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Vorrichtung zur Wärmebehandlung von
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synthetischen Fäden und Garnen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung
von synthetischen Fäden und Garnen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Vorrichtungen
dieser Art dienen beispielsweise zur Aufheizung von Fäden und Garnen w=hrend eines
Strecktexturierprozesses oder sonstiger, der Fadens behandlung dienender Prozesse.
Gegenüber herkarrlichen sontaktheizern zeichnen sich die gattungsgemäßen Sattdampf-Direktheizer
durch einen wesentlich erhöhten Warmeübertragungswert und damit verbesserten Wirkungsgrad
aus, wodurch die zur Aufheizung des Fadens auf eine bestimmte Temperatur erforderliche
Länge des Heizers verringert und die Fadengeschwindigkeit erhöht werden kann. Außerdem
liegt die optimale Kräuselfixiertemperatur in Sattdampf wesentlich niedriger als
in Heiß luft, so daß die Vorrichtung bei niedrigeren Temperaturen als herkömmliche
Kontaktheizer betrieben werden kann.
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Bei einer aus der DT-AS 17 60 956 bekannten Vorrichtung der eingangs
genannten Art ist in jedem der beiden Stutzen eine Labyrinthdichtung vorgesehen,
deren Innenraum in der Mitte der Dichtungslänge an eine Druckluftquelle angeschlossen
ist, wobei der geregelte Luftdruck etwa dem Dampfdruck im Gefäß entspricht. Hierdurch
wird zwar das Ausströmen von HeiSdampf aus dem Behandlungsgefäß verhindert, gleichzeitig
strömt aber ständig Druckluft ab, so daß bei einer Garnbehandlungsmaschine mit einer
Vielzahl von Sattdampfgefäßen ein beträchtlicher Druckluftverbrauch entsteht und
außerdem die abströmende Druckluft einen Teil
der Fadenpräparationsflüssigkeit
mitreißt und unter UmstAnden in die freie Atmosphäre abführt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art mit geringerer Energieaufnahme zu schaffen.
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Insbesondere sollen der beim Stand der Technik erforderliche Druckluftverbrauch
und mit der Druckluftabfuhr verbundene Geräusche beseitigt werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete
Erfindung. Sie besteht im wesentlichen darin, daß anstelle von Druckluft eine Sperrflüssigkeit
das Ausströmen von Beißdampf aus dem Behandlungsgefäß verhindert und der Druck der
Sperrflüssigkeit über mehrere Blenden nach außen hin auf Atmosphärendruck abgebaut
wird, so daß keine Druckflüssigkeit nach außen hin aus den den Fadenlaufweg am Eintritt
und Austritt des Dampfgefäßes umgebenden Stutzen austritt. Die Sperrflüssigkeit
läuft vielmehr in einem geschlossenen, gut isolierten Kreislauf um, so daß kaum
Wärmeverluste auftreten und auch der Faden vor dem Eintritt und nach dem Austritt
aus dem Dampfgefäß keiner plötzlichen Temperaturänderung unterliegt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen wiedergegebener
Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine erste Ausführungsform,
bei dem die sich im unteren Teil des Dampfgefäßes ansammelnde Mischung von Sperrflüssigkeit
und Dampfkondensat mit Hilfe eines Schwerkraftabscheiders getrennt wird, während
bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 hierzu ein Destillationsabscheider dient.
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Bei beiden Ausführungsformen tritt der Faden 1 von oben durch eine
Fadeneintrittsöffnung 2 in ein langgestrecktes, aufrecht stehendes Dampfgefäß 3
ein und verläßt dieses durch eine Fadenaustrittsöffnung 4. Vor dem Fadeneintritt
ist der Fadenlaufweg von einem Stutzen 5 umgeben, in den mehrere Blenden 6 bis 9
eingesetzt sind. Am äußeren Ende weist der Stutzen 5 ein Fadeneintrittsloch 10 auf.
Auf der Austrittsseite ist ein in seinem unteren Teil 11 zu einem Sammelbehälter
erweiterter Stutzen 12 vorgesehen, in welchen mehrere Blenden 13 bis 16 eingesetzt
sind. Der Faden verläßt den Stutzen 12 durch ein Standrohr 17 und tritt von dort
in ein im Durchmesser erweitertes Sammelrohr 18 ein, wo durch Ballonbildung des
Fadenbündels etwaige noch auf dem Faden befindliche Flüssigkeitsreste abgeschleudert
werden.
