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Vorrichtung zur Behandlung von Fadenscharen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Fadenscharen. Sie eignet sich vorzugsweise zur Behandlung von Fadenscharen aus Kunstfasern, z. B. Reyon, und ist insbesondere zum Trocknen von Reyonkettfadenscharen zu verwenden. Unter Reyon seien hierbei sämtliche künstlich erzeugten Fäden, wie regenerierte Zellulose, Zellulose- ester, Polyester, Additionspolymerisate, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Mischpolymerisate, Polyäthylen oder dergleichen, verstanden.
Derartige Fäden werden auf Walzen oder Skelett-Trommeln getrocknet. Diese Trockenmaschinen haben jedoch den Nachteil, dass die Fäden auf den Walzen bei erforderlich werdendem Kriechgang oder Stillstand leicht übertrocknet werden und festkleben sowie eine Verformung zu einem annähernd ovalen Querschnitt erleiden. Bei den Skelett-Trommeltrocknern ruft das Skelett an den Anlagestellen auf den einzelnen Fäden eine Markierung hervor, die durch den Druck und die Schlichteanhäufung an der Kontaktstelle sowie durch eine verstärkte Erwärmung des Fadens an dieser Stelle bedingt ist. In Ausführungsbeispielen der Erfindung können Fadenscharen getrocknet werden, ohne dass die oben beschriebenen Nachteile auftreten.
Es ist zwar bekannt, Fadenscharen statt auf Skelett- oder Trommeltrockenmaschinen auch in sogenannten Plantrocknern zu behandeln, durch die die Fadenscharen planförmig hindurchgeführt werden und dabei von einem gas- oder dampfförmigen Behandlungsmedium entweder senkrecht oder parallel zur Laufrichtung des Fadens beaufschlagt werden. Durch eine Behandlung von Fadenscharen in derartigen Maschinen werden zwar die oben geschilderten Nachteile vermieden. Jedoch hat sich herausgestellt, dass sich nicht alle Faserstoffe gleichmässig gut auf einer derartigen Maschine behandeln lassen. Besondere Schwierigkeiten treten bei Fadenscharen aus Reyon auf.
Nach langwierigen und schwierigen Versuchen sowie auf Grund eingehender Betrachtung der physikalischen Grundlagen konnte festgestellt werden, dass die Mängel der oben beschriebenen Plantrockner bei der Behandlung bestimmter Fäden, wie Reyonfaden- scharen oder dergleichen, im wesentlichen dadurch hervorgerufen wurde, dass sich die Fäden auf dem Wege durch die Behandlungsvorrichtung stark ver- kreuzen bzw. verlegen, also Gängel und Gassen bilden. Es ist bekannt, dass während der Behandlung die einzelnen Fäden einer Fadenschar einer Längenänderung unterliegen, die in einer Verlängerung bzw. Verkürzung der Fäden bestehen kann.
Während diese Längenänderung bei vielen Materialien für sämtliche Fäden einer Kette mindestens annähernd gleich ist, kommt bei manchen Fadenscharen, insbesondere solchen aus Reyon, noch die Schwierigkeit hinzu, dass die Längenänderung der einzelnen Fäden auch unterschiedlich ist.
Diese unterschiedliche Längenänderung der einzelnen Fäden würde an sich lediglich zur Folge haben, dass einzelne Fäden auf der freien Weglänge mehr oder weniger stark durchhängen. Unter der freien Weglänge sei hierbei diejenige Fadenlänge verstanden, welche ohne Unterstützung durch den Behandlungskanal geführt ist. Es hat sich aber herausgestellt, dass es für die Behandlung vorteilhaft ist, wenn die Fäden während der Behandlung in Schwingungen versetzt werden. Diese Schwingungen der Fäden können auf an sich bekannte Weise durch besondere Schwingungserzeuger hervorgerufen werden, die beispielsweise die Stütz- oder Förderwalzen der Fäden auf und ab bewegen.
