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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung für Vorrichtungen zur thermischen
Behandlung von laufenden Garnen, insbesondere zur thermischen Behandlung von Garnen, um
ihnen gewisse Eigenschaften der Schrumpfung und/oder Bauschigkeit und/oder
Elastizität zu verleihen. Diese Vorrichtung ist aus der Schrift DE-A-40 18 200 bekannt.
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In allen Verfahren zur Umformung von Garnen, die eine thermische Behandlung
verlangen, besteht das Hauptproblem in der schnellen Wärmeübertragung, bei der die Wärme
bis in den Kern regelmäßig und auf der ganzen Länge des Fadens in gleicher Weise
ansteigen muß. Bekanntlich haben nämlich die Temperatur der Behandlung und ihre
Regelmäßigkeit einen großen Einfluß auf die Eigenschaften der Garne.
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Es ist bekannt, daß die thermische Behandlung sich in Abhängigkeit von dem
behandelten Material, dem Titer des Garns und seiner Durchlaufgeschwindigkeit im Ofen ändert.
So erreicht man natürlich den Kern eines dünnen Garns schneller als den eines hohen
Titers. Ebenso weiß man, daß man ein Garn nicht über eine bestimmte Grenztemperatur
erhitzen darf, da es sonst beschädigt wird. Für dieses Problem des Wärmeaustauschs,
das im Bereich der Texturierung von großer Bedeutung ist, wurden bereits zahlreiche
Lösungen vorgeschlagen, die auf drei Grundprinzipien des Wärmeaustausches beruhen,
nämlich Konvektion, Strahlung und Leitung (direkter Kontakt mit der Heizfläche).
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Abgesehen von diesem Problem der richtigen Wärmeübertragung stellt sich auch das
Problem, daß das Garn unter einer bestimmten Spannung gehalten werden muß, die von
der durchgeführten Behandlung abhängig ist. So ist es beispielsweise im Fall eines
Streckvorgangs, der ggf. mit einem Texturiervorgang kombiniert ist, erforderlich, daß
das Garn unter einer Höchstspannung gehalten wird, während die Spannung verringert
werden muß, wenn eine Kontraktion des Garns vorgenommen werden soll. Ein weiteres
Problem ergibt sich durch die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit auf einer
Textilmaschine, die vor etwa 30 Jahren einige 10 m/min betrug und heute auf 1000 m/min
und mehr angestiegen ist, was zu sehr großen Anlagen führte, da die Öfen immer länger
wurden und bis zu zwei Meter erreichen können.
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Von den verschiedenen Lösungen, die vorgeschlagen wurden, um eine sehr regelmäßige
Wärmeübertragung zu erreichen und um auch die Probleme der Regulierung der
Temperatur von Position zu Position auf einer Maschine zu erleichtern, damit die gesamte
Produktion homogen wird, wurde vor langer Zeit schon vorgeschlagen,
Wärmebehandlungen vorzunehmen, die mit "sequentiell" bezeichnet werden können, und zwar mit Hilfe
von Öfen, auf deren Länge mehrere verschiedene thermische Behandlungszonen
aufeinanderfolgen. Von diesen Lösungen ist eine zu nennen, die Gegenstand des französischen
Patents Nr. 1 204 634 ist (entspricht dem Patent US 3 015 872), in dem im Inneren ein
und desselben Ofens zwei aufeinanderfolgende Behandlungen vorgenommen werden,
und zwar eine, bei der das Garn einer Temperatur ausgesetzt wird, die beträchtlich höher
als die normale Temperatur ist, auf die es gebracht werden muß, und zwar während
einer solchen Zeit, daß es nicht beschädigt wird, wobei auf diese erste Phase eine
Ausgleichsbehandlung mit einer Temperatur folgt, durch die das Garn auf eine
herkömmliche Temperatur gebracht wird.
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Eine solche Lösung, die industriell seit 1953 auf den von der Firma HOBOURN AERO
COMPONENTS Ltd. unter der Bezeichnung "HOBOURN - E.P.1" vertriebenen
Maschinen verwendet wird und die bestechend ist, da sie eine beträchtliche Reduzierung
der Länge der Öfen bei einer gegebenen Laufgeschwindigkeit gestattet, wurde jedoch
von den Textilanlagenherstellern seit langem schon wieder aufgegeben, was sich damit
erklären läßt, daß diese Lösung Geräte erfordert, deren Herstellung schwierig ist und die
einen komplexen Aufbau haben.
