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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dafür geeignete
Anordnung zum Befeuchten von Textilmaterial, insbesondere von Textilgarnen
und deren Verarbeitungsprodukten.
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Textilien
sind hygroskopisch, d. h. sie nehmen Feuchtigkeit auf. Diese Fähigkeit
hängt von der Natur der Faser ab. Die Luftfeuchte, die
Temperatur und andere äußere Einflüsse
spielen eine große Rolle. Gegenwärtig ist es in
der Textilindustrie üblich, die beim Verspinnen von Natur-,
Synthese- und Mischfasern anfallenden, auf Spulen aufgewickelten
Garne zu "konditionieren", d. h. einer Befeuchtung zu unterwerfen.
Das Konditionieren (engl. conditioning) hat zum Ziel, die während
des Spinnprozesses verlorengegangenen Feuchte möglichst
weitgehend wieder in das Garn zu bringen. Die nach dem Verspinnen
verbliebene Restfeuchte liegt z. B. bei Baumwollgarnen in der Größenordnung
von 5 Gewichtsprozent, während das Handelsprodukt 8,5 Gewichtsprozent
Feuchte aufweisen soll, die der ursprünglichen Garnfeuchte
entspricht. Dieser Wassergehalt ist auch erforderlich, damit die
Fasern im Garn sich nach dem Verspinnen ausreichend glätten
und elastisch bleiben, damit bei den heute üblichen Arbeitsgeschwindigkeiten
von Web- und Strickmaschinen möglichst wenig Fadenrisse
auftreten. Andererseits liegt es im Interesse des Verkäufers
von textilen Materialien, Produkte anzubieten, deren tatsächlicher
Feuchtegehalt nicht oder nicht wesentlich unter dem liegt, der für
die Handelsware üblich ist, da ein Material geringerer
Feuchte d. h. mit einem höheren Trockengewicht keinen höheren Preis
erzielt. Nachstehend die handelsüblichen Feuchtigkeitszuschläge
bei den wichtigsten Fasermaterialien:
| Baumwolle | 8,50% |
| Flachs | 12,00% |
| Wolle | 18,25% |
| Seide | 11,00% |
| Viskose | 11,00
bis 14,25% (je nach Typ) |
| Polyacryl | 1,50
bis 2,00% (je nach Typ) |
| Polyamid | 6,25% |
| Polyester | 1,50% |
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Bei
Mischgarnen wird der Feuchtigkeitszuschlag unter Zugrundelegung
der für die ungemischten Garne geltenden Zuschläge
nach dem Anteil jeder Faser in der Mischung berechnet. Dabei wird
ein Normklima (20° Celsius, 65% relative Luftfeuchtigkeit)
zugrundegelegt.
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Die
zur Beurteilung der Garneigenschaften wichtigsten Parameter und
deren Erfassung sind z. B. beschrieben in Lehrheft III für
die Aus- und Fortbildung in der Spinnerei ("Merkmale und Prüfung
von Fasern, Bändern, Vorgarnen und Garnen"), herausgegeben
vom Industrieverband Garne e. V., 9. Aufl. Eschborn 1992.
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Für
die Bestimmung der Garnfeuchte gibt es zwei Verfahren:
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a) Gewichtsanalytisch nach Wärmetrocknung
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Der
zum Versand bereitgestellten Lieferung oder den Packstücken
werden Proben entnommen. Diese werden gewogen, anschließend
im Heißluftstrom vollständig ausgetrocknet und
danach erneut gewogen. Die Gewichtsdifferenz, ausgedrückt
in Prozent des Gewichtes der getrockneten Proben, ist der sogenannte
Trocknungsverlust. Das Handelsgewicht (H) berechnet sich dann nach
der folgenden Formel:
- Gn
- = Nettogewicht der
Lieferung, ohne Hülsen und Verpackung
- rt
- = handelsüblicher
Feuchtigkeitszuschlag
- ut
- = Trocknungsverlust
(in % des Trockengewichts)
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b) Elektrisch
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Eine
schnellere Methode ist die kapazitive Bestimmung der Garnfeuchte
mit einem handelsüblichen Messgerät (z. B. dem
Gerät der Firma Forté).