Anderseits können derartige Schwingungen aber auch durch das Behandlungsmedium her-
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vorgerufen werden, welches senkrecht oder parallel zur Laufrichtung der Fäden in den Behandlungskanal eingeblasen wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unter anderem durch das Schwingen der Fäden das Verkreuzen und Verlegen auftritt, besonders dann, wenn eine unterschiedliche Längenänderung der einzelnen Fäden hinzukommt.
Die Erfindung zeigt erstmalig einen Weg,- wie ein Plantrockner für Fadenscharen gestaltet werden kann, deren einzelne Fäden während der Behandlung stark unterschiedlichen Längenänderungen unterliegen - wie dies insbesondere bei Reyon der Fall ist - ohne dass die Fäden Gängel und Gassen bilden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zum planförmigen Hindurchführen einer Fadenschar einen Behandlungskanal aufweist, dem ein gas- oder dampfförmiges Behandlungsmedium zuführbar ist, wobei Auflagestellen für die Fäden in einem einstellbaren Abstand voneinander angeordnet sind, zum Zwecke, ihn jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen zu können.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert, insbesondere im Hinblick auf ihre Verwendung.
Es konnte festgestellt werden, dass die Schwingungsweite, insbesondere die Unterschiede in den Schwingungsweiten, der einzelnen Fäden dafür massgebend sind, dass sich die einzelnen Fäden auf dem Wege durch die Behandlungskammer verkreuzen oder verlegen. Bekanntlich lässt sich die Schwingungsweite, das heisst die Amplitude der Schwingungen, sowohl durch Änderung der Schwingungsenergie, der Dämpfung als auch der Eigenschwingungszahl des Fadens oder durch Änderung einer dieser Grössen beeinflussen. Bei theoretischer Betrachtung des hier vorliegenden Problems kommt man zu dem Schluss, dass ein Verkreuzen bzw. Verlegen der einzelnen Fäden dann verhindert werden kann, wenn die Schwingungsweite höchstens gleich dem halben Abstand benachbarter Fäden ist.
Dabei soll unter dem Abstand benachbarter Fäden die Entfernung von der Mitte des einen Fadens bis zur Mitte des anderen Fadens verstanden sein. Solange benachbarte Fäden jedoch nur annähernd mit gleicher Frequenz schwingen, kann die Amplitude ihrer Schwingungen bzw. der Unterschied in der Schwingungsweite benachbarter Fäden auch grösser sein als der halbe Abstand benachbarter Fäden, ohne dass ein Verkreuzen oder Verlegen der Fäden auftritt. In vielen Fällen ist es daher nicht erforderlich, dass die Amplitude der Schwingungen kleiner ist als der halbe Abstand benachbarter Fäden, sondern es genügt, wenn er kleiner ist als der dreifache Abstand benachbarter Fäden.
Unter besonders günstigen Bedingungen, beispielsweise bei entsprechenden Unterschieden in der Schwingungsfrequenz der Fäden einer Fadenschar, genügt es, wenn die Amplitude der Schwingungen kleiner ist als der zehnfache Abstand der Fäden. Es wurde oben bereits darauf hingewiesen, dass die Schwingungsweite der Fäden durch Änderung der Schwingungsenergie bzw. durch Änderung der Dämpfung der Schwingungen beeinflusst werden kann. Es ist vorteilhaft, das Behandlungsmedium im Gleich- oder Gegenstrom mindestens annähernd parallel zur Durchlaufrichtung der Fäden auf diese einwirken zu lassen.