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In das Dampfgefäß 3 mündet etwa in halber Höhe eine Dampf-21 zufuhrleitung21welche
über einen Rondensatsammler 22 und ein Stellventil 23 an einen Dampferzeuger 24
mit nachge-25 schaltetem Dampfüberhitzer angeschlossen ist. Das sich im unteren
Teil des Dampfgefäßes 3 ansammelnde Kondensat läuft über eine Kondensatrücklaufleitung
26 in einen Schwerkraftabscheider 27. Im Dampfgefäß 3 herrscht beispielsweise eine
Wasserdampftemperatur von 130 - 1500Cbei einem Druck zwischen 2,7 und 4,8 bar. Durch
einen nicht dargestellten Temperaturfühler im Dampfgefäß 3 wird der Dampferzeuger
24 entsprechend gesteuert.
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Um zu verhindern, daß Dampf aus dem Dampfgefäß 3 durch den Fadeneintritt
2 oder den Fadenaustritt 4 nach außen entweicht, ist sowohl auf der Fadeneintrittsseite
als auch auf der Fadenaustrittsseite je eine Sperrflussigkeitskammer vorgesehen,
welche durch den Stutzen 5 bzw. 12 gebildet wird. Eine Sperrflüssigkeit, deren Druck
um etwa 0,2 - 0,5 bar höher liegt als der Dampfdruck im Dampfgefäß 3 wird einerseits
den Innenraum des Stutzens 5 zwischen der Fadeneintrittsöffnung 2 und der ersten
Blende 6 zugeführt. Durch
die nachgeschalteten Blenden 7 bis 9 wird
der Druck der Sperrflüssigkeit bis auf Atmosphärendruck abgebaut, so daß durch das
Fadeneintrittsloch 10 keine Sperrflüssigkeit nach außen dringt. Diese fließtvielmehr
aus dem Bereich zwischen der letzten Blende 9 und dem Fadenaustrittsloch 10 über
eine Sperrflüssigkeitsrückleitung 31 ab und gelangt in einen Sperrflüssigkeitssammelbehälter
32. Auf der Fadenaustrittsseite wird die Sperrflüssigkeit vom Zulaufrohr 30 dem
Raum zwischen der Fadenaustrittsöffnung 4 und der ersten Blende 13 zugeführt. Ihr
Druck baut sich über die nachgeschalteten Blenden 14 bis 16 wiederum auf Atmosphärendruck
ab. Das zugleich als Fadenaustrittsloch dienende Standrohr 17 ragt mit seinem oberen
Ende aus der sich im Sammler 11 ansammelnden Sperrflüssigkeit heraus, so daß der
Faden 1 von Sperrflüssigkeit befreit in den Sammler 18 eintritt und dort von etwaigen
Flüssigkeitsresten befreit wird. Aus dem Behälter 11 gelangt die Sperrflüssigkeit
durch die Rücklaufleitung 31' zur Sammelleitung 31 und von dort zum Sammelbehälter
32. Ein im unteren Teil des Sammelrohres 18 gebildeter Sammelraum ist über eine
Stichleitung 31'' ebenfalls an die Sperrflüssigkeitsrückleitung 31 angeschlossen.
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Aus dem Sammelbehälter 32 wird die Sperrflüssigkeit durch eine Pumpe
33 über ein Ventil 34 in einen Wärmetauscher 35 gedrückt, der sich im Dampferzeuger
24 befindet und die Sperrflüssigkeit auf die Temperatur des dem Dampfgefäß 3 über
die Dampfzuleitung 21 zugeleiteten Dampfes erhitzt.
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Damit wird verhindert, daß die Sperrflüssigkeit erst nach und nach
durch den aus dem Dampfgefäß 3 austretenden Faden aufgeheizt wird. Vielmehr hat
die Sperrflüssigkeit schon nach kurzer Zeit die Temperatur des Wasserdampfes im
Dampfgefäß 3. Über ein Dreiwegeventil 36, welches über eine Nebenschlußleitung 37
mit dem Sammelbehälter 32 in Verbindung steht, wird die Sperrflüssigkeit in die
Vorlaufleitung 30 gedrückt. Die Stellung des Dreiwegeventils 36 und
damit
die Höhe des Druckes in der Vorlaufleitung 30 wird in Abhängigkeit vom Druck im
Dampfgefäß 3 derart geregelt, daß der Sperrflüssigkeitsdruck an der Einmündung der
Zulaufleitung 30 bzw. 30' in den Stutzen 12 bzw. 5 etwa 0,2 bis 0,5 bar höher liegt
als der Druck im Darnpfgefäß 3.