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Sie
soll die genaue gewichtsanalytische Bestimmung der Feuchte durch
Trocknung im Ofen nicht ersetzen, liefert aber hinreichend genaue
Unterlagen für die Betriebsüberwachung. Diese
Methode hat den Vorteil, dass das Prüfgut hierbei nicht
verändert wird, die Messdauer sehr kurz und die Handhabung
bequem ist.
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Daneben
gibt es noch für den praktischen Betrieb Hand-Feuchtigkeitsmessgeräte,
bei denen der Feuchtigkeitsgehalt im Ballen, Band, Vorgarn und Garn
(Kopsen, Spulen) mittels Nadelelektroden oder Mess-Sonden mit befriedigender
Genauigkeit ermittelt werden kann.
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Schließlich
wird noch der Begriff der Handelsfeinheit erläutert:
In
den Formeln für die Garnfeinheit
dtex = Gramm/10.000
Meter oder Nm = Meter/Gramm
ist das Gewicht des Fadens enthalten.
Mit den im vorhergehenden Abschnitt erwähnten Gewichtsschwankungen
infolge unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehaltes schwankt auch die
Garnfeinheit. Um diese Schwankungen auszuschalten, setzt man das
Handelsgewicht in die Formel ein. Man spricht dann von Handelsfeinheit (Handels-Nummer)
oder konditionierter Garnfeinheit (Garn-Nummer).
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Das
Konditionieren geschieht in sog. Vakuumbefeuchtern, evakuierbaren
Behältern, die die Garnspulen partieweise auf geeigneten
Trägern, z. B. Paletten, Dornenwagen, Spulengattern, Igelwagen,
perforierten Alu-Wagen, Kartons aufnehmen können. Man evakuiert,
d. h. man bringt den mit den Garnspulen beschickten Apparat unter
verminderten Druck und erzeugt in dem Apparat eine Sattdampfatmosphäre,
die dem verminderten Druck entspricht (z. B. 55 bis 68°C).
Das kondensierende Wasser dringt in den Garnkörper ein
und wird von der Faseroberfläche oder kapillaren Hohlräumen
in den Fasern aufgenommen. Bei der Kondensation wird gleichzeitig
Wärme auf das Material übertragen. Die Kondensation
kommt zum Erliegen, wenn das Material die Sattdampftemperatur erreicht
hat. Der Vorgang wird je nach dem gewünschten Befeuchtungsergebnis
abgebrochen, wobei auch wirtschaftliche Erwägungen bei
der Behandlungsdauer eine Rolle spielen. Eine geeignete Behandlungsdauer
liegt z. B. bei 10 Minuten bis zu einer Stunde und bevorzugt zwischen
20 und 40 Minuten.
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Nach
Beendigung des Verfahrens werden die behandelten Materialien einer
Auskühlung ausgesetzt. Durch die Kondensation dringt Wärme
in die Materialien ein und erwärmt diese auf Prozesstemperatur.
Da die in dieser Weise behandelten Materialien nach Abkühlung
verpackt werden um eine weitere Ausdunstung zu vermeiden, ist es
notwendig die Materialien durch Auskühlung auf eine niedrigere
Temperatur auskühlen zu lassen, um das "Schwitzen" also
Kondensieren auf der Innenseite der Kunststoffverpackung (Folie)
zu vermeiden.
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Unterschiede
im Wasseraufnahmevermögen ergeben sich aus der unterschiedlichen
Hygroskopizität der verschiedenen Textilfasern, dem Einfluss
der physikalischen und chemischen Stoffdaten, sowie der Garndichte,
Art der Garnwicklung, Faser- und Garntiter. Diese Materialkonstanten
sollen hier nicht weiter betrachtet werden. Unterschiede in der
Effizienz des Befeuchtungsprozesses ergeben sich aus der Leistungsfähigkeit
der Vakuumpumpen, d. h. des gezogenen Vakuums (erzielten verminderten
Drucks), wobei ein besseres Vakuum auch ein besseres Kondensationsergebnis
zur Folge hat. Dies rührt daher, dass die wirksame Kondensierfläche
sich mit verbessertem Vakuum auf zunehmend tiefere Garnschichten
innerhalb der Spulen erstreckt. Auch dies ist systemimmanent und
soll hier nicht weiter betrachtet werden.
