DE19546784C2 - Vorrichtung zur relaxierenden Wärmebehandlung von Filamentgarnen aus synthetischen Polymeren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relaxierenden Wärmebehandlung von Filament­ garnen aus synthetischen Polymeren.

Sie betrifft im speziellen eine Vorrichtung für die Wärmebehandlung von Filamentgarnen aus Polyamid 6, Polyamid 66 oder Polyethylenterephthalat, die in ein Herstellverfahren für Fila­ mentgarne mit hohen Ablaufgeschwindigkeiten integriert ist.

Zum Erzeugen hoher Festigkeitswerte müssen schmelzgesponnene Filamentgarne in Abhän­ gigkeit von Spinn- und Aufwickelgeschwindigkeit bis zu Produktionsgeschwindigkeiten von etwa 100 m/s nach dem Erstarren verstreckt werden. Zusätzlich ist in der Regel eine Wärmebehandlung der bereits erstarrten Elementarfäden während des Verstreckens oder danach unerlässlich, damit die beabsichtigte Beeinflussung der Orientierung oberhalb der Umwandlungstemperatur 2. Ordnung des fadenbildenden Polymers erfolgen kann und die Filamente relaxiert werden. Die Relaxationsbehandlung kann und muss verhindern, dass die Filamentgarne später, zum Beispiel auf der Aufwickeleinheit unter Verhärtung oder Lockerung der Wicklung relaxieren.

Für das relaxierungsfreie Verhalten der Filamentgarne hat es sich als wesentlich erwiesen, dass eine solche thermische Behandlung weitgehend spannungsfrei erfolgt, damit die Elemen­ tarfäden möglichst gleichmässig und ungehindert von Zugkräften schrumpfen können.

Ein weiteres Problem der Filamentgarnherstellung in Hochgeschwindigkeitsprozessen ist das Überwinden der Garnreibung an der umgebenden Luft, aus der, wenn sie nur durch das Aufwickeln überwunden werden muss, eine Spannung resultiert, die zu zu festem und sich daher verformenden Spulenaufbau führt.

Da die Reibungskräfte zwischen Garn und umgebender Luft mit dem Quadrat der Geschwindigkeit wachsen, Verkürzungen der Garnlaufstrecken aber nur linear einwirken, brin­ gen konstruktive Massnahmen, die zu sogenannten Kompaktanlagen führen, nur begrenzte Vorteile. Zur Reibung an der Luft addieren sich die Reibungskräfte an Faden-Leitorganen und an konventionellen Wärmebehandlungsstrecken, sofern diese nicht alle Zugkräfte aufnehmen.

Bei den heute angewendeten hohen Ablaufgeschwindigkeiten in der Filamentgarnherstellung aus vollsynthetischen Polymeren ist das gleichmässige Durchwärmen und Erhitzen aller Elementarfäden des Filamentgarns innerhalb der sehr kurzen Verweilzeiten im Bereich von weniger als 1 ms auf die Prozesstemperatur, die beispielsweise bis zu 190°C betragen kann, technisch nicht ohne Probleme zu lösen.

Der Stand der Technik ist für die Erwärmung schnellaufender Filamentgarne durch die folgen­ den unterschiedlichen Vorrichtungen gekennzeichnet:

Die direkte Berührung mit heissen Flächen, zum Beispiel beheizten Galetten, in US 4,508,674, US 4,251,481 und US 4,349,501.

Dabei ist eine mehrfache Umschlingung schnellrotierender beheizter Walzen erforderlich, die jedoch nur eine einseitige Wärmezufuhr an den zufälligen Auflageflächen der Elementarfäden- Bündel und damit keine gleichmässige Durchwärmung aller Elementarfäden eines Filament­ garnes gewährleistet.

Das Ziehen durch heisse Flüssigkeiten in EP 0 468 918 A1, EP 0 384 886 A1, US 5,171,504.

Dafür ist eine Wärmeträgerflüssigkeit mit Siedepunkt über der Prozesstemperatur erforderlich, welche, weil sie auf den Oberflächen der Garne haften bleibt, entfernt werden muss, in jedem Fall die Umwelt und das Bedienungspersonal belastet und ausserdem teuer ist. Darüber hinaus müssen zur Überwindung der Flüssigkeitsreibung beträchtliche Zugkräfte aufgewen­ det werden, die in die Fadenspannung eingehen.

