliches Gas verbunden ist, für welches
insbesondere die zuvor beschriebene Vorrichtung verwendet wird.
Das zu verspinnende Material wird in eine Zentrifuge gefüllt, deren
Mantel mit Öffnungen
durchbohrt ist, die auf viele ringförmige Bereiche verteilt sind,
die übereinander
angeordnet sind, wenn die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet
wird, wobei er mindestens zwei ringförmige Bereiche, ZA1 und ZA2,
umfasst, deren Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit, NS1,
NS2, sich um einen Wert von größer als
oder gleich 5%, insbesondere größer als
oder gleich 10%, und sogar als 20% unterscheidet, und der ringförmige Bereich,
der die größere mittlere
Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit
enthält,
sich unter dem anderen ringförmigen
Bereich befindet, wenn die Zentrifuge in Spinnposition betrachtet
wird.
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Dabei
ist die Zentrifuge vorteilhafterweise diejenige, deren Merkmale
weiter oben beschrieben worden sind.
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Der
Gasziehvorgang in der Hitze wird vorteilhafterweise mit einem Ringbrenner
durchgeführt,
dessen Betriebsparameter auf folgende Art und Weise ausgewählt werden
können:
- – vorzugsweise
kann die Gastemperatur am Ausgang des Brenners auf mindestens 1
350°C, insbesondere mindestens
1 400°C,
beispielsweise zwischen 1 400 und 1 500°C, und speziell zwischen 1 430
und 1 470°C geregelt
werden; anschließend
wird die Temperatur in Abhängigkeit
vom Typ der anorganischen Zusammensetzung der Fasern, insbesondere
in Abhängigkeit
von deren viskometrischen Verhalten, angepasst,
- – vorteilhafterweise
wird auch die Geschwindigkeit des vom Brenner ausgestoßenen Gases
auf mindestens 200 m/s, gemessen unmittelbar am Ausgang der Brennermündung, insbesondere
auf Werte von 200 bis 295 m/s, geregelt, und
- – schließlich wird
vorzugsweise die Ringbreite des Gases am Ausgang des Brenners auf
Werte von 5 bis 9 mm geregelt.
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Wenn
in dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Mittel zum Kanalisieren des heißen Ziehgases und/oder des
Materials, das von den Zentrifugenöffnungen durch die Zentrifugalkraft
ausgestoßen
wird, verwendet wird, so handelt es sich vorteilhafterweise um einen
gasförmigen
Blaskranz, der sich höchstens
auf Umgebungstemperatur und unter einem Druck des zugeführten Gases
von 0,5 bis 2,5·105 Pa und insbesondere 0,7 bis 2·10–5 Pa
befindet.
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Es
kann ein Induktor verwendet werden, um den tiefsten Bereich der
Zentrifuge zu erwärmen
und die Bildung eines Temperaturgradienten über die Höhe der Zentrifuge zu verhindern
oder zu begrenzen.
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Die
Erfindung hat weiterhin die Verwendung der Mineralfasern, die durch
die Vorrichtung und/oder das Verfahren, die weiter oben beschrieben
worden sind, erhalten worden sind, zur Herstellung wärmedämmender und/oder
schalldämmender
Erzeugnissen zum Gegenstand.
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Die
Erfindung wird anschließend
anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen
Figuren näher
erläutert,
wobei
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1 eine
Teilansicht der erfindungsgemäßen Zentrifugiervorrichtung
und
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2 eine
Teilansicht der erfindungsgemäßen Zentrifuge
zeigt.
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In 1 ist
somit eine Teilansicht eines Innenzentrifugensystems mit einem Ziehvorgang
durch ein geeignetes Heißgas,
ausgehend von aus dem Stand der Technik bekannten und insbesondere
in den Patenten EP-A-91 866, EP-A-189 354 und EP-A-519 797 beschriebenen,
aus welchen man sich hinsichtlich der Einzelheiten zur Gesamtheit
dieses Spinnverfahrens unterrichten kann, gezeigt.
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Das
System umfasst eine auf einer Welle 2 befestigte Zentrifuge 1.