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Beim
Konditionieren versucht man die handelsüblichen Feuchtigkeitszuschläge
(z. B. 8,5 Gewichts-% für Baumwolle) zu erreichen. Hat
die Baumwolle vor dem Konditionieren eine Restfeuchte von z. B.
5,0% und eine Garntemperatur von 20°C, kann mittels der
Vakuumbefeuchtung (ohne die nachstehend beschriebene erfindungsgemäße
aktive Kühlung) eine Feuchtigkeitszunahme von kaum mehr
als 2,5% erreicht werden (nach 20 Minuten und Ausdunstung im Anschluss
an den Konditionierprozess). Praktisch wird also der gewünschte handelsübliche
Feuchtezuschlag von 8,5% für Baumwolle nicht erreicht.
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Bei
einer Restfeuchte von z. B. 5% und einer Garntemperatur von z. B.
60°C erreicht man unter sonst gleichen Prozessparametern
sogar nur eine wesentlich geringere Feuchtigkeitszunahme als 2,5%.
Sie liegt dann bei etwa 1,7%, ebenfalls nach 20 Minuten Ausdunstung
im Anschluss an den Konditionierprozess.
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Praktisch
wird die gewünschte Feuchte allerdings nicht erreicht.
Dabei ist außerdem zu berücksichtigen, dass die
Restfeuchte sich etwa gleichmäßig verteilt in
allen Spulenlagen befindet, während die Rückbefeuchtung
die äußeren Spulenlagen bevorzugt und die innersten
Bereiche oft kaum erfasst werden. Dies trifft besonders in sog.
"warmen Ländern" zu: Z. B. befinden sich die baumwollproduzierenden
Länder in subtropischen Regionen und sind auch Verarbeitungsländer,
d. h. Sitz von Garnherstellern. Dort ist der Wasserverlust der Fasern
wegen der höheren Temperaturen in den Spinnereien besonders
hoch und daher die Rückbefeuchtung der erzeugten Garne
besonders wichtig. Der vorstehend beschriebene Sachverhalt setzt
aber der heute üblichen Methode der Konditionierung gerade
unter diesen klimatischen Verhältnissen Grenzen: Dort,
wo die Garne am dringendsten befeuchtet werden müssten,
ist das Konditionierergebnis besonders schlecht. Hinzu kommt, dass
die Dampftemperatur des Sattdampfes nach oben begrenzt ist. Insbesondere
bei Verarbeitung von paraffinierten Garnen für die Strickerei
liegt die höchste zulässige Prozesstemperatur
im Konditionierverfahren bei 65°C, d. h. es handelt sich
um Sattdampf verminderten Drucks, der die an sich zur Verfügung
stehende Druckdifferenz zwischen atmosphärischem Druck
und Leistung der Vakuumpumpen nicht vollständig nutzen
kann. Zwar ist aus der
DE-A-3
118 971 bekannt, frei aufgehängte Gewebebahnen
im Durchlaufverfahren durch Dämpfzonen mindestens zweimal
zu dämpfen, d. h. zunächst in einer ersten Dämpfkammer
der Einwirkung von Wasserdampf auszusetzen und die weitere Aufnahme
von Wasserdampf dadurch zu fördern, dass die Bahnen danach
eine Kühlstrecke und anschließend eine zweite
Dämpfkammer durchlaufen. Die Abkühlung wird offensichtlich
bei atmosphärischen Druck betrieben und zwar in dem zeichnerisch
dargestellten Fall einfach dadurch, dass die Bahnen nach dem Durchlaufen
einer ersten Dämpfzone eine gewisse Strecke in der Umgebungsluft
zurücklegen. Alternativ kann ebenfalls ein Kühlmittel
auf die Warenbahnen aufgeblasen werden. Zwar wird in dem genannten
Dokument davon gesprochen, dass Kühlkammern (dort mit 6,
7 beziffert) verwendet werden, jedoch ergibt sich aus dem Bezug
auf die Zeichnung, dass damit keineswegs Kühlkammern, sondern
vielmehr die Dämpfkammern gemeint sind, die das wesentliche
Merkmal der dort gegebenen Lehre bilden.