Das Behandeln mit kondensierendem Wasserdampf in DE 26 43 787 A1, US 5,019,316 und US 4,456,575.

Dies erfordert für Temperaturen oberhalb der Siedepunkte bei Umgebungsdruck, den Ein­ schluss des Dampfes unter Überdruck, in einer Behandlungsvorrichtung, durch die auch das Filamentgarn geführt werden muss, um es in dichten Kontakt mit dem kondensierenden Dampf zu bringen, und das Behandeln mit überhitztem Wasserdampf, z. B. nach DE 26 43 787 A1 lässt die Nutzung der erheblichen Kondensationswärme nicht zu.

Solche Vorrichtungen, welche lediglich heisse Gase anwenden, gewährleisten keine effiziente gleichmässige Durchwärmung jedes einzelnen Elementarfadens, oder erfordern wegen der geringen erzielbaren Wärmeübergangswerte vom Gas auf das Garn, sehr grosse Baulängen von beispielsweise 2 m wie in US 4,539,170 geoffenbart.

Vorrichtungen, in denen gesättigter Wasserdampf in offenen Systemen mit dem Filamentgarn in direkte Berührung gebracht wird, können nur bei Umgebungsdruck arbeiten, weshalb Tem­ peraturen oberhalb 100°C nicht erreicht werden können. Unter "offenen" Systemen sind Behandlungsstrecken zu verstehen, zu deren Passage das Filamentgarn keinerlei Abdichtungs- Vorrichtungen durchlaufen muss, die Dampfverlust verhindern.

• - Nicht kondensierbare Gase, wie zum Beispiel vom Filamentgarn mitgerissene Luft, behindern den Kondensationsprozess erheblich. Der ausgezeichnete Wärmeübergangswert von kondensierendem Wasserdampf ist nur in einer Dampfatmosphäre gewährleistet, die keine inerten Gase enthält.
• - Um die Kondensationswärme des Wasserdampfes bei hoher Temperatur, beispielsweise bei 150°C nutzen zu können, muss der Dampf unter entsprechendem Sättigungsdruck von z. B. 4,74 bar (abs.) bei 150°C mit dem Filamentgarn in direkte Berührung gebracht werden, bei gleichzeitigem Ausschluss nichtkondensierbarer Gase. Die dazu erforderlichen Abdichtungen am Ein- und am Austritt des Filamentgarnes, die grössere Dampfverluste vermeiden, übertra­ gen auf das Filamentgarn mechanische, hydraulische oder aerodynamische Reibungskräfte, die durch erhöhte Fadenspannung überwunden werden müssen.
• - Das Filamentgarn muss unter Reibungsverlust am Dampf durch die unter Überdruck ste­ hende Behandlungsvorrichtung gezogen werden. Ausserdem muss der Drucksprung von der Kammerumgebung in deren Inneres überwunden werden. Die erforderliche Zugspannung beeinflusst den Spulenaufbau nachteilig und muss durch zusätzliche kostenintensive Mass­ nahmen ausgeglichen werden.

Ansätze zur Lösung dieser Probleme sind nach dem Stand der Technik nicht bekannt.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, die genannten technischen Probleme der Relaxation und der reibungsbedingten Restspannung beim Aufwickeln speziell für Filamentgarne, bei denen eine thermische Nachbehandlung der nach dem Schmelzspinnen bereits erstarrten Elementarfäden notwendig ist, zu lösen und die Nachteile des Standes der Technik mit einfachen Mitteln in einer kompakten Vorrichtung zu überwinden.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur relaxierenden Wärmebehandlung von Filament­ garnen aus synthetischen Polymeren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Sie wird insbesondere gelöst durch eine in ein an sich bekanntes einstufiges Spinnverfahren für Filamentgarn aus PA6, PA66 oder PET integrierte Wärme-Behandlungskammer, in welcher der die Relaxierung bewirkende Prozess-Wasserdampf unter Druck in direktem Kontakt mit den Elementarfäden strömt und dabei einen Teil seines Impulses durch die Injektorwirkung auf das Filamentgarn überträgt und dadurch die zur Überwindung der Reibung an Luft und Vorrichtungen entstehende Zugspannung im Filamentgarn abbaut, so dass die im Filamentgarn herrschende Restspannung auf weniger als 0,15 cN/dtex, beispielsweise 0,06 cN/dtex, reduziert und das Filamentgarn selbst auf Temperaturen aufgeheizt wird, die über der Umwandlungstemperatur 2. Ordnung des fadenbildenden Polymers und bevorzugt zwischen 105 und 190°C liegen. Die vom Filamentgarn mitgerissene Luft wird vor Eintritt des Filamentgarnes in die Behandlungsvorrichtung durch Anblasen mit Dampf abgelenkt und dadurch vom Garn entfernt, so dass kein nichtkondensierendes Gas in den Behandlungsprozess eintritt.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht in niedrigen Investitionskosten, da diese konstruktiv relativ einfach gestaltet werden kann, zumal sie keine beweglichen Teile enthält.