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Hierzu dient im gezeigten Ausfunrungsbeispiel ein den Differenzdruck
zwischen Darrpfgefäß 3 und Leitung 30' messender Dn>kfühler 38, der iiber eieen
Regelantrieb 39 das Dretwegeventil 36 verstellt.
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Da der Druck in der Sperrflüssigkeitszuleitung 30 etwas höher liegt
als der im Dampfgefäß 3, wird ein wenn auch geringer Teil der Sperrflüssigkeit durch
die Fadeneintrittsöffnung 2 bzw. die Fadenaustrittsöffnung 4 in das Dampfgefäß eintreten.
Sie sammelt sich zusammen mit dem Dampfkondensat am Boden des Dampfgefäßes 3 und
gelangt ilber die Kondensatleitung 26 in den Kondensatabscheider 27. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, daß die Sperrflüssigkeit schwerer ist
als Wasser und nicht in Wasser löslich ist. Dies gilt beispielsweise für synthetische
Öle, deren Siedepunkt oft weit über 2000C, also höher als 1500C liegt, so daß keine
Verdampfungswärme verlorengeht. Bei Verwendung eines solchen synthetischen Öls als
Sperrflüssigkeit kann eine Schwerkrafttrennvorrichtung 27 zur Trennung von Wasserdampfkondensat
und Sperrflüssigkeit dienen. An den Ölsumpf ist über ein von einem Schwimmer 41
gesteuertes Ventil 42 der Sammelbehälter 32 für die Sperrflüssigkeit angeschlossen.
Oberhalb des Ölspiegels befindet sich das aus dem Dampfgefäß 3 abgelaufene Dampfkondensat
43, also Wasser, welches von der Pumpe 44 über ein Filter 45 in den Dampferzeuger
24 zurückgeführt wird. Damit ist sowohl der Dampfkreislauf als auch der Sperrflüssigkeitskreislauf
geschlossen. Die Pumpe 33 wird über einen Schwimrrerschalter gesteuert.
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Das den Druck in der Sperrflüssigkeitsvorlaufleitung 30 steuernde
Dreiwegeventil 36 könnte anstatt von einem Dampfdruckfühler 38 durch einen Kondensatdurchflußmesser
46 im
Kondensatrücklauf 26 gesteuert werden. Sowohl der Dampfkreislauf
als auch der Sperrflüssigkeitskreislauf ist jeweils nur einmal für eine Vielzahl
von Dampfgefäßen einer Texturiermaschine oder sonstigen Garnbearbeitungsmaschine
vorhanden. Die Rohrleitungen des Dampfkreislaufes und des Sperrflüssigkeitskreislaufes
sind gut wärmeisoliert, um die thermischen Verluste möglichst geringzuhalten. Hierdurch
wird der Wirkungsgrad gegenüber Xontaktheizern weiter verbessert.
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Zur Inbetriebnahme der Vorrichtung wird zunächst bei gesperrtem Sperrflüssigkeitskreislauf
Dampf über die Leitung 21 in das Dampfgefäß 3 gedrückt, um die darin befindliche
Luft zu entfernen. Zuvor ist der Faden beispielsweise mit Hilfe einer Nadel durch
die Blenden, den Dampfraum und das Sammelrohr eingeführt oder durch Aufklappen dieser
dann zweiteilig ausgebildeten Vorrichtungsteile eingelegt worden. Sobald die Luft
aus dem Dampfgefäß 3 entfernt ist, wird der Sperrflüssigkeitskreislauf durch Öffnen
des Ventils 34 und Einschalten der Pumpe 33 geschlossen und damit die Abdichtung
des Dampfgefäßes 3 nach außen hin sichergestellt. Ein nicht dargestellter Temperaturregler,
dessen Fühler die Temperatur im Dampfgefäß 3 mißt, steuert den Dampferzeuger 24
und damit die Temperatur des über die Leitung 21 zugeführten Sattdampfes für das
Dampfgefäß 3 auf den gewünschten für die Behandlung des Fadens 1 erforderlichen
Wert. Die zugeführte Dampfmenge wird vom Ventil 23 bestimmt. Dadurch, daß der Wärmeaustauscher
35 für die Sperrflüssigkeit vom gleichen Dampferzeuger 24 erwärmt wird, der auch
der Dampfversorgung für die Dampfgefäße 3 dient, kann die Vorrichtung mit einem
geringstmöglichen Aufwand an Energie betrieben werden. Auch der gerätemäßige Aufwand
ist gering, weil nur die Dampfgefäße 3 mit den Stutzen 5 und 12 und dem Sammelrohr
18 in einer den Fadenbehandlungsstationen entsprechenden Anzahl vorhanden sind,
während alle übrigen Teile der Vorrichtung nur einmal pro
Maschine
benötigt werden. Für die Temperatur-und Druckregelung dient vorzugsweise eines der
Dampfgefäße 3 als maßgebendes Pilotgefäß. Alle übrigen werden mit dem gleichen Druck
beaufschlagt.
