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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von Gewebebahnen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen
Behandeln von Gewebebahnen oder anderen Stoffen, wobei die Bahn so zickzackförm.ig
geführt wird, daß die parallel nebeneinanderliegenden Laufabschnitte in -entgegengesetzter
Richtung laufen. Beim Lauf der Gewebebahn wird diese je nach der erforderlichen
Behandlung durch eine Flüssigkeit oder ein Gas bewegt, um in die Gewebebahn bestimmte
Stoffe einzubringen oder darin enthaltene Stoffe zu entfernen. Als Beispiele für
solche Behandlungen seien Färben, Leimen, Waschen und Trocknen genannt.
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Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es wichtig, daß die benutzten
Vorrichtungen einen möglichst kleinen Umfang haben, wodurch Herstellungs- und Unterhaltungskosten
sowie der Energieverbrauch klein werden, ferner soll eine möglichst große Behandlungsgeschwindigkeit
erreichbar sein.
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Diesen Forderungen steht insbesondere die Tatsache. entgegen, daß
sich an den Flächen der Gewebebahn eine Art »Schutzschicht« ausbildet, d. h. eine
Flüssigkeits- oder Gasschicht, die an den Gewebebahnabschnitten einigermaßen konstant
verbleibt und das Herankommen der übrigen Flüssigkeits- bzw. Gasschichten an die
Gewebebahn verhindert. Es ist daher bereits bekannt, daß es zur Erhöhung der Wirksamkeit
der Behandlung sehr angebracht ist, die Behandlungsflüssigkeit bzw. das Behandlungsgas
in einen turbulenten Zustand zu versetzen. Zu diesem Zweck wurde eine hohe Laufgeschwindigkeit
der Bahn gewählt, und zugleich wurden zwischen den einzelnen Laufabschnitten der
Bahn Wände vorgesehen, um zwischen der Bahn und den Wänden Wirbel zu erzeugen. Es
ergibt sich damit eine Vorrichtung, die für die einzelnen Laufabschnitte der Bahn
eine Reihe von Schächten bzw. Einzelkammern enthält. Dies stellt eine Bauart mit
hohem Aufwand dar. Der erreichte Vorteil der besseren Wirksamkeit wird mithin durch
eine Erhöhung der Herstellungskosten erkauft.
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Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird von der bekannten, Führung
der Gewebebahn mit nebeneinanderliegenden, in entgegengesetzter Richtung bewegten
Laufabschnitten ausgegangen. Erfindungsgemäß werden die- nebeneinanderliegenden
Laufabschnitte in einem Abstand von weniger als 25 mm geführt, und zur Erzeugung
des bekannten Wirbelzustands des, Behandlungsmittels wird die Laufgeschwindigkeit
der Bahn und damit die Relativgeschwindigkeit zwischen den nebeneinanderliegenden
Laufabschnitten entsprechend hoch eingestellt. Diese Verfahrensweise beruht auf
der Erkenntnis, daß es zum Erreichen des Wirbelzustands nicht nur auf eine hohe
Geschwindigkeit der Gewebebahn ankommt, sondern daß auch ein sehr geringer Abstand
der Gewebebahnen die Turbulenz günstig becinflußt. Beim Verfahren der Erfindung
braucht daher keine so hohe Geschwindigkeit gewählt zu werden, wie sie bei dem bekannten
Verfahren, das mit einzelnen Kammern für die Laufabschnitte arbeitet, erforderlich
ist. Hinzu kommt, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Relativgeschwindigkeit
zwischen den nebeneinanderliegenden, entgegengesetzt bewegten Laufabschnitten maßgebend
ist, so daß theoretisch. gegenüber dem bekannten Verfahren mit Teilkammern nur eine
halb so hohe Laufgeschwindigkeit eingestellt zu werden braucht. Dies ist von großer
Bedeutung, weil die Laufgesch-,vindigkeit die Behandlungszeit in einem Behälter
bestimmt. Um gleiche Behandlungszeit zu erreichen, muß der Behälter bei höheren
Laufgeschwindigkeiten entsprechend größer sein. Das Verfahren gemäß der Erfindung
bietet daher auch noch den Vorteil, daß es bei Erreichung der günstigsten Turbulenz
gelingt, mit kleineren Behandlungsbehältern auszukommen.