Die erfindungsgemässe Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) erfüllt im wesentlichen die folgen­ den Funktionen:

• a) in der Vorschaltdüse (7) wird die die Elementarfäden des Filamentgarnes (6) umgebende Luftgrenzschicht durch Anblasung mit niedrig gespanntem Wasserdampf, welcher ein aus dem Behandlungskanal (12) rückgeführter Teilstrom des Prozess-Wasserdampfes ist, durch eine Grenzschicht aus Wasserdampf ersetzt,
• b) durch die Injektordüse (10) wird das Filamentgarn (6) in das Innere der Behandlungs­ vorrichtung (5) eingesaugt,
• c) und durch den injizierten vorkonditionierten Prozess-Wasserdampf angetrieben, wodurch die Abzugsspannung reduziert wird,
• d) wonach der Prozess-Wasserdampf die Engstellen (11), (13), (16) des Behandlungs­ kanals (12) und die ihnen jeweils folgenden Expansionsdüsen (41), (14), (17) passiert,
  • 1. wobei sich der Prozess-Wasserdampf in der der ersten Engstelle (11) folgenden Expansionsdüse (14) auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, und
  • 2. wobei sich zwischen der Expansionsdüse (14) und der zweiten Engstelle (13) ein Verdichtungsstoss mit Druckanstieg zwischen 2 und 13 bar einstellt und aufrecht erhalten wird und
  • 3. der Prozess-Wasserdampf infolge seiner Vorkonditionierung nahezu seinen Sättigungsdruck erreicht,
• e) Aufheizen der Elementarfäden des Filamentgarns (6) von der Eintrittstemperatur auf die Kondensationstemperatur beim Passieren des Verdichtungsstosses durch Aufnahme der Kondensationswärme des Prozess-Wasserdampfs,
  • 1. wobei die Relaxation ausgelöst wird und
• f) in der zweiten und der dritten Engstelle (13), (16) folgenden Expansionsdüsen (14), (17), entspannt sich der Prozess-Wasserdampf schrittweise auf Umgebungsdruck und wird zusammen mit dem relaxierten Filamentgarn (6) der Nachschaltkammer (18) zugeführt, welche das Filamentgarn (6) durch die Austrittsöffnung (42) austreten lässt, und wonach es einer Abzugsvorrichtung (4) zum Aufwickeln zugeführt wird.

Vorteilhaft wird durch eine Dampfableitung (21) der verbleibende Restwasserdampf zur Vorkonditionierung zurückgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht eine Konditionierungsvorrichtung, die vorteilhaft aus Wärmetauscher und Zyklon-Dampftrockner mit Zyklon-Tropfen- und Aerosol- Abscheider besteht, den Zustand des Prozess-Wasserdampfes vorkonditioniert so einzustellen, dass seine Überhitzungswärme die Wärmemenge kompensiert, die auf dem Weg bis zur Stossfront verloren geht und den Prozess-Wasserdampf in der Stossfront seinen Sättigungszustand mindestens nahezu erreichen lässt.

Dafür beträgt der Druck des am Eintritt (9) vor der Injektordüse (10) zugegebenen vorkonditionierten Prozess-Wasserdampfes bevorzugt zwischen 12 und 25 bar.

Die Injektordüse (10) wirkt, wie bereits beschrieben, als Dampfstrahlpumpe und saugt die Elementarfäden des Filamentgarnes (6) in den Behandlungskanal (12) mit seinen Engstellen (11), (13), (16) und der ihnen folgenden Erweiterungen (41), (14), (17) ein.