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Um
die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden, wurde in
EP-A1-02002443.6 ein
Verfahren und eine Anordnung zum Befeuchten textiler Materialien
beschrieben, die auf der Beobachtung beruhen, dass neben den vorgegebenen
Materialkonstanten der Unterschied zwischen der Temperatur des Sattdampfes
und der Eigentemperatur des zu befeuchtenden Garnkörpers
einen großen Einfluss auf die Befeuchtungseffizienz hat.
Bei dem beschriebenen Verfahren werden Textilgarne, die die ursprünglich
im Faserrohstoff vorhandene Feuchtigkeit während des Verspinnens
bis auf eine Restfeuchte verloren haben, die niedriger liegt als
die ursprüngliche Feuchte, vor der Einwirkung von Wasserdampf
unter vermindertem Druck in einem vorgeschalteten Raum einer aktiven
Kühlung unterworfen und auf eine höhere Feuchtigkeit
gebracht.
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Dieses
Verfahren ist aber nach wie vor verbesserungsbedürftig,
denn das aktive Vorkühlen erfordert nach der Beschreibung
praktisch ein eigenes Anlagenteil oder eine Zone, in der sich das
Vorkühlen abspielt.
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Es
wurde nun gefunden, dass das Konditionieren von textilen Materialien
auch dadurch wirksam erreicht werden kann, dass man die Materialien – im
Prinzip unmittelbar – nach der Einwirkung des Wasserdampfes
im Vakuumbefeuchter (Bauelement C in der beigefügten Skizze)
aktiv nachkühlt. Erfindungsgegenstand sind das Verfahren
und die Anordnung nach Anspruch 1 bzw. 2 und den nachgeordneten
Unteransprüchen. Als "aktives Nachkühlen" wird
die Einwirkung von Luft oder einem Inertgas wie Stickstoff auf das
Kühlgut bezeichnet, die bzw. das mittels einer Kühlmaschine
auf eine Temperatur unterhalb von Raumtemperatur gebracht worden
sind. Der Vakuumbefeuchter wird in der Fachsprache auch als Konditionierkammer
bezeichnet und wird im einfachsten Fall zweckmäßig
als zylindrischer Kessel ausgeführt.
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Das
Kühlen geschieht erfindungsgemäß nach
einer ersten Ausführungsform innerhalb des Vakuumbefeuchters,
der im Allgemeinen als druckfester Kessel ausgebildet ist und zu
diesem Zweck eine ausreichende Innenisolierung der Wände
erhält, sodass ein möglichst geringer Wärmeaustausch
mit der Wand und damit der Außenwelt stattfindet. Die Wände
werden zweckmäßig mit einem wasser- bzw. wasserdampffesten
Werkstoff aus wärmedämmendem Material ausgekleidet
sind, der im Wesentlichen weder Wasserdampf noch Wasser aufnimmt.
Durch die Innenisolierung wird vermieden, dass die Wände
der Kammer immer abwechselnd gekühlt und wieder erwärmt
werden müssen, bzw. die kalten Wände den zugeführten
Wasserdampf kondensieren lassen. Außerdem wird vermieden,
dass sich eine Änderung des atmosphärischen Zustands
innerhalb des Befeuchters – abgesehen vom bearbeiteten
Textilgut – auf etwas anderes als auf den vorhandenen Gasraum
auswirkt, der nur eine geringe Wärmekapazität
besitzt. Dadurch wird eine erhebliche Energiemenge eingespart, sowohl
beim Dampfverbrauch als auch beim Kühlungsbedarf.
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Die
Innenisolierung besteht zweckmäßig aus einem duroplastischen
Material, das eine ausreichende Dauerstabilität gegen Feuchte-Einwirkung
aufweist. Es versteht sich, dass als Isoliermaterial ein massives
Material in Form eines an die Rundung der Wände formschlüssig
angepassten Plattenwerkstoffs verwendet wird, der keine Feuchtigkeit
aufnehmen kann. Als Plattenwerkstoff eignet sich beispielsweise
ein Phenol- oder Melaminharzlaminat geeigneter Stärke.