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Schließlich wird erfindungsgemäß durch die besondere Konstruktion
auch noch die Weglänge der Gewebebahn im Behälter vergrößert.
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In der Zeichnung ist die Erfindung erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen:
schematischen Schnitt durch eine Bauart der Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig.
2 eine schematische Seitenansicht zu Fig. 1 mit den Regelgliedern der Vorrichtung,
Fig.
3 A und 3 B Schaudiagramme über die Behandlungsbedingungen im laminaren und turbulenten
Bereich, Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine weitere Bauart der Vorrichtung
nach der Erfindung, Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Bauart der Vorrichtung
nach der Erfindung, wobei der Schnitt durch eine senkrechte Ebene parallel zur Achse
der Walzen gelegt ist, Fig. 6 einen Schnitt längs einer senkrechten Ebene senkrecht
zu den Achsen der Walzen durch die Vorrichtung nach Fig. 5, Fig.7 eine schematische
Stirnansicht der Vorrichtung nach Fig. 5 und 6, Fig. 8 eine schematische Seitenansicht,
Fig.9 schematisch die Bildung eines Flüssigkeitslagers um eine der oberen Walzen,
Fig. 10 eine Anordnung für die automatische Einstellung des »Lose«-Zustands, Fig.
11 schematisch eine mechanische Anordnung, die eine Wärmeausdehnung der Walzen in
Längsrichtung ermöglicht, Fig. 12 und 13 zwei Möglichkeiten für die Anordnung der
Walzen zur Führung der Gewebebahn. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei zunächst
auf Fig. 3 A und 3 B eingegangen. Es sind hier zwei nebeneinanderliegende Laufabschnitte
T1 und Tz dargestellt, die entsprechend den Pfeilen in entgegengesetzter Richtung
laufen. Der Abstand zwischen den beiden Laufabschnitten ist mit D bezeichnet. Liegt
die Relativgeschwindigkeit als Summe der beiden Einzelgeschwindigkeiten TV der Laufabschnitte
unterhalb eines kritischen Geschwindigkeitswertes, so stellt sich zwischen den beiden
Laufabschnitten in der Flüssigkeitsschicht ein laminarer Strömungszustand ein, wie
in Fig.3A veranschaulicht ist. Bei diesem Zustand ist die Behandlungsintensität
der Flüssigkeit sehr gering. Wird nun die Laufgeschwindigkeit der Gewebebahn auf
einen Wert V1 so weit erhöht, daß 2 Tli größer als die kritische Geschwindigkeit
ist, so gelangt die Flüssigkeitsschicht zwischen den Laufabschnitten. T1 und T2
in den turbulenten Zustand, der in Fig. 3 B dargestellt ist. Um diesen Turbulenzzustand
herzustellen, ist es also nicht nötig, daß die Laufgeschwindigkeit V1 den kritischen
Wert überschreitet, wodurch unwirtschaftliche bzw. technisch unbrauchbare Werte
erreicht würden, sondern es genügt, daß die Relativgeschwindigkeit den kritischen
Wert übersteigt, so daß die Laufgeschwindigkeit selbst nur auf etwa den. halben
Wert der kritischen Geschwindigkeit eingestellt zu werden braucht. Dabei wurde gefunden,
daß die Laufgeschwindigkeit bei Verkleinerung des Abstandes der beiden Laufabschnitte
auf solche Werte herabgesetzt werden kann, die die normalen, bei solchen Behandlungsverfahren
bisher üblichen Laufgeschwindigkeiten nicht übersteigen, wobei trotzdem die erwünschte
Turbulenz der Behandlungsflüssigkeit erhalten wird.
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Die in Fig. 1 und 2 schematisch veranschaulichte Vorrichtung stellt
in gewissem Sinne durch ihre Einfachheit in der Konstruktion die ideale Lösung gemäß
der Erfindung dar, während die Vorrichtungen nach Fig. 4 bis 8 zeigen sollen, daß
das Prinzip der Erfindung vielfältig verwirklicht werden kann.