Der Behandlungskanal (12) ermöglicht das Kondensieren des Prozesswasserdampfes auf der Oberfläche der Elementarfäden des Filamentgarnes (6), welche als Kondensationskeime wir­ ken und seine Kondensationswärme aufnehmen, bis sie ihre eigene Temperatur weitgehend an die Kondensationstemperatur angeglichen haben.

Die Länge des Behandlungskanals (12) ermöglicht vorteilhaft eine Verweilzeit, in der sich durch den kondensierenden Prozess-Wasserdampf die Temperaturdifferenz zwischen den inneren und äusseren Elementarfäden des Filamentgarnes (6) an der zweiten Engstelle (13) auf weniger als 1°K einstellen kann. Generell ist die Verweilzeit im Behandlungskanal (12) der erfindungsgemässen Vorrichtung nach den Gesetzen der stationären Wärmeleitung unter Massgabe des Wärmeleitkoeffizienten des kondensierenden Wasserdampfes, des Durch­ messers und der Querschnittsform der Filamente sowie des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten des synthetischen Polymers definiert.

Der Behandlungskanal (12), der nach der Injektordüse (10) angeordnet ist, weist mindestens zwei Engstellen (11), (13) auf, an die je eine konische Erweiterung (41), (14) anschliesst, die als Expansionsdüsen nach Laval ausgeführt ist. Jede Expansionsdüse (41), (14) beschleunigt den in der ihr vorangegangenen Engstelle (11), (13) mit Schallgeschwindigkeit strömenden Prozess-Wasserdampf auf Überschallgeschwindigkeiten im Bereich zwischen einem Wert oberhalb 1,0 und 2,0 Mach, wobei sich nach der ersten Engstelle (11) eine senkrechte stabile Verdichtungsstossfront bis zu 13 bar, bevorzugt auf 4 bis 7 bar einstellt. Der Druck des Verdichtungsstosses stellt sich nach den Erhaltungssätzen der Thermodynamik für Masse­ strom, Energie und Impuls ein. Seine Höhe ist in Abhängigkeit vom Zustand des eintretenden Prozess-Wasserdampfes und durch die Lage der Schnittpunkt der Fanno-Linie mit der Raleigh-Linie im h-s-Diagramm des Wasserdampfes gegeben, wie unter Fig. 5 erläutert.

Nach der zweiten Engstelle (13) führt in einer bevorzugten Ausführungsform eine Leitung (40) einen Teilstrom des expandierenden, nicht kondensierenden Wasserdampfs der Vorschalt­ düse (7) zum Anblasen des Filamentgarns (6) zu.

Die Vorschaltdüse (7) ist in einer besonderen Ausführung als Verwirbelungsdüse ausgeführt, damit dem Filamentgarn (6) ein vorteilhafter Fadenschluss vorgegeben werden kann.

Als wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung gilt die extrem geringe Abzugs­ spannung des Filamentgarnes (6) mit einer Spannung von weniger als 0,15 cN/dtex, beispiels­ weise 0,06 cN/dtex, die sich aus einem in der Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) nicht abgebauten Restanteil der Einlaufspannung und der in der Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) erzeugten Reibungskraft zusammensetzt.

Ausserdem sind in vorteilhafter Weise im besonderen die konischen Erweiterungen (41), (14), (17) in Form einer Laval-Düse gestaltet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird durch die Einstellung des Heizmantels (19) der Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5), welche als Hohlraum für die Aufnahme eines Heizmediums gestaltet ist, auf die Sättigungstemperatur des Prozess-Wasserdampfes vermieden, dass der Dampf an den Innenwandungen des Behandlungskanals (12), den Engstellen (11), (13), (16) den ihnen folgenden Expansionsdüsen (41), (14), (17) oder Düsen oder der Nachschaltkammer (18) in prozessstörender Weise kondensiert, so dass die Kondensation nur auf der Oberfläche der Elementarfäden des aufzuheizenden Filamentgarnes (6) stattfindet.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird anhand folgender Figuren erläutert:

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für ein einstufiges Spinnverfahren mit integrierter erfindungsgemässer Wärmebehand­ lungs-Vorrichtung

Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für ein einstufiges Spinnverfahren mit integrierter erfindungsgemässer Wärmebehandlungs-Vorrichtung

Fig. 3: ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung für ein einstufiges Spinnverfahren mit integrierter erfindungsgemässer Wärmebehand­ lungsvorrichtung