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Nun hat man - und das ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung - einen neuen
Ofentyp mit besonders einfachem Aufbau gefunden, der nicht nur die Durchführung solcher
"sequentiellen" thermischen Behandlungen gestattet, sondern auch die Besonderheit hat,
ohne Schwierigkeit angepaßt werden zu können, indem je nach den durchzuführenden
Behandlungen und der Beschaffenheit der zu behandelnden Garne aufeinanderfolgende
Zonen geschaffen werden, in denen die Übertragung der Wärme auf die Garne
vorgenommen werden kann; hierbei werden auf der Länge des Ofens Zonen kombiniert, in
denen die verschiedenen Wärmeaustauschprinzipien stattfinden, und zwar insbesondere
aufeinanderfolgende Zonen, in denen die Wärmeübertragung durch Strahlung oder
durch Leitung vor sich geht.
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Eine solche Auslegung gestattet auch die praktisch vollständige Ausschaltung der
Gefahr von Schwingungen, die Unregelmäßigkeiten in der Garnproduktion mit sich
bringen können, und ermöglicht hohe Produktionsgeschwindigkeiten, wobei man
gleichzeitig über eine besonders kompakte Heizeinheit verfügt.
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Der neue erfindungsgemäße Ofentyp zur thermischen Behandlung eines Garns
beispielsweise bei einem Strecktexturiervorgang besteht allgemein aus einer isolierenden
Hülle, die einen Heizblock umgibt, mit welchem sie einen "Kanal" bildet, der nach
außen offen sein kann und durch den das zu behandelnde Garn hindurchläuft, wobei
Einrichtungen zur Führung des Garns vorgesehen sind, um es im Inneren dieses Ofens
zu positionieren, und in der man das laufende Garn zwei aufeinanderfolgenden
Behandlungen unterzieht, wobei bei der einen die Temperatur höher als die normale
Temperatur ist, auf die es gebracht werden muß, und zwar während einer solchen Zeit, daß es
nicht beschädigt wird, wobei auf die erste Phase eine Ausgleichsbehandlung bei einer
Temperatur folgt, die den Faden auf eine gebräuchliche Temperatur bringt, dadurch
gekennzeichnet,
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- daß diese aufeinanderfolgenden Phasen mit Hilfe eines Heizblocks erhalten werden,
der aus einer zylindrischen Einheit mit zwei Heizzonen besteht, zu beiden Seiten von
denen Führungseinrichtungen für das Garn vorgesehen sind und die durch zwei
Widerstände erhalten werden, die in das Innere der zylindrischen Einheit eingelassen sind,
parallel angeordnet sind, auf der Länge des Blocks gegeneinander versetzt sind und
jeweils einem Thermoelement zugeordnet sind, das eine genaue Regelung der
Temperatur gestattet,
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- daß der Heizblock auf seiner Länge mindestens eine Zone mit großem Durchmesser
aufweist, die aus einer Muffe besteht, deren Oberfläche das Garn tangiert und die eine
Heizung durch Kontakt gestattet, welcher eine Zone vorhergeht und/oder folgt, in der
das Garn durch Strahlung erhitzt wird.
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Durch eine solche Anordnung erhält man zwei verschiedene Heizzonen, deren eine von
einer hohen Temperatur sein kann, während die andere von niedrigerer Temperatur ist,
so daß man einen schnellen Temperaturanstieg des Garns auf einen seiner optimalen
Behandlungstemperatur nahen Wert erhält, auf den eine Phase der Stabilisierung bei
dieser optimalen Behandlungstemperatur des Garns folgt.
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Ein solcher Ofen gestattet ferner eine Kombination von zwei thermischen
Behandlungstypen durch Konvektion und Leitung und zwar gemäß der Lehre des europäischen
Patents 524 111 im Namen der Anmelderin.
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Gemäß einer Abwandlung sind dem zylindrischen Heizblock zwei in einem Abstand
voneinander angeordnete Muffen mit demselben Durchmesser zugeordnet, wobei das
Garn die Oberflächen dieser Muffen vorzugsweise schraubenförmig tangiert, so daß
man einen Wärmeaustausch durch Kontakt (Leitung) erhält, wobei diese Muffen durch
eine Zone voneinander getrennt sind, in der das Garn durch Strahlung erhitzt wird.
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Wenn die Widerstände ihre Wärmeleistung direkt auf die Blöcke übertragen können, in
deren Innerem sie montiert sind, könnte man zur Herstellung der Heizung vorsehen, die
Widerstände in einer zweiten Hülle anzuordnen, die eine "DOWTERM"-Flüssigkeit
enthält.