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Alternativ
zum aktiven Nachkühlen innerhalb des Vakuumbefeuchters
kann das Nachkühlen in einer zweiten Ausführungsform
auch innerhalb einer weiteren, nach der Konditionierkammer angeordneten
Kammer stattfinden, die gegebenenfalls ebenfalls wärme
gedämmt ist.
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Grundsätzlich
ist bei beiden Verfahren darauf zu achten, dass immer Wasser in
zerstäubter Form während der Kühlung
zugesetzt wird, d. h. die Kühlung findet durch die Herabsetzung
der Umgebungstemperatur zwar statt, gleichzeitig aber setzen sich
die Wasserpartikel auf die Materialien und befeuchten diese. Die
erzielte Abkühlung wird sich normalerweise auf die äußeren
und die inneren Spulenlagen unterschiedlich auswirken, d. h. während
die äußeren Lagen bereits eine Temperaturdifferenz
von 10–15 Grad gegenüber der Ausgangstemperatur
aufweisen, kann es sein, dass das Spuleninnere noch keine merkliche
Abkühlung erfahren hat. Die Kühlung soll daher
möglichst so lange dauern, bis sie auch das Spuleninnere
erreicht hat, was natürlich durch wirtschaftliche Erwägungen
eingeschränkt wird. Grundsätzlich kann bereits
eine geringe Abkühlung das Konditionierergebnis deutlich
verbessern. Die höhere Sättigung der Außenlagen
kompensiert die dort intensivere Verdunstung. Insgesamt gleicht
sich der Feuchtegehalt der Materialien aufgrund der Migrationseigenschaften
der Textilfasern (sofern hygroskopisch) nach ca. 24 Stunden vollkommen
aus.
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Die
Nachkühlung wird nach Abschluss des Kondensationsprozesses,
d. h. nach vollständigem Erreichen des Sattdampfzustandes
und Druckausgleich aktiviert. As Kühlmittel werden kaltes
Wasser und Druckluft über spezielle Zweistoffdüsen
eingeführt; diese Düsen zerstäuben das
Wasser in feinste Tröpfchen und nebeln den Innenraum der
Maschine vollkommen ein. Es findet eine adiabatische Kühlung
statt; das normalerweise verdunstende Wasser wird durch eine aktive
Besprühung bzw. Einnebelung in den Materialien zurückgehalten, während
die Temperatur der Materialien deutlich absinkt.
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Die übliche
Verfahrenszeit für das Konditionieren beträgt
nach international gültigem Standard ca. 60 Minuten. Durch
geeignete Maßnahmen wie Reduzierung der notwendigen Dauer
zum Erreichen des Vakuums, Innenisolierung der Befeuchtungskammer
und dadurch niedrigerem Energiebedarf sowie Verbesserung der Befeuchtungsdauer
wurde eine Reduzierung der Prozesszeit auf ca. 35–40 Minuten
anstelle von 60 Minuten erreicht. Dies ermöglicht den Einsatz
der aktiven Kühlung für eine Dauer von ca. 20–25
Minuten.
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Ganz
allgemein ist es zweckmäßig, den Kühlnebel
innerhalb der Kühlzone zu bewegen und so zu führen,
dass die Spulen möglichst allseitig intensiv umspült
werden. Das Bewegen der Kühlluft kann mittels üblicher
Ventilatoren geschehen, die gänzlich innerhalb des Raums
liegen können.
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Es
kann zweckmäßig sein, das aktive Nachkühlen
im Vakuumbefeuchter in jenen Fällen auszudehnen, in welchen
dies dem Anwender als zweckmäßig erscheint, d.
h. es kann durchaus sein, dass man sich bewusst für eine
längere Prozessdauer entscheidet, weil man die Vorteile
des aktiven Vorkühlens ausweiten will, ohne dass der Bereich
der Erfindung verlassen wird.