Welle und Zentrifuge werden von einem nicht dargestellten Motor
mit einer schnellen Drehbewegung angetrieben. Die Welle 2 ist
hohl, und die Glasschmelze fließt
von den nicht gezeigten Zufuhrmitteln in die Welle 2 bis
zur "Trommel 3", in welcher sich die
Glasschmelze ausdehnt. Die Trommel 3 wird ebenfalls derart
rotierend angetrieben, dass die Glasschmelze auf die umfängliche
Wand 4, die mit Öffnungen
durchbohrt ist, und von da in Form voluminöser Glasstrahlen 6 auf
die üblicherweise
als "Mantel" bezeichnete umfängliche
Wand 7 der Zentrifuge 1 geschleudert wird und auf
dieser Wand einen ständigen
Vorrat an Glasschmelze bildet, mit welcher die kreisförmigen Öffnungen 14, mit
denen diese Wand durchbohrt ist, versorgt werden. Diese Wand 7 ist
um etwa 5 bis 10° in
Bezug auf die Vertikale geneigt. Aus sehr zahlreichen kreisförmigen Öffnungen 14,
die in Reihen angeordnet sind, kommen Fließkegel 8, die sich
zu Vorfasern 15 verlängern,
die in den von dem Brenner 9 abgegebenen ringförmigen Gasstrom
geschleudert werden. Durch die Wirkung dieses Stroms werden diese
Vorfasern gezogen und erzeugt ihr Endteil diskontinuierliche Fasern 10,
die anschließend
unter der Zentrifuge gesammelt werden. Das System enthält außerdem einen
Blaskranz 11, der eine "Gasbahn" erzeugt, die den
ringförmigen
Gasstrom umgibt, der von dem Brenner 9 geschafften wird.
Wahlweise wird ein Induktionskranz 12 unter der Zentrifuge 1 und/oder
ein nicht dargestellter Innenbrenner verwendet.
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Unter
Standardbedingungen ist der Abstand zwischen den Linien, die durch
die Mitte von zwei parallelen Öffnungsreihen
gehen, und welcher als Versatz bezeichnet wird, über die gesamte Höhe des Mantels konstant.
Unter diesen Bedingungen ist der Abstand zwischen den Mitten von
einander benachbarten Öffnungen
ein und derselben Reihe im Allgemeinen konstant.
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Somit
ist in einer Standardzentrifuge die Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit
auf der gesamten Fläche
des Mantels konstant.
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Unter
Standardbetriebsbedingungen erlaubt eine solche Vorrichtung, Fasern
mit einem mittleren Durchmesser von mindestens 2 μm, insbesondere
von etwa 3 bis 12 μm
zu erhalten.
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Die
Erfindung besteht somit darin, das Spinnverfahren zu optimieren,
indem die Verteilung der Öffnungen über den
Mantel 7 der Zentrifuge modifiziert wird.
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Die
bedeutendste Anpassung, die erfindungsgemäß vorgenommen worden ist, ist
in 2 gezeigt.
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In 2 ist
eine Teilseitenansicht des Mantels 7 der Zentrifuge 1 gezeigt,
in welcher die Öffnungen 14, mit
welchen der Mantel durchbohrt ist, gerastert dargestellt sind.
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In
dieser Figur sind zwei übereinander
angeordnete ringförmige
Bereiche ZA1 und ZA2 dargestellt, wobei sich ZA2 unter ZA1 befindet,
wenn die Vorrichtung in Spinnposition betrachtet wird. In dem dargestellten Fall
umfasst jeder dieser ringförmigen
Bereiche drei Reihen aus kreisförmigen Öffnungen 14.
In dem ringförmigen
Bereich ZA1 weisen die Reihen einen Versatz P1 und die Öffnungen
einen Durchmesser d1 auf, wobei der Abstand D1 die Mitten der einander
am nächsten
liegenden Öffnungen 14 voneinander
trennt und der Abstand zwischen den einander am nächsten liegenden
Rändern
von benachbarten Öffnungen
DB1 und die Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit
im Bereich ZA1 NS1 beträgt.
In dem ringförmigen
Bereich ZA2 heißen
diese Parameter P2, d2, D2, DB2 bzw. NS2.
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Der
Versatz zwischen ZA1 und ZA2 wird mit P1/2 bezeichnet.