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Zur Trennung des Dampfkondensats und der Sperrflüssigkeit können anstelle
des in Fig. 1 wiedergegebenen Schwerkraftabscheiders auch andere Arten von Abscheidern
Verwendung finden, beispielsweise Zentrifugalabscheider oder Destillationsabscheider.
Die zweckmäßige Auswahl des Abscheiders hängt von der Art der Sperrflüssigkeit ab.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung mit Destillationsabscheider zeigt Fig.
2. Als Sperrflüssigkeit dient hier gemäß einer bevorzugten Ausfflhruflgsform der
Erfindung ein Präparationsöl, wie es bei der Fadenbehandlung üblicherweise eingesetzt
wird. Um solche Präparationsale später rückstandsfrei aus dem Faden auswaschen zu
können, wird ihnen ein Emulgator zugesetzt, wodurch sie wasserlöslich werden. Dies
bedeutet aber, daß sich das emulgierte Präparationsöl im unteren Teil des Dampfgefäßes
3 mit dem Wasserdampfkondensat verbindet und somit nicht, wie bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 1 durch einen Schwerkraftabscheider vom Dampfkondensat getrennt werden
kann. Folglich wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ein Destillationsabscheider
zur Trennung von Kondensat und Sperrflüssigkeit eingesetzt. Ansonsten unterscheidet
sich die Vorrichtung gemäß Fig. 2 von der zuvor beschriebenen nicht. Der Destillationsabscheider
127 ist mit im Dampferzeuger 124 untergebracht und mit einer, vorzugsweise elektrischen
Zusatzheizeinrichtung 128 versehen. Das Wasserdampfkondensat wird abdestilliert
und gelangt durch das Rohr 129 in den Behälter des Dampferzeugers 124. Die zurückbleibende
Sperrflüssigkeit fließt über das schwimmergesteuerte Ventil 42 in den Sperrflüssigkeitssammelbehälter
32 und wird von dort über die Pumpe 33 in den Sperrflüssigkeitskreislauf gedrückt.
Die Sperrflüssigkeit muS hier eine hinreichend oberhalb des Siedepunkts
des
Wassers liegende Siedetemperatur haben, damit aus dem Dampfkondeflsat-Sperrflüssigkeitsgemisch
in der Leitung 26 der Wasserdampf im Destillationsabscheider 127 verdampft und dem
Dampfkreislauf wieder zugeführt wird, während die Sperrflüssigkeit im unteren Teil
130 des Destillationsabscheiders 127 zurückbleibt und in den Sperrflüssigkeitssammelbehälter
32 abläuft. Die Ballonbildung im Sammelrohr 18 begünstigt das Abschleudern der Sperrflüssigkeit,
so daß auf dem Faden nur die für die anschließende mechanische Behandlung erforderliche
Menge verbleibt.
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Eine weitere in den Zeichnungen nicht dargestellte Ausführungsform
verwendet als Sperrflüssigkeit einen nicht wasserlöslichen Bestandteil des Präparationsöls,
während die restlichen Bestandteile dem Faden nach dem Verlassen der Heizvorrichtung
mit Hilfe von Einspritzdüsen und einer Dosierpumpe zugeführt werden. Unter diesen
nachträglich aufzubringenden Bestandteilen befindet sich auch der Emulgator, so
daß eine wasserunlösliche Sperrflüssigkeit verwendet wird und sich leicht vom Wasserkondensat
trennen läßt.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen durchläuft der Faden 1 das
Dampfgefäß 3 von oben nach unten. Die Erfindung kann auch dann vorteilhaft eingesetzt
werden, wenn die Fadenlaufrichtung entgegengesetzt ist.