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Heizkammer für laufende Fäden
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Die Erfindung betrifft eine Heizkammer für laufende Fäden und bezweckt
eine Weiterbildung der Heizkammer nach dem deutschen Patent (Patentanmeldung PCT/EP
83/00334, die beim Europäischen Patentamt am 14.12.1983 eingegangenen ist -Aktenzeichen
der Anmelderin PCT-1362).
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Die Heizkammer nach dem Hauptpatent ist zur direkten Behandlung eines
Fadens mit unter erhöhtem Druck stehenden Heizgasen und insbesondere gesättigtem
Wasserdampf geeignet. Das besondere Problem bei solchen Heizkammern besteht darin,
daß durch den Fadeneinlaß und -auslaß das unter erhöhtem Druck stehende Heizmedium
in so großen Mengen entweicht, daß der Betrieb der Heizkammer unwirtschaftlich ist.
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Zur Abhilfe sind bereits verstellbare und starre Labyrinthdichtungen
und Spaltdichtungen am Fadeneinlaß und Fadens laß bekannt. Zum Einfädeln geeignete
Labyrinthdichtungen bestehen aus einem Stapel von zueinander verstellbaren Platten
mit Öffnungen. Die Öffnungen können durch Verstellung der Platten relativ zueinander
auf eine zum Einfädeln geeignete große Weite und eine geringe Weite eingestellt
werden (z.B. US-PS 2,529,563). Diese Labyrinthdichtungen haben sich jedoch als grundsätzlich
ungeeignet erwiesen, da hierbei die Notwendigkeit eines ungestörten Fadenlaufs nicht
in Einklang zu bringen ist mit der Notwendigkeit, zur Vermeidung von Verlusten an
Heizmeaium einen stark gewundenen Auslaßweg vorzusehen. Spaltdichtungen sind zwar
geeignet.
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Bei ihnen bewirkt eine große Spaltlänge eine ausreichend starke Verminderung
der Verluste. Allerdings wird mit zunehmender Spaltlänge und geringer Spaltweite
das Einfädeln, insbesondere das pneumatische Einfädeln des Fadens zum unüberwindlichen
Problem.Durch die DE-OS 27 03 991 ist eine Heizkammer bekannt, deren Enden durch
eine Büchse und einen darin eingepaßten bolzen verschlossen werden. Der Bolzen weist
auf einer Mantellinie eine Fadennut auf, durch die der Faden im Betrieb läuft. Zum
Einfädeln des Fadens wird der Bolzen aus der Buchse herausgenommen.
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Diese Heizkammer hat offensichtliche bedienungstechnische Nachteile.
Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß der Bolzen zum Abdichten der Fadenführungsnut
und der Trennfuge zwischen den beiden Flächen sehr strang in die Büchse eingepaßt
werden muß, so daß er darin insbesondere bei Abkühlung verklemmt.
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Abhilfe ist versucht worden, indem ein auf seiner ebenen Oberfläche
mit einer Fadennut versehener Körper mit einer hitzebeständigen Dichtplatte und
einem darauf liegenden massiven Deckel verschlossen worden ist. Hierbei war die
Heizkammer bei niedrigen Drücken zwar dicht. Bei höheren Drücken waren jedoch erhebliche
Anpreßkräfte aufzubringen und es ergaben sich Störungen des Fadenlaufs. Vor allem
aber ist ein stabiler Betrieb der Heizkammer nicht möglich. Die Instabilität zeigte
sich insbesondere durch sich periodisch wiederholenden, plötzlichen Ausstoß von
Dampf und durch Temperaturschwankungen. Dabei waren die Temperatur und die Gleichmäßigkeit
der Temperatur des laufenden Fadens nicht zufriedenstellend.
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überraschenderweise konnte dieses Problem durch die in Anspruch 1
des Hauptpatents angegebene Maßnahme gelöst werden. Durch die nach dem Hauptpatent
vorgesehenen Dichtleisten, die sich längs des Fadenkanals und in einem gewissen
Abstand dazu erstrecken, wird der Fadenkanal zwar nach wie vor durch die Schließflächen
abgeschlossen. Die Anpreßkräfte, mit der die Schließflächen aufeinanderliegen, wie
auch die Fertigungstoleranzen können jedoch wesentlich geringer sein. Es kommt nicht
wesentlich darauf an, ob die Schießflächen sich überall dichtend berühren. Eine
entstehende Trennfuge erlaubt das Eindringen des Heizgases und insbesondere das
Eindringen des Sattdampfes bis zu den Dichtleisten mit der Folge daß der kondensierende
Sattdampf in einem den Fadenkanal umgebenden Bereich zu einer Aufheizung der beiden
Körper der Heizkammer führt. Zusätzlich ist die Trennfuge auch bei geringer Anpreßkraft
jedenfalls so eng, daß auch Konvektion und Strahlung wesentlich zur Wärmeübertragung
zwischen den metallischen Schließflächen beitragen, wenn und soweit nicht sogar
ein Kontakt der -Schließflächen mit direkter Wärmeleitung gegeben ist.