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Dabei
ist festzustellen, dass einerseits d2 kleiner als d1 ist und andererseits
P2 und D2 jeweils kleiner als P1 bzw. D1 sind. Als Folge davon ist
NS2 sehr viel größer als
NS1.
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Diese
Darstellung ist auf keine Weise beschränkend, und ein Mantel 7 einer
Zentrifuge 1 kann mehr als zwei ringförmige Bereiche enthalten, wobei
jeder dieser Bereiche mindestens eine Serie von Öffnungen 14 umfasst.
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Um
den Vorteil der erfindungsgemäßen Zentrifuge
zu veranschaulichen, wurden Vergleichsversuche einerseits mit einer
Standardzentrifuge und andererseits mit einer erfindungsgemäßen Zentrifuge
durchgeführt.
Die Kennwerte der zwei Zentrifugen, die ausgewählt worden waren, um denselben
mittleren Durchmesser, DM, und dieselbe Fläche des Mantels, d.h. dieselbe
Höhe des
durchbohrten Mantels, zu haben, sind in Tabelle 1 aufgeführt. Jede
dieser Zentrifugen umfasst drei ringförmige Bereiche, die jeweils
aus mehreren Reihen mit Öffnungen
bestehen, deren Durchmesser und Abstände in einer Reihe konstant
sind.
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Die
Anzahl Öffnungen
pro Reihe wird mit NO bezeichnet, und die Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit,
NS, berechnet sich gemäß NS = NO/(π·D·P). Sie
wird hier als Anzahl Öffnungen
pro mm2 angegeben.
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Dazu
ist festzustellen, dass die Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit
für die
Standardzentrifuge konstant war. Im Fall der erfindungsgemäßen Zentrifuge
ist sie je nach dem ringförmigen
Bereich variabel, und diese Anzahl NS war kleiner als diejenige
der Standardzentrifuge für
den höchsten
ringförmigen
Bereich, ZA1, anschließend
höher als
diejenige der Standardzentrifuge für die anderen ringförmigen Bereiche
ZA2 und ZA3. Dazu ist festzustellen, dass bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge
die Anzahl Öffnungen
pro Flächeneinheit pro
Bereich von oben nach unten der Zentrifuge um etwa 25 bis 30% von
einem Bereich zum nächsten
zunimmt.
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Die
zwei Zentrifugen waren aus derselben Legierung hergestellt, die
unter der Bezeichnung SG30 bekannt ist und insbesondere von der
Gesellschaft SEVA hergestellt wird. Die Standardzentrifuge war durch
das weiter oben beschriebene Elektroerosionsverfahren durchbohrt
worden, während
die Öffnungen
der erfindungsgemäßen Zentrifuge
durch Elektronenbombardement gebohrt worden waren. Eine Durchbohrung
mittels Laserstrahl ist ebenfalls möglich.
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Mit
jeder Zentrifuge wurden unter den Bedingungen des gleichen Ausstoßes Produkte
erzeugt.
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Die
Typen der hergestellten Produkte, die Spinnbedingungen und die mechanischen
Eigenschaften, die an den erhaltenen Produkten gemessen wurden,
sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Die
Faserfeinheit wurde durch den Micronaire-Wert (F) unter 5 g bestimmt.
Die Messung des Micronaire-Wertes, der auch als "Feinheit" bezeichnet wird, berücksichtigt
die spezifische Oberfläche
durch die Messung des aerodynamischen Druckverlusts, wenn eine gegebene
Menge Fasern, die aus einer nicht mit einer Schlichte überzogenen
Matte herausgezogen worden sind, einem gegebenen Druck eines Gases – im Allgemeinen
Luft oder Stickstoff – ausgesetzt
wird. Diese Messung ist in den Produktionsanlagen für Mineralfasern üblich, sie
ist für
die Messung von Baumwollfasern standardisiert (DIN 53941 bzw. ASTM
D 1448), und für
sie wird ein als "Micronaire-Gerät" bezeichnetes Gerät verwendet.
Im vorliegenden Fall wurde sichergestellt, dass die Produkte dieselbe
Feinheit hatten, was sich in demselben Durchfluss (l/min) ausdrückt.