Fig. 4: Schematische Darstellung der erfindungsgemässen Wärmebehand­ lungsvorrichtung

Fig. 5: Ausschnitt aus dem h-s-Diagramm des Wasserdampfes, ergänzt durch einige Graphen zur Erläuterung der in der Vorrichtung erzeugten thermodynamischen Vorgänge.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung für ein einstufiges Spinnverfahren zur Herstellung synthetischer Filamentgarne nach dem Stand der Technik ab Spinnkopf (1) mit einer erfindungsgemässen Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) zur Wärmebehandlung zwischen Verstreckungs- und Aufwickel-Einheit.

Die Elementarfäden des Filamentgarnes (6) werden unterhalb des Spinnkopfes (1) in einer Kühlvorrichtung (2) mit Queranblasung zum Erstarren gebracht und auf eine Temperatur unter­ halb 100°C abgekühlt. Anschliessend erfolgt eine Verstreckung durch beheizte oder unbe­ heizte, mehrfach umschlungene Galetten (3), bevor das Filamentgarn durch einen Wickler (4) auf Spulen gelegt wird.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung ohne Verstreckung mit der integrierten erfindungs­ gemässen Vorrichtung in gleicher Weise dargestellt, wie in Fig. 9.

Fig. 3 zeigt in vergleichbarer Darstellung eine Spinnvorrichtung mit offen umschlungenen Galetten (20) und der integrierten erfindungsgemässen Vorrichtung (5) zur Wärmebehandlung.

Fig. 4 zeigt eine schematisch dargestellte erfindungsgemässe Wärmebehandlungs- Vorrichtung (5). Diese Vorrichtung kann beispielsweise als rotationssymmetrische Anordnung um die Achse des Filamentgarns (6) oder als asymmetrische Anordnung mit bevorzugt rechteckigem Querschnitt verstanden werden.

Das Filamentgarn (6) passiert in seiner Laufrichtung von oben nach unten zunächst eine Vor­ schaltdüse (7), in der durch Anblasung mit Dampf die den Faden umgebende und von diesem mitgerissene Luft-Grenzschicht von den Elementarfäden des Filamentgarns (6) weggeblasen und durch eine aus Dampf bestehende Grenzschicht ersetzt wird.

Die Vorschaltdüse (7) kann als eine mit Dampf betriebene Verwirbelungsdüse gestaltet sein, die den Fadenschluss herbeiführt. In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Vorschaltdüse (7) eine Geschwindigkeitskomponente entgegen der Fadenlaufrichtung.

Der überschüssige Dampf sowie die weggeblasene Luft werden in einer Vorschaltkammer (43) gesammelt und über den Leitungsanschluss (8) abgesaugt.

Der vorkonditionierte Prozess-Wasserdampf wird über eine Zuleitung (9) eingeleitet und durch eine Injektordüse (10) und die nachgeschaltete erste Engstelle (11), deren nachfolgende Erweiterung (41) als Expansionsdüse nach Laval ausgeführt ist, in den Behandlungskanal (12) eingeführt. In der Expansionsdüse (41) beschleunigt sich der Dampf auf Ueberschallge­ schwindigkeit. Nach der Expansionsdüse (41) stellt sich unter den im Prozess eingehaltenen Voraussetzungen nach K. Oswatitsch, Grundlagen der Gasdynamik, 1976, Springer, ein stabiler Verdichtungsstoss ein, der den Dampf vor der zweiten Engstelle (13) auf Unterschallgeschwindigkeit und in der zweiten Engstelle (13) gerade wieder auf Schallge­ schwindigkeit führt.

Nach dem Passieren der zweiten Engstelle (13) wird der nicht kondensierte Überschuss an Wasserdampf in einer zweiten Erweiterung (14) als Expansionsdüse auf etwa 2 bis 4 bar entspannt, teilweise in einer Zwischenkammer (15) gesammelt und über eine Leitung (40) zu der der Injektordüse (10) vorgeschalteten Vorschaltdüse (7) zurückgeführt.

Der nicht abgeführte Rest des Prozess-Wasserdampfs wird nach einer dritten Engstelle (16) in einer dritten Erweiterung (17) als Expansionsdüse auf Umgebungsdruck entspannt und über eine Nachschaltkammer (18) und eine Dampfableitung (21) abgesaugt.