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Die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 hat ein Gefäß 81, das die Behandlungsflüssigkeit
enthält, und zwei Reihen von Walzen, die im oberen Teil der Vorrichtung liegen und
mit ungeraden Zahlen 1 bis 19 bezeichnet sind, sowie zwei Reihen von Walzen, die
am Boden des Gefäßes 81 liegen und mit geraden Zahlen 2 bis 20 bezeichnet sind.
Die Walzen 2 bis 20 der unteren Reihen sind in den senkrechten Ebenen angeordnet,
die durch die Zwischenräume zwischen den Walzen 1 bis 19 der oberen Reihen hindurchgehen.
Die Durchmesser der Walzen, die durch die geraden Zahlen 2 bis 10 und die ungeraden
Zahlen 13 bis 19 bezeichnet sind, betragen etwa 50 mm mehr als die Durchmesser der
Walzen, die durch die ungeraden Zahlen 1 bis 11 und die geraden Zahlen 12 bis 20
bezeichnet sind.
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Die Gewebebahn wird auf einer Seite der Vorrichtung zugeführt und
läuft abwechselnd von einer Walze in der unteren Reihe des oberen Satzes 1 zu einer
Walze in. der unteren Reihe des unteren Satzes 2, nämlich nacheinander um
die Walzen 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, dann von einer Walze in der oberen Reihe
des unteren Satzes 12 zu einer Walze in der obren Reihe des oberen Satzes 13 usw.
fortlaufend zur Walze 20, von der aus es aus der Vorrichtung über die Walzen 21
bis 25 herausläuft. Fig. 1 zeigt deutlich, daß die Gewebebahnabschnitte, die sich
gegenüberliegen, in entgegengesetzter Richtung zueinander laufen, wie durch die
Pfeile angedeuetet wird, und die Flüssigkeit im Gefäß 81 wird in einem maximalen
Ausmaß ausgenutzt.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegt jeder Gewebebahnabschnitt innerhalb
der Vorrichtung auf beiden Seiten weiteren Abschnitten gegenüber, die sich in fast
parallelen, jedoch entgegengesetzten Richtungen bewegen. Die im Gefäß befindliche
Flüssigkeit füllt die Zwischenräume zwischen den verschiedenen Gewebebahnabschnitten
aus und bildet Schichten von schwacher Dicke, und zwar in jedem Falle und bei jeder
Geschwindigkeit von nicht über 25 mm. Die Flüssigkeitsschichten werden durch die
beiden (sich in entgegengesetzter Richtung bewegenden) Gewebebahnabschnitte in wirbelnde
Bewegung versetzt, also durch Bahnteile, deren relative Geschwindigkeit das Doppelte
der absoluten Bahngeschwindigkeit beträgt.
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Um die Gewebebahn von Spannungen zu entlasten, werden die Walzen der
unteren Reihen, wie dies aus Fig.2 gut ersichtlich ist, durch einen außerhalb des
Gefäßes liegenden Antrieb gedreht, der seinerseits von dem Antrieb abgeleitet ist,
der der behandelten Gewebebahn die Durchlaufbewegung erteilt.
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Die beiden unteren Reihen der Führungswalzen der Vorrichtung werden
durch die Transmission, die in Fig. 2 zwischen den beiden Scheiben 29 und 30 dargestellt
ist, mit veränderlicher Übersetzung durch ein Regelgetriebe mit veränderlichem Scheibendurchmesser
oder irgendeine andere Einrichtung automatischer oder nichtautomatischer Art angetrieben.
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Durch diese Antriebsvorrichtung werden die unteren Walzen - wie an
sich bekannt - mit veränderlicher Umfangsgeschwindigkeit gedreht, und zwar langsamer
oder schneller gegenüber der Laufgeschwindigkeit, die der Gewebebahn durch die Antriebsanordnung
bei seinem Austritt aus der Vorrichtung erteilt wird.
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Ein Flüssigkeitskreislauf mit laufender Erneuerung der Flüssigkeit,
der sich als sehr wirkungsvoll erwiesen hat, besteht darin, die Flüssigkeit im unteren
Teil des Gefäßes zuzuführen und oben einfach durch natürliches Überfließen ablaufen
zu lassen.