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Die
erhaltenen Produkte waren vom selben Typ, d.h. mit derselben Nenndicke
und demselben spezifischen Gewicht. Um sie herzustellen, wurde ein
und derselbe Brenner, in diesem Fall ein Tangentialbrenner, mit
einer Neigung des Gasstrahls von etwa 10° verwendet. Die verwendeten
Trommeln hatten dieselbe Geometrie. Der Brennerdruck ist in mm Wassersäule (mmWS)
angegeben.
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Die
Produkten wurde alle mit demselben Formaldehyd-Phenol-Bindemittel
mit 4,7 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf das Fasergewicht, imprägniert.
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Es
wurde die Energie verglichen, die zur Herstellung von Produkten
desselben Typs erforderlich war, d.h. insbesondere die Mengen an
Luft und Gas, die für
die Verbrennung zugeführt
werden mussten. Luft- bzw. Gasdurchfluss sind in Normkubikmeter
pro Stunde (Nm3/h) angegeben.
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Es
wurden auch die mechanischen Eigenschaften der Produkte desselben
Typs der jeweiligen Zentrifuge miteinander verglichen.
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Die
Dickenerholung ist als Verhältnis
(%) der Dicke nach dem Komprimierungsversuch zur Nenndicke definiert.
Dazu ist festzustellen, dass die Dicke des hergestellten Produktes
vor dem Komprimierungsversuch größer als
die Nenndicke war. Im Fall der durchgeführten Versuche betrug die Dicke
des hergestellten Produktes 144 mm bei einer Nenndicke von 80 mm.
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Deshalb
wird aus Tabelle 2 abgeleitet, dass die Dicke der nach 12 Tagen
Komprimierungsversuch entlasteten Fasermatte etwa 90% der Anfangsdicke
(Herstellungsdicke) der Fasermatte bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge
und etwa 80% der Anfangsdicke bei einer Standardzentrifuge betrug.
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Zur
Durchführung
dieses Komprimierungsversuchs wurden nach der Produktion Faserplatten
hergestellt, die belastet wurden, um einen Komprimierungsgrad von
8/1, d.h. im vorliegenden Fall eine komprimierte Dicke von etwa
18 mm, zu erhalten. Nach der genannten Komprimierzeit (12 Tage,
1 Monat) wurden die Platten entlastet (4 Platten wurden pro Komprimierzeitraum
getestet) und wurde die mittlere Dicke nach dem Komprimierungsversuch
bestimmt.
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Die
Zugfestigkeit wurde mit einem Probekörper in Form eines aus einer
Matte aus dem faserförmigen Produkt
mit einem Stanzmesser herausgeschnittenen Rings bestimmt: Die "Zugfestigkeit" drückt sich
aus als Grenzwert der Zugkraft (Reißkraft des Rings, der von zwei
Dornen, die kreisförmig
und parallel mit einem Radius von 12,5 mm sind, mit einer Ziehgeschwindigkeit
von 300 mm/min auseinander gezogen wird), bezogen auf die Masse
des Probekörpers,
und wird in Pond/g angegeben.
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Der
Probekörper,
der zu Beginn des Versuchs belastet wird, ist ein im Wesentlichen
elliptischer wulstförmiger
Ring mit 122 mm × 76
mm der langen und der kurzen Achse und 26 mm Ringdicke. Es wurden
15 Probekörper
pro Produkt getestet. Dieser Versuch bezieht sich auf die Normen
BIFT 5012-76 und ASTM C 681-76.
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Die
Zugfestigkeit wurde an dem Produkt nach Herstellung und, um die
Alterung des Produkts zu bestimmen, nach einem Versuch im Autoklaven
gemessen. Die Versuchsdauer im Autoklaven betrug 15 Minuten bei
einer Temperatur von 107°C,
einem Druck von 0,8 bar und 100% Luftfeuchte.
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Für Tabelle
2 ist festzustellen, dass bei einem Produkt ein und desselben Typs
mechanische Eigenschaften erhalten wurden, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
deutlich besser waren, verglichen mit der Standardvorrichtung, gleichzeitig
war die Energie, die zur Herstellung der Fasern benötigt worden
war, deutlich geringer.