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Die
Wirkung des erfindungsgemäßen aktiven Nachkühlens
wird vorteilhaft dadurch unterstützt, dass man die Garnspulen
nach dem Konditionierprozess zusätzlich in oder nach den
Produktionsräumen (passiv) auskühlen lässt,
wenn die örtlichen Bedingungen, d. h. die Umgebungstemperatur
und der zur Verfügung stehende Platz eine solche Maßnahme
sinnvoll erscheinen lassen. Dieser Vorgang findet zweckmäßig
in einer Zone statt, die man als Pufferzone vor dem Verpacken bezeichnen
kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft in
einer Einrichtung ausgeübt, die als Verfahrensstrecke bezeichnet
werden kann und die in der beigefügten Zeichnung schematisch
dargestellten Zonen aufweist:
- – eine
Abladezone (A), wo die vorbereiteten Träger angeliefert
werden, z. B. mittels eines Gabelstaplers;
- – eine erste und eine zweite passive Vorkühl-
und Pufferzone (jeweils mit B bezeichnet); in der dargestellten Ausführungsform
wird diesen Vorkühl- und Pufferzonen Abluft aus der nachgeordneten
Kühlkammer (C) zugeführt;
- – eine Kühlkammer (C) mit zugeordneten – vor
oder hinter der Zeichenebene angeordnet zu denkenden – Kälteanlagen
(K);
- – einen Vakuumbefeuchter (D – im Text auch
nur als Befeuchter bezeichnet), der mit einer Einrichtung zur Erzeugung
des verminderten Drucks (V) und einem Dampferzeuger (W) sowie einer
Nachkühleinrichtung ausgerüstet ist;
- – eine Zone zur (passiven) Abkühlung (E);
welche bedarfsweise zusätzlich mit einer weiteren aktiven
Nachkühleinrichtung ausgestattet ist (in der Zeichnung
nicht dargestellt),
- – einer Wiegestation (F);
- – eine Verpackungsstation (G), z. B., um die Ware mit
einer Stretch-Folie zu umwickeln;
- – einen Entnahmeplatz (H);
wobei an sich
bekannte Fördermittel vorgesehen sind, die einen mindestens
halbkontinuierlichen Durchsatz des zu kühlenden bzw. zu
befeuchtenden Guts durch die Verfahrensstrecke ermöglichen.
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Es
sind ferner bevorzugt Mittel vorhanden zur
- – Messung
der Innentemperatur und Restfeuchte der zur Behandlung anstehenden
Garnspulen,
- – Messung der Luftfeuchte und der Raumtemperatur in
der Vorkühl- und Pufferzone,
- – Messung der Luftfeuchte und der Raumtemperatur in
der aktiven Kühlzone.
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Es
ist ferner bevorzugt ein Prozessrechner vorhanden, dem Informationen
zugeführt werden über
- – die
Menge der durchzusetzenden Garnspulen,
- – die unmittelbar nach der Produktion vorliegende Innentemperatur
der Garnspulen sowie vorzugsweise der vorhandenen Restfeuchte,
- – Raumtemperatur und Luftfeuchte in der passiven Kühl-
und Pufferzone,
- – Raumtemperatur und Luftfeuchte in der in der aktiven
Kühlzone,
- – einen Wert für die Abkühlungsgeschwindigkeit
bei gegebener Raumtemperatur als Parameter,
- – die Temperatur der aktiven Kühlzone und/oder
mindestens einen Temperaturgradienten innerhalb der aktiven Kühlzone,
- – die Geschwindigkeit der Rückbefeuchtung
bei gegebener Restfeuchte und gegebener Spulentemperatur als Parameter,
sowie
- – gegebenenfalls weitere Informationen, und dem Stellgrößen
entnommen werden, mittels derer mindestens
- – die Verweildauer der Spulen vor der Einführung
in die aktive Kühlzone,
- – die Verweildauer in der aktiven Kühlzone,
- – die Kühlleistung bzw. Temperatur der Kühlkammer,
- – die Verweildauer im Vakuumbefeuchter
derart
gewählt werden können, dass mindestens eine der
folgenden Größen ein Minimum wird: - – die Gesamtverweilzeit einer gegebenen Menge an Spulen
in der Vorrichtung einschließlich der Vorkühlzone,
- – der Kühlaufwand in der Kühlkammer,
- – die Differenz zwischen dem handelüblichen
Feuchtezuschlag rt und der tatsächlichen
Garnfeuchte.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der dazu
vorgesehenen Anordnung kann insbesondere der erforderliche Energieaufwand
und/oder die Verweilzeit in der aktiven Nachkühlung minimiert
werden und die Erhöhung der Feuchtigkeit in den Garnspulen
in ein gewünschtes Verhältnis zum Energieaufwand und/oder
der Verweilzeit gesetzt werden.