Die Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) wird durch einen Heizmantel (19) mindestens auf der für die Wärmebehandlung notwendigen Verfahrenstemperatur gehalten, damit jede Kondensa­ tion des Dampfes an den Wänden der Behandlungsvorrichtung ausgeschlossen werden kann.

Fig. 5 zeigt zur Erläuterung der thermodynamischen Vorgänge innerhalb der erfindungs­ gemässen Vorrichtung einen Ausschnitt aus dem h-s-Diagramm des Wasserdampfes, in dem ein Beispiel der Zustandsänderungen des Prozess-Wasserdampfes eingetragen ist, die dieser auf seinem Weg von der ersten Engstelle (11) durch den Behandlungskanal (12), die zweite Engstelle (13), bis an das Ende der zweiten Laval-Düse (14) durchläuft:

Der Prozess-Wasserdampf tritt mit einem Druck (22) von beispielsweise 15 bar in die erste Engstelle (11) ein. Die weiteren Zustandsgrössen sind durch die Lage des Punktes (23) im Diagramm definiert. In der ersten Laval-Düse entspannt sich der Dampf bis auf den Druck (24), von beispielsweise 2,6 bar bis auf einen Zustand, dessen weitere Grössen durch Punkt (25) definiert sind. Dabei wird er auf eine Ueberschallgeschwindigkeit von etwa 1,5 Mach be­ schleunigt. Seine Enthalpie sinkt dabei vom Niveau (26) auf das Niveau (27). Gleichzeitig nimmt die Entropie um den Betrag zwischen den Werten (28) und (29) zu. Am Ende der ersten Laval-Düse stellt sich ein senkrechter, stabiler Verdichtungsstoss ein, an dessen Front sich eine Strecke anschliesst, in der ein erhöhter Druck herrscht und die bis zur zweiten Engstelle (13) reicht. In der Stossfront schnellt der Druck auf das Niveau (30) von beispielsweise 7 bar und 165°C hinauf, wobei ein Teil der kinetischen Energie wieder in Enthalpie des Wertes (31) zurückverwandelt wird und die Entropie auf den Wert (32) ansteigt. Die Gesamtenergie bleibt vor und hinter der Stossfront konstant.

Liegt der Dampfzustand (33) nach der Stossfront auf oder unterhalb der Sättigungslinie (34), so kondensiert ein Teil des Prozess-Wasserdampfes auf der Oberfläche der Elementarfäden des Filamentgarns, welches zusammen mit dem Dampf durch die Engstellen (11) und (13) geführt wird, bis dieses auf die Temperatur des Prozess-Wasserdampfes im Zustand (35), der sich während des Kondensationsvorgangs einstellt, aufgeheizt ist. Dabei geht die Enthalpie auf das Garn über, so dass sich der Dampfzustand entlang der Linie konstanten Drucks (30), bei konstanter Temperatur, auf das Enthalpie-Niveau des Punktes (35) verschiebt.

Um das Garn aufzuheizen, ist es erforderlich, dass der Abstand zwischen den Engstellen (11) und (13) und damit die Länge des Behandlungskanals (12) ausreichend gross ist. In einer zweiten Laval-Düse (17), die an die zweite Engstelle (13) anschliesst, wird der Dampf in den Zustand (36) auf das Druckniveau (37) von beispielsweise 3 bar entspannt.

Nach Bosnjakovic, F., Knoche, K. F., Techn. Thermodynamik, Teil 1, 7. Auflage, 1988, Steinkopf, ergibt sich der Dampfzustand hinter der Stossfront, in (33), wenn man im h-s-Diagramm des Wasserdampfes, vom Dampfzustand vor der Stossfront, im Punkt (25), ausgehend die "Fanno- Linie" (38), als Funktion, in deren jedem Punkt der Wert des Strömungsquerschnitts und die Enthalpie des "Ruhezustands" des strömenden Wasserdampfes konstant sind, sowie die "Raleigh-Linie" (39), als Funktion, in deren jedem Punkt sowohl den Wert des Strömungsquer­ schnitts, wie auch die Summe aus dem jeweiligen Druck und dem Quotienten aus zugehörigem Volumen und dem Quadrat des Strömungsquerschnitts aufträgt.