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Der
Brennerdruck war niedriger, um etwa 20%, bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge,
verglichen mit den Ergebnissen der Standardzentrifuge. Gleichzeitig
waren die Durchflüsse
von Fluid, Luft und Gas, um etwa 10% niedriger. Der energetische
Wirkungsgrad des Verfahrens ist somit sehr vorteilhafterweise mit
der erfindungsgemäßen Zentrifuge
erhöht.
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Die
Verbesserung der mechanischen Eigenschaften trägt auch zur Erholung der Dicke
bei, die um etwa 10% größer mit
der erfindungsgemäßen Zentrifuge
ist, verglichen mit den Erzeugnissen, die mit einer Standardzentrifuge
erhalten worden waren, auch war die Zugfestigkeit um etwa 20% besser.
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Abgesehen
von diesen bemerkenswerten Ergebnissen konnte festgestellt werden,
dass überraschenderweise
die Vergrößerung der
Anzahl Öffnungen
der Zentrifuge keinen negativen Einfluss auf deren Lebensdauer hatte,
wenn sie entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre hergestellt wird.
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Unter
den Spinnbedingungen, die in Tabelle 2 definiert sind, betrug die
Lebensdauer der erfindungsgemäßen Zentrifuge
etwa 370 Stunden und diejenige der Standardzentrifuge etwa 300 Stunden.
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Weiterhin
ist festzustellen, dass die Qualität der Produkte nicht signifikant
mit der Betriebsdauer einer Trommel variierte, wobei zu befürchten gewesen
wäre, dass
die Erhöhung
der Anzahl Löcher
pro Flächeneinheit
zu einer beschleunigten Alterung der Zentrifuge mit gleichzeitiger
schneller Verschlechterung der Eigenschaften des Produkts während des
Spinnvorgangs mit ein und derselben Trommel führen würde.
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Es
ist festzustellen, dass die in Tabelle 1 für die erfindungsgemäße Zentrifuge
beschriebene Konstruktion unter geometrischen Gesichtspunkten besonders
vorteilhaft ist. Durch die Erhöhung
der Anzahl Öffnungen in
der Zentrifuge konnten die Erfinder eine geometrische Gestaltung
definieren, in welcher der Abstand, DB1, zwischen den Rändern der Öffnungen
gegenüber
demjenigen der Standardzentrifuge in dem ringförmigen Bereich, ZA1, vergrößert ist,
in welchem die Öffnungen
den größten Durchmesser,
D1, aufweisen und in welchem Korrosion und Erosion am stärksten sind.
In dem mittleren ringförmigen
Bereich, ZA2, ist der Abstand, DB2, zwischen den Rändern der Öffnungen
in den zwei Gestaltungen gleich und in dem ringförmigen Bereich, ZA3, mit dem
kleineren Durchmesser, D3, erlaubt die gewählte Gestaltung, den Abstand,
DB3, zwischen den Rändern
der Öffnungen
zu verringern, was nicht schädlich
ist, da Korrosion und Erosion verringert worden sind. So werden
sehr vorteilhafterweise die mechanischen Qualitäten der erfindungsgemäßen Zentrifuge
erhalten und ihre Lebensdauer kann, bezogen auf eine Standardzentrifuge,
beibehalten, wenn nicht sogar verlängert werden, wobei die Anzahl Öffnungen
beträchtlich
vergrößert wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf diese Ausführungstypen begrenzt, ist daher
nicht beschränkend
zu interpretieren und umfasst jede Vorrichtung zum Innenzentrifugieren
von Mineralfasern, die eine Zentrifuge enthält, die mit einem umfänglichen
Mantel versehen ist, der mit Öffnungen
durchbohrt ist, die auf viele ringförmige Bereiche verteilt sind,
die übereinander
angeordnet sind, wenn die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet
wird, mit mindestens zwei ringförmigen
Bereichen, deren Anzahl (NS) Öffnungen
pro Flächeneinheit
sich um einen Wert von mehr als oder gleich 5%, insbesondere mehr
als oder gleich 10%, und sogar als 20% unter scheidet, sowie jedes
Verfahren, in welchem eine solche Innenzentrifugiervorrichtung verwendet
wird.
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