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Durch die Lösung nach dem Hauptpatent zeigt es sich, daß der früher
angewandte Gedanke, den Fadenkanal bzw. die den Faden führende Oberflächenverwerfung
des einen Körpers durch die Schließflächen des anderen Körpers seitlich absolut
dicht abzuschließen, falsch war. Denn bei metallischer Berührung wären hierfür enge
Toleranzen erforderlich, die wegen der Wärmeausdehnung nicht erreichbar sind. Bei
Abdichtung durch eine flexible Dichtplatte, die notwendig auch als Isolierung wirkt,
wird gänzlich verhindert, daß die beiden Körper der Heizkammer sich gleichmäßig
aufheizen. In beiden Fällen ist das dem engen Fadenkanal mit seiner nur begrenzten
Oberfläche zugeführte Heizgas und insbesondere der Sattdampf nicht in der Lage,
die Seiten
nicht in der Lage, die Seitenwandungen der Heizkammer
in einem ausreichenden Maße aufzuheizen. Es bilden sich daher kalte Bereiche, in
denen es zu Kondensatsammlungen kommt, die periodisch explosionsartig verdampfen.
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Durch die Dichtung nach dem Hauptpatent wurde im Gegensatz zu der
früher angewandten Lösung außerdem vermieden, daß die im Textilbetrieb unvermeidbaren
Verunreinigungen wie z.B.
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Fadenreste, eingetrocknete oder verkrackte Avivage u.ä. zu Undichtigkeiten
führen.
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Es wurde auch nachgewiesen, daß bereits früher benutzte Vorheizkanäle,
die sich längs der Fadennut erstrecken, nicht ausreichen, beide massiven Körper,
die den Fadenkanal umgeben, auf eine einheitliche Temperatur aufzuheizen. Vielmehr
konnte dieses erst durch die Erfindung erreicht werden.
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Der Abstand der Dichtleisten von dem Fadenkanal hängt von der Größe
der Körper aD, die die Heizkammer bilden und aufgeheizt werden müssen. Je größer
diese Körper sind, aesto größer sollte dieser Abstand sein. Bei einer Heizkammer,
deren zylindrischer Innenkörper von einem zylindrischen Außenkörper als Mantel umgeben
wird und der einen Durchinesser von 50 mm hat, betrug der Abstand der Dichtleisten
vom Fadenkanal 1!10 des Durchmessers.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß die nach dem Hauptpatent vorgesehenen
Dicht leisten auf ihrer Unterseite mit dem Dampfdruck beaufschlagt werden. Das ist
zunächst unschädlich für den Betrieb. Wenn jedoch der Dampfdruck im Fadenkanal abgeschaltet
und die Heizkammer sehr schnell geöffnet, d.h.
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die Schließflächen der die Heizkammern bildenden Körper sehr schnell
voneinander entfernt werden, so ist der Druck in den Nuten unterhalb der Dichtleisten
höher als der atmosphärische Druck, so daß die Gefahr besteht, daß die Dicht-
leisten
aus den Nuten herausgedrückt werden. Aus diesem Grunde wird als erstes Kombinationsmerkmal
der Erfindung vorgesehen, daß die Nuten, in denen die Dichtleisten liegen, sich
zu ihrer Öffnung hin verjüngen, wobei die Öffnung schmaler als der Durchmesser der
Dichtleisten ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Dichtleisten nicht aus den Nuten
herausgedrückt werden können, zum anderen aber auch, daß innerhalb der Nuten genügend
freier Raum besteht, in den die Dichtleisten, die aus einem inkompressiblen Material
wie z.B. Gummi hergestellt sind, beim Zusammenpressen der Schließflächen ausweichen
können. Gleichwohl stellte sich heraus, daß eine Heizkammer, die mit derartigen
Nuten ausgeführt war, hohe Dampfverluste aufwies. Dieses Problem wurde dadurch behoben,
daß nach dem zweiten erfindungsgmäßen Kombinationsmerkmal die Dichtleisten mit seitlichen,
zum Fadenkanal weisenden Erweiterungen versehen wurden, die in kongruente Erweiterungen
der Nuten eingelegt wurden, wobei von der Mittelebene der Nuten aus gemessen die
Erweiterungen in Richtung auf den Fadenkanal breiter sind als die breiteste Stelle
der Nuten.