Sowohl bei der parallelen als auch bei der vielfach gebräuchlichen senkrechten Beaufschlagung der Fadenscharen wird bei Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsmediums die Anregung und somit die Schwingungsenergie vergrössert.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass es im Hinblick auf eine möglichst gute Behandlungswirkung, insbesondere auf eine möglichst gute Trocknung der Fadenscharen, von Vorteil ist, wenn das Behandlungsmedium derart über die Oberfläche der Fadenschar strömt, dass die kritische Reynoldssche Zahl überschritten wird. Diese Tatsache hat aber anderseits zur Folge, dass die auf die Fadenschar übertragene Schwingungsenergie beim Überschreiten der Reynoldsschen Zahl erheblich vergrössert wird.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Beeinflussung der Schwingungsweite durch Veränderung der Eigenschwingungszahlen der einzelnen Fäden hervorgerufen wird. Die Eigenschwingungszahl eines Fadens ist abhängig von der Elastizität und der Masse des Fadens; praktisch von seiner freien Länge und von seiner Spannung. Von diesen Grössen ist die Elastizität und die Masse praktisch kaum zu beeinflussen. Möglich ist es dagegen, die Spannung des Fadens oder seine Länge zu verändern. Sowohl durch die eine als auch durch die andere Massnahme kann die Schwingungsweite herabgesetzt und damit das Verkreuzen bzw. Verlegen der einzelnen Fäden verhindert werden.
Dass sich in einem Plantrockner die einzelnen Fäden einer Fadenschar verkreuzen oder verlegen, ist jedoch nicht nur durch die unterschiedlichen Längenänderungen bzw. durch die Schwingungsweite in Verbindung mit den Spannungen der einzelnen Fäden bedingt, sondern kann auch zum Teil durch recht erhebliche elektrostatische Kräfte zwischen den einzelnen Fäden bedingt sein, wie sie insbesondere bei Reyonfäden mitunter auftreten. Es kann daher die statische Elektrizität der Fäden vor und oder während des Durchlaufens der Behandlungseinrichtung beein- flusst, gegebenenfalls unwirksam gemacht werden.
Hierfür ist unter anderem die Art des die Fadenscharen beeinflussenden Behandlungsmediums von Bedeutung. Bei einem dampfförmigen Behandlungsmedium ist die die Fadenscharen umgebende Atmosphäre elektrisch verhältnismässig gut leitend, so dass die elektrostatischen Aufladungen von den einzelnen Fäden abgeleitet werden. Anderseits können aber auch zusätzliche, an sich zum Teil bekannte Mittel angeordnet sein, um die statische Elektrizität unwirksam zu machen. So ist es beispielsweise möglich, vor und/oder in dem Behandlungskanal eine Ionisations-
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vorrichtung anzuordnen.
Zusätzlich oder an Stelle einer derartigen Ionisationsvorrichtung können jedoch auch die unter Umständen innerhalb des Behandlungskanals angeordneten Auflagestellen für die Fäden, wie Stützrollen und dergleichen, so ausgebildet sein, dass sie die statische Elektrizität der Fäden unwirksam machen, vorzugsweise sie entfernen. So können beispielsweise aus Metall bestehende Stützwalzen untereinander und gegebenenfalls auch mit dem Gehäuse der Behandlungsvorrichtung verbunden sein. Weiterhin können die Stützrollen gegebenenfalls über eine besondere Vorrichtung elektrisch geerdet werden bzw. von einer geeigneten Vorrichtung auf einem vorbestimmten Potential gehalten werden.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist für das Ver- kreuzen und Verlegen der einzelnen Fäden die Schwingungsweite der Fäden von Bedeutung. Jedoch können allein die Schwingungen den unerwünschten Effekt nicht hervorrufen, vielmehr ist es erforderlich, dass Kräfte vorhanden sind, welche die Fäden quer zur Bewegungsrichtung beeinflussen. Ohne diese Kräfte würde lediglich ein vertikales Schwingen der Fäden auftreten, nicht aber eine horizontale Abweichung von der vorgeschriebenen Laufrichtung. Diese Querkräfte können unter anderem einmal in der Turbulenz des Behandlungsmediums begründet sein, zum andern in der statischen Elektrizität der Fäden.
Es hat sich mm herausgestellt, dass noch ein dritter Faktor für die Entstehung der Querkräfte von Bedeutung ist. Hierbei handelt es sich um die inneren Spannungen der FMen, welche bei der Herstellung bzw. bei den Vorbehandlungen im Faden bzw. in seinem Gefüge auftreten. Ferner dürfte auch die Oberflächenspannung der aufgetragenen Schlichte bis zur Erstarrung einen Einfluss haben.