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Die
vom Spinnsaal kommenden Garnspulen befinden sich im Allgemeinen
zu mehreren auf geeigneten Fördermitteln, zum Beispiel
- a) auf Paletten gestapelt,
- b) auf Dornenwagen aufgesteckt oder
- c) in Kartons.
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Bei
halbkontinuierlichem Betrieb werden sie in einer ersten Pufferzone,
die auch eine Vorkühlung durch die Umgebungsluft bewirken
kann, zu Partien geeigneter Größe zusammengestellt
und der Konditionieranlage mit aktiver Kühlzone zugeführt.
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Die
aktive Nachkühlzone besteht z. B. aus einer Maschine mit:
- a) einer thermisch möglichst gut innenisolierten
Befeuchtungskammer,
- b) mindestens einer Nebel- bzw. Sprühanlage mit Ein-
oder Zeit- oder Mehrstoffdüsen,
- c) mindestens einem Geber für die Innentemperatur,
- d) mindestens einem Geber für die Luftfeuchtigkeit,
- e) Ventilatoren für Luftumwälzung und/oder
Luftaustausch,
- f) bedarfsweise Mitteln zur Befeuchtung der Betriebsluft der
Kühlzone oder Kühlzonen,
- g) fördertechnischen Mitteln wie Rollstrecken, Bändern
und/oder Kettenförderern für den Transport der
Träger (Paletten, Dornenwagen usw.).
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Die
der Einwirkung von Wasserdampf nachgeschaltete aktive Nachkühlzone
kann als Kühlkammer im weitesten Sinne ausgelegt sein;
z. B. eignet sich ein Kühltunnel mit Schiebern an beiden
Enden ebenso wie eine Kammer oder Kessel mit einer als Tor ausgelegten
Stirnkappe, der die Garnträger aufnehmen kann. Vor und
insbesondere nach der Nachkühlzone können als
Schleusen dienende Strecken vorgesehen sein. Während im
ersten Falle das Kühlgut durch das in der Verfahrensstrecke
liegende Tunnel auf einem Fördersystem hindurchgeführt
werden wird, wird eine Kammer oder Kessel in der Regel chargenweise
befüllt und kann, bezogen auf die gesamte Verfahrensstrecke,
z. B. auch seitlich von dieser angeordnet sein. Die gewählte
Ausführungsform kann sich auch nach bereits vorhandenen
Apparaten richten, die für einen anderen Zweck vorgesehen
waren und für die erfindungsgemäße Verwendung
eingerichtet werden sollen.
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Die
Garnspulen werden zweckmäßig in einer der Kühlzone
vorgeschalteten Pufferzone vorzugsweise zu jeweils für
die Kapazität der dahinter liegenden aktiven Kühlzone
bzw. des Vakuumbefeuchters geeigneten Partien, d. h. auch mehreren
Paletten/Dornwagen/Kartons usw. zusammengestellt und gemeinsam mittels Fördereinrichtungen
im Taktverfahren (d. h. halbkontinuierlich) diesen Arbeitszonen
zugeführt und durch diese durchgesetzt. Eventuell kann
das Zusammenstellen auch erst nach dieser Pufferzone stattfinden.
Die aktive Kühlzone und der Vakuumbefeuchter können überhaupt
eine unterschiedliche Aufnahmekapazität haben, jedoch sollte
beachtet werden, dass keine allzu großen Verweil- und Transportzeiten
zwischen diesen Bauteilen auftreten, damit der Kühleffekt
nicht wieder verloren geht. Nach dem Verlassen des Vakuumbefeuchters
werden die Garnspulen gegebenenfalls von den Dornwagen abgenommen,
verwogen und der Lagerung zugeführt. Bei der Anordnung
auf Paletten oder in Kartons kann eine Trennung von diesen Transportmitteln
vorteilhaft entfallen. Gegebenenfalls werden die Fördermittel
zum Eingang der Verfahrensstrecke zurückgeführt.