Beide Linien schneiden sich ein zweites Mal und geben mit ihrem zweiten Schnittpunkt (33) den Dampfzustand hinter der Stossfront an.

Die beheizte Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) besteht im wesentlichen aus der Vorschaltkammer (43) mit dem Leitungsanschluss (8) zur Ableitung der mitgerissenen Luft, der Zuleitung (9) für den Prozess-Wasserdampf, der Injektordüse (10), dem Behandlungskanal (12), der keine eintritts- und austrittsseitigen Abdichtungen, jedoch mindestens zwei, bevorzugt drei Engstellen (11), (13), (16) mit jeweils anschliessenden Erweiterungen (41, 14, 17), aufweist, und der Nachschaltkammer (18).

In vorteilhaften Ausführungen ist wenigstens eines der Elemente: die Vorschaltdüse (7), die In­ jektordüse (10), der Behandlungskanal (12), die Engstellen (11), (13), (16) oder die konischen Erweiterungen (41), (14), (17), rotationssymmetrisch um die Achse des durchge­ führten Filamentgarnes (6) aufgebaut oder asymmetrisch gestaltet.

In vorteilhaften Ausführungen weist weiterhin wenigstens eines der Elemente: die Vorschalt­ düse (7), die Injektordüse (10), der Behandlungskanal (12), die Engstellen (11), (13), (16) oder die konischen Erweiterungen (41), (14), (17) einen polygonförmigen Querschnitt auf.

Gemäss einer zusätzlichen vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung für die Zuführung des vorkonditionierten Prozess-Wasserdampfes eine einseitig angeordnete Zuleitung (9).

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann zudem im Schnitt der Fadenachse geteilt und auf klappbar oder durch eine parallel zur Längsachse verlaufende Teilfuge zugänglich gestaltet sein.

Claims (11)

1. Vorrichtung (5) zur relaxierenden Wärmebehandlung von Filamentgarnen (6) aus synthetischen Polymeren, bestehend im wesentlichen aus
einer Vorschaltkammer (43) mit einem Leitungsanschluss (8) zur Ableitung der von dem eintretenden Filamentgarn mitgerissenen Luft,
einer Vorschaltdüse (7), die mit rückgeführtem, niedrig gespannten Wasserdampf betrieben wird,
einer mit einer Zuleitung (9) für den Prozess-Wasserdampf kombinierten Injektordüse (10),
einem Behandlungskanal (12), welcher mindestens zwei, durch Kanalabschnitte getrennte Engstellen (11, 13) mit anschliessenden konischen Erweiterungen (14, 41) aufweist und ohne eintritts- und austrittsseitige Abdichtungen ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der nachfolgenden Elemente

• 1. Vorschaltdüse (7), Injektordüse (10), Behandlungskanal (12)
• 2. Engstellen (11), (13), (16)
• 3. konische Erweiterungen (41), (14), (17)

rotationssymmetrisch um die Achse des durchgeführten Filamentgarnes (6) aufgebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der nachfolgenden Elemente

• 1. Vorschaltdüse (7), Injektordüse (10), Behandlungskanal (12)
• 2. Engstellen (11), (13), (16)
• 3. konische Erweiterungen (41), (14), (17)

asymmetrisch gestaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der nachfolgenden Elemente

• 1. Vorschaltdüse (7), Injektordüse (10), Behandlungskanal (12)
• 2. Engstellen (11), (13), (16)
• 3. konische Erweiterungen (41), (14), (17)

einen polygonförmigen Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (9) für den Prozess-Wasserdampf einseitig angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizmantel (19) als Hohlraum für ein Heizmedium, vorzugsweise Dampf, ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) im Schnitt der Fadenachse geteilt und aufklappbar ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) durch eine parallel zur Längsachse verlaufende Fuge zugänglich gestaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmebehandlungs-Vorrichtung (5) zusätzlich eine Konditioniervorrichtung für den Prozess-Wasserdampf vorgeschaltet ist, die im wesentlichen aus Wärmeaustauscher und Zyklon-Dampftrockner mit Zyklontropfen- und Zyklonaerosolabscheider besteht.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konischen Erweiterungen (41), (14), (17) Laval-Düsen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenkammer (15) vorgesehen ist, von der eine Dampfrückführungsleitung (40) zu der, der Injektordüse (10) vorgeschalteten Vorschaltdüse (7) führt.