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Dies ergibt einen allgemeinen Durchfluß von unten nach oben, der von
den zahlreichen Wirbelströmen innerhalb der Vorrichtung begleitet ist.
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Es ist ferner zu bemerken, daß in der Vorrichtung, die in zahlreichen
verschiedenen Arten gemäß der Erfindung ausgeführt werden kann, der resultierende
lange
Weg der Gewebebahn sehr große Verhältniszahlen zwischen der Länge der behandelten
Bahn und der im Gefäß befindlichen Flüssigkeitsmenge ergibt. Bei ausgeführten Vorrichtungen
haben sich Verhältniszahlen von 1 m Gewebebahn auf 15 bis 161 Flüssigkeit
ergeben.
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Dies ist vom wirtschaftlichen Standpunkt aus sehr vorteilhaft.
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Es ist schließlich noch zu bemerken, daß, obwohl die Anordnung nach
der Erfindung auch bei Vorrichtungen und Behandlungsarten mit geringer Laufgeschwindigkeit
des Stoffes angewendet werden kann, bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit eine weit größere
Wirksamkeit erzielt wird.
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Die Anordnung nach Fig. 4 zeigt, daß die einander gegenüberliegenden
Gewebebahnabschnitte bei der Durchführung des Prinzips nach der Erfindung anstatt
senkrecht auch in im wesentlichen waagerechten Ebenen angeordnet werden können.
In beiden Fällen wie auch noch bei anderen Konstruktionen wird die Hauptforderung,
daß sich zwei im wesentlichen parallele Gewebebahnabschnitte in entgegengesetzter
Richtung mit einem Abstand D von. nicht über 25 mm bewegen, erfüllt.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 5 bis 8 ist die Anordnung der Walzen
und des Durchlaufweges der Gewebebahn dieselbe wie in Fig. 1 und 2. In diesem Fall
sind jedoch die Wände des Gefäßes 101 höher, so daß die oberen Walzen 102 im Bad
völlig eingetaucht liegen. Ihre Zapfen 103, die sich durch in die Wände des Gefäßes
gebohrte Löcher erstrecken, sind in Lagern 104 gelagert und durch eine Transmission
105, 106 verbunden, durch die sie gedreht werden.
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Zwei Auffangschalen 106 sind auf beiden Seiten des Gefäßes zwischen
den Lagern angeordnet, um die durch die Löcher in den Wänden des Gefäßes um die
Walzenlager herum ausfließende und die über den oberen Rand 107 des Gefäßes überfließende
Flüssigkeit aufzunehmen. Durch ein Zuflußrohr 108 unterhalb der unteren Walzenreihen
wird Flüssigkeit am Boden des Gefäßes zugeführt. Die die Gewebebahn antreibende
Mitnehmerwalze 109 und die oberen, die Gewebebahn beim Durchgang durch die Flüssigkeit
zurückführenden Walzen 102 werden gleichzeitig angetrieben. Durch eine Regeleinrichtung
wird die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen 102 gegenüber der Umfangsgeschwindigkeit
der Mitnehmerwalze 109, die der Gewebebahn die Durchlaufgeschwindigkeit erteilt,
höher oder niedriger eingestellt. Diese Geschwindigkeitsregelung an den Walzen 102
ist notwendig, um ein Eingehen und Längen der Gewebebahn während der Behandlung
zuzulassen und Spannungen in der Bahn durch Benutzung des »Flüssiglceitsreibungs«-Effekts
zwischen den eingetauchten Walzen und der Bahn zu vermeiden.
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Der Flüssigkeitsreibungs-Effekt wird über einem Flüssigkeitskissen
erzeugt, das durch die Badflüssigkeit um die Walzen 102 herum infolge ihrer Umlaufgeschwindigkeit
gebildet wird.
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Fig. 9 zeigt eine obere Walze 102 mit der Gewebebahn b, die um die
Walze durch das Flüssigkeitskissen c herumgeführt -wird. Die Pfeile geben die. Bewegungsrichtungen
an.