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Durch die Kombinationsmerkmale dieser Erfindung konnte die Heizkammer
unter Behebung der geschilderten Probleme druckdicht ausgeführt werden.
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Die Erweiterungen sind nach einer Ausführung Querleisten, die vorzugsweise
die parallelen Dichtleisten miteinander verbinden.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel werden den Dichtleisten haibkreisförmige
Zylinderkörper angeformt, die im wesentlichen so dick sind wie die Dichtleisten
und derart in die Nuten und deren Erweiterungen eingelegt werden, daß die Erweiterungen
zu dem Fadenkanal hinweisen. Vorzugsweise sind mehrere derartige Erweiterungen hintereinander
angeordnet.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht den Dichtleisten angeformte
Zylinderkörper vor, deren Dicke im wesentlichen der Dicke der Dicht leisten entspricht
und die im wesentlichen zentrisch von den Dichtleisten durchdrungen werden, wobei
der Radius der Zylinderkörper größer ist als der Radius der Dichtleisten.
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Da - wie bereits ausgeführt - die als Dichtleisten verwandten Materialien
inkompressibel sind, werden im Bereich der Erweiterung insbesondere im letztgenannten
Falle durchgehende oder vorzugsweise Sacklöcher eingebracht, wodurch bewirkt wird,
daß das Material dieser Erweiterungen beim Aufeinanderpressen der Schließflächen
in diese Löcher ausweichen kann. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
beschrieben, die im wesentlichen den Ausführungsbeispielen nach Fig. l und Fig.
2 des Hauptpatentes entsprechen.
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Es zeigen Fig. 1 eine aus ebenen Platten bestenende Heizkatrmer, deren
Fadennut längs und quer von Dicht leisten eingerahmt wird; Fiy. 2 eine aus ebenen
Platten bestehende Heizkammer, deren Fadennut in Längsrichtung von Dichtleisten
begleitet wird, und zwar in der oberen Bildhälfte eine Ausführung mit einseitigen
Erweiterungen der Dichtleisten und in der unteren Bildhälfte eine Ausfahrung mit
zweiseitigen Erweiterungen der Dichtleisten; Fig. 3 einen Querschnitt durch die
Ausführung nach Fig. 2, obere Bildhälfte; Fig. 4 einen Querschnitt durch die Ausführung
nach Fig. 2, untere Bildhälfte.
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In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 wird die unter Druck
stehende Heizkammer nach dieser Erfindung in ihrer ganzen Länge durch nur zwei Körper
gebildet, die gleicherweise den mittleren Heizbereich und die dichtenden Endbereiche
der Heizkammer bilden.
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Ihr Vorteil liegt insbesondere darin, daß der Faden einfach, schnell
und sicher einfädelbar ist und daß das Dichtsystem, insbesondere die Dichtleisten
zwischen den Schließflächen der Körper der Heizkammer, eine vollständige Abdichtung
einerseits und gute Wärmeführung andererseits bewirkt. Die problemlose Einfädelbarkeit
und Dichtung hat es ermöglicht, die engen spaltförmigen Endbereiche sehr eng - begrenzt
lediglich durch den Fadentiter - und beliebig lang auszuführen. Dadurch wird ein
Dampfaustritt fast völlig vermieden. Dampfdrücke des Wasser-Sattdampfes mit Temperaturen
bis üser 200 OC sowie eine stetige Zunahme des Dampfdruckes von Atmosphärendruck
bis auf Betriebsdruck und der Dampftemperatur für den einlaufenden Faden und eine
stetige Abnahme des Druckes bis auf Atmosphärendruck und der Temperatur für den
auslaufenden Faden werden ermöglicht. Die stetige Abnahme des Dampfdruckes beseitigt
gleichzeitig die Gefahr einer den Faden schädigenden Dampfströmung.