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In praktischer Hinsicht besteht der Heizblock gemäß einer bevorzugten
erfindungsgemäßen Ausführungsform aus einem Zylinder aus Keramik oder aus rostfreiem Stahl,
wobei die beiden elektrischen Widerstände in das Innere dieses Zylinders eingelassen
sind und jeweils einem Thermoelement zugeordnet sind, wobei die elektrische
Versor
gung und die Anschlüsse der Thermoelemente auf einer gemeinsamen Seite angeordnet
sind.
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Ein solcher Ofen, der nur zur Behandlung eines einzigen Garns verwendet werden kann,
kann ferner auch so ausgelegt sein, daß man gleichzeitig zwei Garne behandeln kann,
wobei die beiden Garne im Inneren des Ofens entweder mit Hilfe von geeigneten
Führungselementen oder ggf. in Nuten auf der Oberfläche selbst der Muffe/n der Zonen, in
der/denen die Wärmeübertragung durch Kontakt stattfindet, voneinander getrennt
gehalten werden.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer Vorteile folgt eine Beschreibung von
Ausführungsbeispielen, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In
dieser zeigen:
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Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen in Seitenansicht bzw. im Schnitt eines
erfindungsgemäß ausgeführten Heizblocks, mit dem zwei auf der Länge des eigentlichen
Ofens aufeinanderfolgende Temperaturzonen gebildet werden können,
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Fig. 3 und 4 eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht eines
erfindungsgemäßen Heizblocks, der zur Bildung eines Ofens verwendet wird, wie er im europäischen
Patent Nr. 0 524 111 der Anmelderin beschrieben wird,
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Fig. 5 und 6 eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Ofens mit einem erfindungsgemäßen Heizblock, in dem die
Wärmebehandlung durch zwei Kontaktzonen stattfindet, die durch eine Strahlungszone
voneinander getrennt sind,
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Fig. 7 eine Abwandlung eines Ofens mit zwei durch eine Strahlungszone voneinander
getrennten Kontaktheizzonen, der die gleichzeitige Behandlung von zwei Garnen und
ihre automatische Führung ohne Beigabe von zusätzlichen Führungselementen auf
seiner Länge gestattet,
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Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform der Heizung.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufbau des Heizblocks, der die Bildung des neuen
erfindungsgemäßen Ofentyps gestattet und der im wesentlichen aus einem allgemein mit
A bezeichneten zylindrischen Kern aus einem nicht wärmeleitenden Werkstoff wie
beispielsweise Stahl besteht. Die Erhitzung dieses Blocks A erhält man
erfindungsge
mäß durch zwei Widerstände R1, R2, die jeweils einem Thermoelement TC1, TC2
zugeordnet sind, parallel angeordnet bzw. geschaltet sind und auf der Länge dieses
Blocks B versetzt angeordnet sind. Diese beiden Widerstände R1, R2 gestatten es, auf
der Länge des Blocks zwei verschiedene Temperaturzonen zu schaffen, die die
Möglichkeit der Durchführung einer "sequentiellen" thermischen Behandlung bieten.
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Mit Hilfe der beiden Widerstände R1, R2 können also auf der Länge des Blocks A zwei
Zonen A, B geschaffen werden, die verschiedene Temperaturen haben können, wobei
die Zone A dem Widerstand R1 und die Zone B dem Widerstand R2 entspricht. Jeder
Widerstand hat einen Aufbau, der so berechnet ist, daß der Block in der Zone A auf
hohe Temperatur (zwischen 400 und 700ºC) und in der Zone B auf eine niedrige
Temperatur gebracht wird, die der optimalen Behandlungstemperatur eines synthetischen
Garns entspricht (zwischen 150 und 250ºC). Diese Widerstände R1 und R2 können
ferner entweder einen solchen Aufbau haben, daß sie eine Leistung regelmäßig auf ihrer
ganzen Länge abgeben, oder, wie aus Fig. 1 hervorgeht, so beschaffen sein, daß der
Widerstand auf seiner Länge eine veränderliche Leistung abstrahlt, die beispielsweise in
einem ersten Teil niedriger und in der Endphase höher ist.