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Die den aufsteigenden Gewebebahnabschnitt treibende Kraft und im Endergebnis
die Rückgeschwindigkeit, die der Gewebebahn von der Walze erteilt wird, ist von
der Dicke des Flüssigkeitskissens c abhängig und stellt die Resultierende einer
Reihe- von Gleichgewichtszuständen dar. Tatsächlich wird der von der Walze 102 nach
unten laufende Gewebebahnabschnitt durch die Einwirkung der folgenden Walzen in
Bewegungsrichtung gestreckt, das Kissen c wird in seiner Dicke verringert, und die
Reibung zwischen der Walze 102 und der Gewebebahn b steigt an und zieht die Bahn
im aufsteigenden Zweig mit höherer Geschwindigkeit. Umgekehrt gelangt bei einer
übermäßigen Geschwindigkeit der Gewebebahn eine größere Flüssigkeitsmenge in kleinen
Wirbeln zwischen Walze und Bahn, wodurch der Reibungskoeffizient vermindert wird.
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Es ist ferner zu bemerken, daß, da die oberen Walzen treibende Walzen
sind, das Gewicht der Gewebebahn, das, obwohl gering, doch nicht vernachlässigt
werden darf, weil die Gewebebahn in die Flüssigkeit eingetaucht ist, die Bahn in
Anlage an die Walze bringen will und dadurch den Zug auf den aufsteigenden Zweig
korrigiert und dem absteigenden Zweig eine gewisse Biegsamkeit gestattet.
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Zusammengefaßt zieht jede obere Walze 102 die Gewebebahn, die von
der vorhergehenden Walze ab-und aufsteigt, in einem verschiedenen Ausmaß und umgekehrt
zur Dicke des Kissens c, also verschieden in direktem Verhältnis zur Spannung in
der Gewebebahn.
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Je straffer die Gewebebahn ist, um so größer ist der Zug. Dies ergibt
einen. Gleichgewichtszustand zwischen der Bahngeschwindigkeit und der Umfangsgesch-,vindigkeit
jeder Walze. Als Ganzes ist es nötig, daß zum Einstellen der Flüssigkeitsreibung
die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen die Laufgeschwindigkeit der Gewebebahn überschreitet,
wobei die Größe der Geschwindigkeitsdifferenz sich sowohl mit der Geschwindigkeit
und der Qualität der Gewebebahn als auch mit der Art des Behandlungsbades ändert.
Wenn allerdings während der Behandlung ein Eingehen oder Längen der Gewebebahn stattfindet,
wird die Geschwindigkeit der Walzen 102 entsprechend geregelt, damit der beschriebene
Gleichgewichtszustand im ganzen unverändert bleibt. Es kann vorkommen, daß bei einer
Längung der Gewebebahn, die über die Verminderung der Walzengeschwindigkeit hinausgeht,
die Umfangsgesch%vindigkeit der Walzen 102 überall geringer ist als die Laufgeschwindigkeit
der Gewebebahn.
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Da im übrigen die oberen Walzen in die Flüssigkeit eingetaucht sind,
kann sich die Gewebebahn nicht um die Walzen wickeln, weil die Flüssigkeitsströme
beim Punkt d der Fig. 9 infolge der Zentrifugalkraft und. dazu das Gewicht und die
Geschwindigkeit der Gewebebahn selbst die Wirkung ergeben, daß die Bahn von der
Walze weg nach unten bewegt wird. Fig. 8 zeigt beispielsweise eine der möglichen,
obenerwähnten Antriebsordnungen.
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Die Antriebsrolle 110 treibt eine Gegenwelle 111, die ihrerseits über
Untersetzungen die Walzen 109, 112 und 113 antreibt, die die Gewebebahn mittels
oder ohne eine Druckwalze 114 ziehen. Die Gegenwelle 111 treibt die Walzen 102 mit
veränderlicher Geschwindigkeit über ein Regelgetriebe 115 und eine endlose Kette
116 an.
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Das Regelgetriebe 115 kann von Hand oder automatisch betätigt werden,
um die Geschwindigkeit der Walzen 102 und dementsprechend den Zug auf die Gewebebahn
innerhalb des Bades zu regeln. Es ist vorgesehen, das Regelgetriebe 115 mittels
eines Servomotors mit der Längsbewegung der Walze 117 zu koppeln, die in zwei waagerechten
Führungen gelagert und unter der Wirkung der Spannung in der Gewebebahn verschiebbar
ist, so daß sie in dieser Weise auf
jedes Eingehen, Längen oder
übermäßiges Spannen der Gewebebahn anspricht.