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Die Heizkammer nach dieser Erfindung dient insbesondere der direkten
Beheizung eines laufenden Fadens durch ein unter Druck stehendes Heizgas. Als besonders
günstig hat sich Wasser-Sattdampf erwiesen. Daher wird im Rahmen dieser Anmeldung
vor allem von Sattdampf gesprochen, ohne daß dadurch der Anwendungsbereich der Heizkammer
eingeschränkt werden soll.
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Fig. 1 zeigt eine Heizkammer, die aus den biden ebenen Platten 98
und 99 besteht. Wir schauen auf die Schließflächen der beiden Platten. In der Betriebsstellung
liegen diese nach ihrer Form kongruenten Schließflächen unter einer Anpreßkraft
aufeinander. In die Platte 98 ist eine breite Nut (Einsatznut) eingebracht, in welche
Einsatzkörper 45 eingelegt sind. Jeder dieser Einsatzkörper 45 weist Fadenkanäle
10 auf, deren Weite in den Endbereichen der Heizkammer der Dicke des zu behandelnden
Fadens angepaßt ist und z.B.
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0,2 mm beträgt für einen Faden von 167 dtex. Die Einsatzstücke sind
durch die Längsdichtung 35 bedseitig und durch Querdichtung 34 an den Enden umgeben.
Die Platte 98 wird von der Bohrung 27, die als Dampfzufuhrkanal dient, durchdrungen.
Der mittlere Bereich der Fadenführungsnut ist durch Bohrungen 48 mit diesem Dampfzufuhrkanal
verbunden.
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Die Platte 99 ist mit der Platte 98, z.B. durch ein Scharnier (hier
nicht dargestellt) verbunden, so daß sie in Richtung des Pfeiles 100 verschwenkbar
ist. In der geschlossenen Stellung bilden die Fadenführungsnuten 10 bzw. 19 eine
Fadenbehandlungskanner, die durch Dampfzufuhrkanal 27 z.B.
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mit Wasser-Sattdampf beschickt werden kann.
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Es sei erwähnt, daß die Einsatzstücke mit Abstand zueinander angeordnet
sind, so baß sich zwischen ihnen Erweiterungen 101, 102 bilden. Die Einsatzstücke
können jedoch auch dicht an dicht liegen, und ihr wesentlicher Vorteil besteht darin,
daß sie als Massenartikel billig gefertigt und bei Verschleiß leicht ausgetauscht
oder - bei Änderung des zu bearbeitenden Fadentiters - durch Einsatzstücke mit anderen
Kanalweiten ersetzt werden können. Die Ausmündungen der Fadenführungsnuten 10 eines
jeden Einsatzstückes 45 - gesehen in Richtung des ausströmenden Dampfes - sind abgerundet,
so daß die Strömungsenergie des durch Coanda-Effekt abgelenkten Dampfstroms durch
Aufprall auf die Seitenwand des nächsten Einsatzstückes immer wieder vernichtet
wird.
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Anhand von Fig. 2 ist veranschaulicht, daß sich in der Trennfuge zwischen
den Schließflächen der beiden Körper beidseits der Fadenführungsnut 10, 19 Dichtlippen
25 erstrecken. Die Länge der Dichtlippen ist vorzugsweise fast gleich der Länge
der Fadenführungsnut. Sie kann jedoch auch geringfügig kürzer sein. Die Dichtlippen
werden in Nuten eingelegt, so daß sie beim Öffnen der Fadenheizkammer nicht herausfallen
und sich bei Relativbewegung der Körper in der Trennfuge nicht verschieben. Die
Längsbewegung der Dichtlippen wird dadurch verhindert, daß die Dichtlippen an ihren
beiden Enden Erweiterungen 120 aufweisen, die in entsprechende Erweiterungen der
Nuten eingelegt sind. Dadurch werden insbesondere thermisch bedingte Längenänderungen
vermieden. Ferner dichten die Erweiterungen die Trennfuge zwischen den Körpern in
Richtung Fadeneingang und Fadenausgang zumindest teilweise ab. Die Nuten mit ihren
Dichtlippen befinden sich vorzugsweise in dem stationären Körper, bei welchem es
sich wiederum vorzugsweise um den fadenführenden Körper handelt.
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Wie die Figuren 3 und 4 in vergrößerter Darstellung zeigen, sind die
Dichtlippen im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. Die Nuten verjüngen sich vom
Nutengrund aus zu ihrer Öffnung hin, so daß die Seitenwände einander zugeneigt sind.