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Je
nach Auslegung kann die Kühlzone eine oder mehrere Partien
aufnehmen. Die notwendige Kühlleistung ergibt sich aus
der Verweilzeit, der Garnmenge und der gewünschten Temperatur.
Es kann zweckmäßig sein, vor allem bei bereits
vorhandenen Befeuchtungsanlagen, die erfindungsgemäße
aktive Kühlzone in mehrere parallele Einheiten aufzuteilen.
Dies kann auch unter dem Gesichtspunkt der Verfügbarkeit
bereits im Handel vorhandener Einrichtungen gegeben sein, die auf
die Bedürfnisse des erfindungsgemäßen
Verfahrens eingerichtet werden können.
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Wenn
eine niedrige Umgebungstemperatur vorherrscht, d. h. die aktive
Kühlung nur eine relativ geringe Leistung erbringen muss,
kann es zweckmäßig sein, die für die
aktive Kühlzone bestimmte Betriebsluft zur Erzielung einer
höheren relativen Luftfeuchte vor oder nach dem Kühlprozess
nachzufeuchten, während durch die Kühlung einer
Betriebsluft aus hoher Umgebungstemperatur auf die Betriebstemperatur
im Allgemeinen eine ausreichende Erhöhung der relativen
Luftfeuchte erzielt wird.
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Vorteilhaft
wird das Verfahren so betrieben, dass durch die Steuerung der aktiven
Kühlzone wahlweise entweder eine Reduzierung der Temperatur
während einer vorgewählten (konstanten) Zeit oder
eine Reduzierung auf eine konstante Temperatur (variable Zeit) eingestellt
werden. Die Kühlleistung sollte auf die erwarteten Parameter
abgestimmt werden.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der Vergleich mit dem Stand der Technik lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Während
des Auskühlungsprozesses nach dem Konditionieren kommt
es zum Ausdunsten von ca. 20–30% des vorher mit Vakuum
und Dampfkondensation eingebrachten Feuchtigkeitsgehalts. Dieser
Wasserverlust ist umso bedauerlicher, als er vorher mit erheblichem
Prozess- und Energieaufwand eingebracht wurde.
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Die
aktive Nachkühlung fördert zwar die schnellere
Abkühlung der Materialien, verhindert aber durch Zugabe
von Wasserdampf die Austrocknung der äußeren Materiallagen
auf den Garnspulen. Versuchsmessungen haben ergeben, dass nach ca.
30 Minuten Nachkühlzeit der Ausdunstungsverlust auf ca.
10–15% des ursprünglichen Wertes gesenkt werden
konnte; also hat sich durch das Verfahren der Ausdunstungsverlust
nahezu halbiert.
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Durch
geeignete Verbesserungen im Prozessablauf kann die aktive Nachkühlung
sowohl innerhalb des Vakuumbehälters (wobei dadurch ein
weiterer, neuer Prozessschritt entsteht, der kontrolliert angesteuert werden
kann, wie außerhalb in einer nachgeordneten Kammer, entweder
mit automatischer Förderung (Rollen-, Bänder-,
Kettenförderer) oder in einem separaten, für diese
Zwecke konzipierten Raum erfolgen.
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Zusätzlich
zur kontrollierter ablaufenden Verdunstung findet auch eine mit
zeitlich messbaren Größen ablaufende Kühlung
der Materialien statt. Anstelle der in der Praxis sehr unterschiedlich
gehandhabten Wartezeiten mit entsprechend schwankenden höheren
oder niedrigeren Feuchtigkeitsverlusten, ist bei aktiver Nachkühlung
innerhalb der Maschine ein definierter Kühlungsprozess
durchführbar, der zu wiederholbaren und damit kontrollierbaren
Ergebnissen führt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3118971
A [0016]
- - EP 02002443 A1 [0017]