2008 - Scale-up eines Bushings zur Produktion von Endlosbasaltfasern


Endlosbasaltfasern zeichnen sich durch ihre mechanischen Eigenschaften, ihre thermische und chemische Beständigkeit aus und wirken elektrisch sowie thermisch als Isolator. Durchmesser solcher Fasern liegen in der Größenordnung von 10µm. Sie können und werden im Leichtbau zur Verstärkung von Kunststoffen oder Beton eingesetzt. Dabei finden Basaltfasern zum Beispiel in Sportartikeln oder in der Automobil- und Bauindustrie Anwendung.
 

Zur Herstellung der Basaltfasern muss das Basaltgestein aufbereitet und geschmolzen werden. Anschließend fließt die Basaltschmelze durch das sogenannte Bushing, dem Herzstück. Es wird aus Platinlegierungen gefertigt und für den Ziehprozess direkt elektrisch beheizt. Die Fasern werden gezogen und bilden sich an den sogenannten Tips. Das sind in die Bodenplatte eines Bushings eingeschweißt Röhrchen, durch welche die Schmelze austritt. Während des Ziehprozesses wird das Bushing sowohl großen thermischen als auch mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Die Anzahl der gleichzeitig gezogenen Fasern (entspricht der Anzahl der Tips) pro Bushing, sowie die Standzeit bestimmen die Faserqualität und die Wirtschaftlichkeit einer Anlage entscheidend. Dabei wird eine große Anzahl von Tips pro Bushing angestrebt. Daher sollen zum scale-up eines Bushings die mechanische, elektrische, thermische und fluiddynamische Auslegung und auch die Optimierung der Geometrie und Konstruktion mit Hilfe von numerischen Simulationen erfolgen. Außerdem soll die Schamottierung für das Bushing entworfen werden. Das Bushing wird in Schamotte eingebettet und dadurch gelagert. Neben der Minderung thermischer Verluste nimmt die Schamottierung auch eine Stützfunktion für die Bushingwände ein. Wärmedehnungen und -spannungen müssen dabei berücksichtigt werden. Moderne Hilfsmittel wie finite Elemente-, finite Volumen- und CAD-Programme sollen die Entwicklung des Bushings und der Schamottierung vom Entwurf bis zur fertigen Konstruktion unterstützen.

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