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Ein Beispiel dieser Koppelung zur automatischen Einregelung der Spannungsschutzwirkung
ist in Fig. 10 dargestellt.
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Die Walze 117, die mit einem Gegengewicht P versehen ist, will auf
die Gewebebahn eine Spannung übertragen. Jede Änderung in der Spannung ergibt eine
Längsbewegung der Walze, wodurch über eine Kette oder einen endlosen Zugantrieb,
der im Gegengewicht endet, eine Drehung des Rades 123 bewirkt wird. Das Rad 123
ist mit einem Ansatz 126 versehen, mit dem es je nach der Drehrichtung einen elektrischen
Kontakt 124 oder 125 betätigt, der dann über einen Steuermotor das Regelgetriebe
115 auf Erhöhung oder Verminderung der Geschwindigkeit der oberen Walzen verstellt.
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Sowohl die oberen, von außen angetriebenen Walzen als auch die unteren,
frei laufenden Walzen 118, die in Lagern 119 im Gefäß gelagert sind, können sich
unter der Temperatur, die im Behandlungsbad benötigt wird, ausdehnen.
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Fig.ll zeigt schematisch eine mechanische Anordnung, die diese thermische
Ausdehnung der Walzen und ihrer Zapfen in Längsrichtung veranschaulicht. Die Zapfen
drehen sich in Lagern aus Metall oder Kunststoff, je nach Art des Behandlungsbades,
und werden zwischen zwei feststehenden metallischen Führungen gehalten, die den
Zapfen eine freie Beweglichkeit ermöglichen. Jede waagerechte thermische Ausdehnung
kann daher ungehindert stattfinden, darüber hinaus wird eine Demontage und ein Ersatz
abgenutzter Teile stark vereinfacht.
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Das Behandlungsbad kann entweder direkt, beispielsweise durch Dampf,
der unmittelbar am Boden über dem Zuflußrohr 120 eingeleitet wird, oder indirekt
durch das Gehäuse 121, das das Gefäß auf drei Seiten einschließt, beheizt werden.
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Die Vorrichtung ist ferner noch mit einer Pumpe 127 ausgerüstet, um
die Badflüssigkeit, die aus den Sammelschalen herauskommt, im Kreislauf wieder in
das Zuflußrohr 108 zurückzuführen. Dadurch wird im Gefäß ein Flüssigkeitsstrom von
unten nach oben sowie von der Mitte nach außen erzeugt (Fig. 5), wodurch die Beseitigung
von Falten aus der Gewebebahn erleichtert wird.
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Die Seitenwände des Gefäßes sind mit breiten Türen versehen, die Öffnungen
122 haben, wodurch die Überwachung während des Betriebs und die Reinigung des leeren
Gefäßes erleichtert wird.
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Zur Ausführung des Verfahrens ist es nicht erfGrderlich, daß im Gefäß
oben und unten je zwei Walzenreihen vorhanden sind. Die eine., beispielsweise die
untere Walzengruppe kann auch durch eine einzige Walzenreihe verwirklicht werden,
wobei trotzdem die Walzen sämtlich einen Durchmesser von mehr als 25 mm haben können.
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Nach Fig.12 hat die obere Walzengruppe zwei Walzenreihen, und die
untere Walzengruppe besteht aus einer einzigen Reihe. Alle Walzen haben den gleichen
Durchmesser, und die Ebenen, in denen die drei Walzenreihen liegen, sind zueinander
parallel.
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Fig. 13 zeigt, daß alle Walzen nicht den gleichen Durchmesser zu haben
brauchen. Die untere Reihe der oberen. Walzengruppe kann einen kleineren Durchmesser
d aufweisen als der Durchmesser der anderen Walzen. Trotzdem ist auch in diesem
Fall der Durchmesser d noch wesentlich größer -als der Abstand e zwischen. den nebeneinanderliegenden
Laufabschnitten der Gewebebahn.