DE60206472T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mineralwolle - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dieses Verfahren erlaubt eine sehr genaue Bohrung, und die Schwankungen der Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit sind extrem klein, insbesondere kleiner als 1 pro Tausend.
  • Eine Zentrifuge enthält im Allgemeinen 2 000 bis 40 000 Öffnungen, insbesondere bei einem mittleren Durchmesser von 200 bis 800 mm.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Gestaltung ist insbesondere für die Herstellung von nicht sehr dichter Mineralwolle geeignet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorzugsweise beträgt der Abstand D 0,8 bis 3 mm, beispielsweise 1 bis 2 mm, und auch zwischen 1,4 und 1,8 mm.
  • 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.
  • Vorzugsweise hat die Zentrifuge in ihrem unteren Teil (entgegengesetzt zu "oben" der Zentrifuge, wie weiter oben definiert) keinen Boden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • So wird ein Neigungswinkel des gasförmigen Ziehstrahls in Bezug auf die Brennerachse erhalten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dabei ist die Zentrifuge vorteilhafterweise diejenige, deren Merkmale weiter oben beschrieben worden sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird anschließend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Figuren näher erläutert, wobei
  • 1 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Zentrifugiervorrichtung und
  • 2 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Zentrifuge zeigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Somit ist in einer Standardzentrifuge die Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit auf der gesamten Fläche des Mantels konstant.
  • Unter Standardbetriebsbedingungen erlaubt eine solche Vorrichtung, Fasern mit einem mittleren Durchmesser von mindestens 2 μm, insbesondere von etwa 3 bis 12 μm zu erhalten.
  • Die Erfindung besteht somit darin, das Spinnverfahren zu optimieren, indem die Verteilung der Öffnungen über den Mantel 7 der Zentrifuge modifiziert wird.
  • Die bedeutendste Anpassung, die erfindungsgemäß vorgenommen worden ist, ist in 2 gezeigt.
  • 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.
  • 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.
  • Der Versatz zwischen ZA1 und ZA2 wird mit P1/2 bezeichnet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mit jeder Zentrifuge wurden unter den Bedingungen des gleichen Ausstoßes Produkte erzeugt.
  • Die Typen der hergestellten Produkte, die Spinnbedingungen und die mechanischen Eigenschaften, die an den erhaltenen Produkten gemessen wurden, sind in Tabelle 2 aufgeführt.
  • 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.
  • 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.
  • Die Produkten wurde alle mit demselben Formaldehyd-Phenol-Bindemittel mit 4,7 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf das Fasergewicht, imprägniert.
  • 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.
  • Es wurden auch die mechanischen Eigenschaften der Produkte desselben Typs der jeweiligen Zentrifuge miteinander verglichen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Tabelle 1
    Figure 00190001
  • Tabelle 2
    Figure 00200001

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Innenzentrifugieren von Mineralfasern, die eine Zentrifuge (1) umfasst, die mit einem umfänglichen Mantel (7) versehen ist, der mit Öffnungen (14) durchbohrt ist, die auf eine Vielzahl ringförmiger Bereiche (ZA) verteilt sind, die übereinander angeordnet sind, wobei die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Bereiche sich übereinander befinden und die Öffnungen über die gesamte Breite eines jeden ringförmigen Bereichs verteilt sind, und dass sie mindestens zwei ringförmige Bereiche (ZA1, ZA2) umfasst, deren Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit (NS1, N2) sich um einen Wert von mehr als oder gleich 5%, insbesondere mehr als oder gleich 10%, und sogar als 20% unterscheiden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Bereich, der die größte mittlere Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit enthält, sich unter einem anderen ringförmigen Bereich befindet, der eine kleinere mittlere Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit enthält, wobei die Zentrifuge in Spinnposition betrachtet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (14) eines jeden ringförmigen Bereichs zu Reihen zusammengefaßt sind, wobei der Öffnungsdurchmesser (d) in jedem ringförmigen Bereich im Wesentlichen gleich ist und von einem ringförmigen Bereich zum nächsten von oben nach unten des umfänglichen Mantels (7) der Zentrifuge in Zentrifugierposition abnimmt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsreihen mit einer Entfernung voneinander beabstandet sind, die 1 bis 2 mm und insbesondere zwischen 1,2 und 1,8 mm beträgt, wobei vorzugsweise ein Ver satz von einer Reihe zur nächsten von 1 bis 2 mm, beispielsweise zwischen 1,2 und 1,6 mm, herrscht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) wenigstens eines Teils der Öffnungen (14) der Zentrifuge (1) höchstens 1,5 oder 1,2 mm, insbesondere 1,1 bis 0,5 mm, und beispielsweise zwischen 0,9 und 0,7 mm beträgt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (D) zwischen den Mitten der am engsten benachbarten Öffnungen ein und desselben ringförmigen Bereichs (ZA) über die Gesamtheit ein und desselben ringförmigen Bereichs im Wesentlichen konstant ist, und dass dieser Abstand (D) von einem Bereich zum nächsten um mindestens 3%, selbst mindestens 5%, und sogar 10% oder mehr variiert und von oben nach unten mit insbesondere einem Abstand D von 0,8 bis 3 mm, beispielsweise zwischen 1 und 2 mm, und sogar zwischen 1,4 und 1,8 mm abnimmt, wobei die Zentrifuge (1) in Spinnposition betrachtet wird.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser (DM) der Zentrifuge (1) weniger als oder gleich 800 mm und insbesondere mindestens 200 mm beträgt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge (1) mit einer Trommel (3) verbunden ist, in welcher sich die Glasschmelze ausdehnt.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Mittel in Form eines Ringbrenners (9) umfasst, das einen Gasziehstrahl mit hoher Temperatur erzeugt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringbrenner (9) ein Tangentialbrenner ist, der Mittel enthält, um dem Gasziehstrahl ei ne in Bezug auf den horizontalen äußeren Rand der Zentrifuge tangentiale Komponente zu verleihen.
  11. Zentrifuge (1), die mit einem umfänglichen Mantel (7) versehen ist, der mit Öffnungen (14) durchbohrt ist, die auf eine Vielzahl ringförmiger Bereiche (ZA) verteilt sind, die übereinander angeordnet sind, wobei die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Bereiche sich übereinander befinden und die Öffnungen über die gesamte Breite eines jeden ringförmigen Bereichs verteilt sind, und dass die Zentrifuge (1) mindestens zwei ringförmige Bereiche (ZA1, ZA2) umfasst, deren Anzahl Öffnungen pro Flächeneinheit (NS1, N2) sich um einen Wert von mehr als oder gleich 5%, insbesondere mehr als oder gleich 10%, und sogar als 20% unterscheiden.
  12. Zentrifuge (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie keinen Boden hat.
  13. Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern durch mit einem bei hoher Temperatur stattfindenden Gasziehvorgang verbundenes Innenzentrifugieren, wobei das zu verspinnende Material in eine Zentrifuge (1) gefüllt wird, deren umfänglicher Mantel mit Öffnungen (14) durchbohrt ist, die auf eine Vielzahl ringförmiger Bereiche (ZA) verteilt sind, die übereinander angeordnet sind, wobei die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
  14. Verwendung der durch die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder das Verfahren nach Anspruch 13 erhaltenen Mineralfasern zur Herstellung von wärmedämmenden und/oder schalldämmenden Erzeugnissen.
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