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Beispielsweise ein Widerstand R1 von 600 Watt, der dazu ausgelegt ist, auf seiner
Länge R1 eine Leistung von 3, 3 Watt pro Quadratzentimeter abzustrahlen, und ein
Widerstand R2 von 400 Watt, der dafür ausgelegt ist, auf seiner Länge einerseits eine
Leistung von 1,2 Watt pro cm² in einer ersten Zone und andererseits eine Leistung von
2,4 Watt pro cm² in seiner Endzone abzustrahlen, eignen sich für alle Anwendungen.
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Je nach der dargestellten Ausführungsform sind die Thermoelemente TC1, TC2 im
Inneren eines Kanals angeordnet, der sich über die ganze Länge des Heizblocks 1
erstreckt. Auf diese Weise kann man ggf. eine Überprüfung der Temperatur im Inneren
eines Überwachungsthermoelements durchführen, das man über das freie Ende der
Kanäle einführt. Je nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ferner
die elektrischen Anschlüsse und die Ausgängen der Thermoelemente auf einer
gemeinsamen Seite angeordnet.
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Ein solcher Heizblocktyp gestattet eine einfache Bildung der Öfen, die auf die zu
behandelnden Garne angepaßt werden können, wie in den nachfolgenden konkreten
Beispielen dargelegt wird, bei denen die Isolierhülle der aus einem solchen Heizblock
gebildeten Öfen der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
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Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind dem Block die
Elemente zur Führung des Garns zugeordnet, die aus Ringen 2, 3, 4 bestehen, die am
Eintritt, in der Mitte und am Austritt des Ofens angeordnet sind. Auf der Länge der dem
Widerstand R2 entsprechenden Zone B ist eine zylindrische Muffe D aus Keramik oder
aus oberflächenbehandeltem Stahl angeordnet. Die Führungselemente 2, 3, 4 sind so
ausgebildet, daß das Garn F in der Zone A vom Heizblock 1 entfernt gehalten wird und
damit durch Strahlung erhitzt wird, während dieses Garn F in der Zone B die Oberfläche
der Muffe D tangiert und damit durch Kontakt erhitzt wird; diese Behandlung findet
also ähnlich der Lehre des europäischen Patents 524 111 statt, wobei man jedoch in der
Zone A einen Temperaturanstieg des Garns bis auf einen seiner optimalen
Behandlungstemperatur nahen Wert erhält, worauf in der Zone B eine Phase der Stabilisierung auf
dieser optimalen Behandlungstemperatur des Garns folgt.
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Fig. 5 und 6 zeigt einen anderen Ofentyp, der aus einem erfindungsgemäßen Heizblock
gebildet wird, der eine zweite Muffe D 1 aufweist, die auf dem Heizblock angeordnet ist
und sich auf der der Zone A des Widerstands R1 entsprechenden Länge erstreckt. Man
erhält auf diese Weise einen Ofen, in dem der Temperaturanstieg in der Eintrittszone D1
durch Kontakt stattfindet und nicht wie im vorhergehenden Beispiel durch Konvektion,
worauf eine Strahlungsheizone C, deren Länge veränderlich sein kann, und eine Zone
der Stabilisierung durch Kontakt (Zone B) folgt.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Führungsringe 2, 3, 4 so angeordnet, daß das Garn
F die beiden Flächen D1, D schraubenförmig tangiert, wodurch ein einwandfreier
Kontakt gewährleistet wird und Schwingungserscheinungen vermieden werden.
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Statt der Führung des Garns im Ofen durch Ringe gemäß dem vorhergehenden Beispiel
kann man auch andere Mittel verwenden und beispielsweise, wie in Fig. 7, in der
Ober
fläche der auf dem eigentlichen Heizblock angebrachten Muffen selbst in der Tiefe
schraubenförmige Nuten herstellen.
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Die beiden Temperaturzonen auf der Länge des Ofens können auch auf andere Weise
geschaffen werden, und zwar beispielsweise indem man, wie in Fig. 8 dargestellt ist,
jeden Widerstand R1, R2 im Inneren einer zusätzlichen Hülle anordnet, die die
"DOWTERM"-Fliissigkeit enthält.
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Ein derartiger Heizelementaufbau ist besonders zur Bildung von Öfen von
Texturiermaschinen, insbesondere FalschzwirnTexturiermaschinen geeignet, welche kompakte Öfen
sind, die die Behandlung aller Arten von synthetischen Garnen wie Polyamid, Polyester
u. s. w. gestatten. In derartigen Öfen können die beiden Behandlungszonen A, B gleiche
oder verschiedene Längen haben. Beispielsweise in Öfen mit einer Länge von einem
Meter können die Sektionen A, B eine Länge von 350 mm bzw. 450 mm haben.