Die Öffnung der Nuten ist schmaler als der Durchmesser der Dichtlippen. Die Dichtlippen
müssen daher mit einiger Kraftanwendung in die Nuten eingelegt werden. Es ist aus
den Figuren 3 und 4 ersichtlich, daß die Dichtlippen die Nuten nicht vollständig
ausfüllen und ausfüllen sollen. Es bleibt vielmehr ein ausreichender Freiraum, in
den die Dichtlippen beim Aufeinanderpressen der Körper 98, 99 ausweichen können.
Das hat andererseits zur Folge, daß der Nutengrund, die Seitenwände der Nut und
die Dichtlippe Kanäle A, B bilden, die sich längs des Fadenkanals 10
erstrecken.
Es ist unvermeidbar, daß sich insbesondere der dem Fadenkanal 10 zugewandte Kanal
A mit Dampf füllt, da auf dieser Seite der Dampfdruck anliegt und die Dichtlippe
25 daher stärker in Richtung des Kanals B gedrückt wird und auf der Seitenwandung
des Kanals A nur schwächer anliegt.
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Durch die konische Ausgestaltung des Querschnitts der Nuten konnte
vermieden werden, daß der in den Kanälen A, B angesammelte Dampf die Dichtlippen
25 beim Öffnen der Heizkammer, d.h. beim Abheben oder Wegschieben des Körpers 59
aus der Nut herausgedrückt wird. Jedoch traten bei dieser Ausgestaltung der Nut
zunächst unerklärliche Dampfverluste auf. Diese Verluste konnten dadurch beseitigt
werden, daß den Dichtlippen Erweiterungen 120 angeformt werden. Wie Fig. 1 zeigt,
besteht die Erweiterung aus der Querlippe 34, die die beiden parallelen Dichtlippen
25 miteinander am Fadeneingang und Fadenausgang der Heizkammer verbindet.
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Nach Fig. 2, obere Bildhälfte, und Fig. 3 sind den Dichtleisten Erweiterungen
120 einseitig angeformt, die in entsprechenden Erweiterungen der Nuten liegen. Die
Erweiterungen haben im dargestellten Fall Zylinderform mit halbkreisförmigem Querschnitt.
Die Erweiterungen der Nuten weisen in Richtung auf den Fadenkanal 10 und sind in
dieser Richtung so groß, daß sie die Nutenbreite vollständig überdecken.
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Bei der Ausführung nach Fig. 2, untere Bildhälfte, und Fig. 4 sind
den Dichtleisten zylinderförmige Erweiterungen rit vollkreisförmigem Querschnitt
zentrisch angeformt und ebenso den Nuten. Der Durchmesser der Erweiterungen ist
hier ebenfalls größer als die breiteste Stelle der Nuten.
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Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Maßnahmen die Dampfverluste
der Heizkammer sehr wesentlich herabgesetzt werden konnten, was darauf schießen
läßt, daß insbesondere
der dem Fadenkanal 10 zugewandte, sich am
Nutengrund bildende Kanal A verantwortlich für die Leckagen ist.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Kanäle A und B in
Längsrichtung versperrt.
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Um zu gewährleisten, daß sich die Erweiterungen 120 beim Zusammenpressen
der Körper 98, 99 gemeinsam und gleichförmig mit den übrigen Bereichen der Dichtlippen
25 zusammenpressen lassen, sind die Erweiterungen mit im dargestellten Fall einem
Sackloch versehen. Beim Zusammendrücken kann das Material der Erweiterungen in dieses
Sackloch ausweichen. Im dargestellten Fall ist die Dicht lippe derart eingelegt,
daß das Sackloch am Nutengrund anliegt. Statt eines Sackloches kann auch ein durchgehendes
Loch in die Erweiterung eingebracht werden. Statt eines Lochs können auch mehrere
Löcher in die Erweiterungen eingebracht werden.
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BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 10 Nut, Fadenführungsnut, Fadenkanal 19
mittlerer Bereich der Fadenführungsnut 10 25 Längsdichtung, Dichtlippe, Dichtleiste
27 Rohr, Bohrung, Umwegkanal, Dampfzufuhrkanal, Vorheizkanal 34 Querdichtung 35
Rohr, Bohrung, Umwegkanal, Dampfzufuhrkanal, Vorheizkanal, Längsdichtung 45 Einsatzstück
48 Stichleitung 98 ebene Platte, Körper 99 ebene Platte, Körper 100 relative Bewegungsrichtung,
Pfeil 101 Erweiterung 120 Erweiterungen