Die oben erwähnten inneren Spannungen lassen sich vorteilhaft dadurch unwirksam machen, dass die Fäden durch besondere Mittel während des ersten Teiles der Behandlung stark gedehnt und während eines anderen Teiles geschrumpft werden. Zwar werden durch die starke Dehnung im ersten Teile der Behandlung nicht die inneren Spannungen beseitigt. Jedoch wird dadurch die Längskomponente der auf die einzelnen Fäden einwirkenden Kräfte erheblich grosser als die Querkomponente, so dass dadurch die Neigung zum Verkreuzen und Verlegen vermindert wird. Da jedoch sehr stark gedehnte Fäden für die weitere Bearbeitung mitunter unerwünscht sind, kann die Dehnung durch eine anschliessende Schrumpfung wieder ausgeglichen werden.
In manchen Fällen wird es sich noch empfehlen, die Fäden im Dehnungsabschnitt mit einem möglichst heissen Behandlungsmedium zu beaufschlagen. Durch die hohe Temperatur des Behandlungsmediums wird die Gefügestruktur der Fäden aufgelockert, so dass sich die inneren Spannungen ausgleichen oder zum mindesten nicht mehr zur Wirkung kommen. Dabei ist es jedoch zu beachten, dass die für die Fäden zulässigen Höchsttemperaturen nicht überschritten wer- den, um eine Schädigung des Fasermaterials zu vermeiden.
Mit Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Vorrichtung kann man auf verschiedene Weise arbeiten. So ist es beispielsweise möglich, die Dehnung der Fäden erheblich zu vergrössern. Dies ist jedoch nicht in allen Fällen anwendbar, da einerseits bei verschiedenen Verarbeitungsverfahren möglichst wenig gedehnte Fäden erwünscht sind, anderseits verschiedene Fäden bereits von den vorhergehenden Bearbeitungsverfahren so weit gedehnt worden sind, dass eine weitere Dehnung nicht mehr möglich ist.
Um die Verwirrung der Fäden zu verhindern, könnte daher weiterhin der Abstand der einzelnen Fäden voneinander vergrössert werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass auf einer vorgegebenen Breite des Behandlungskanals nur eine geringere Anzahl von Fäden behandelt werden kann oder für eine vorgegebene Anzahl von Fäden die Breite der Behandlungskammer vergrössert werden muss. Welche dieser beiden Massnahmen auch angewendet wird, in jedem Fall wird sich eine erhebliche Verschlechterung des Wirkungsgrades der Behandlungsvorrichtung ergeben.
Im allgemeinen dürfte es sich deshalb empfehlen, die freie Länge der Fäden herabzusetzen. Dies kann dadurch geschehen, dass innerhalb des Behandlungskanals einstellbare Stützrollen bzw. -walzen angeordnet sind, auf denen die Fäden aufliegen und somit die freie Länge immer nur von einer Stützwalze bis zur nächsten reicht.
Vielfach ist die Anordnung von Stützwalzen inner- halb des Behandlungskanals jedoch unerwünscht, da diese Stützwalzen leicht Veranlassung zu Störungen geben können, indem sich gerissene Fäden um die Stützwalzen herumwickeln. Aus diesem Grunde ist es in manchen Fällen vorteilhafter, den Behandlungskanal kürzer zu bauen. Dabei ergibt sich jedoch, dass die Trocknung bzw. die anderweitige Behandlung der Fadenscharen am Ende des Behandlungskanals noch nicht weit genug fortgeschritten ist, so dass vorteilhaft mehrere Behandlungskanäle im Verlauf des Fadenweges hintereinander angeordnet werden.
Innerhalb der verschiedenen Behandlungskanäle können die auf die Fäden einwirkenden Zugspannungen oder die Temperaturen, gegebenenfalls auch beide, unterschiedlich sein. So ist es beispielsweise möglich, im ersten Behandlungskanal mit einer hohen Zugspannung und hohen Temperaturen, im zweiten Behandlungskanal dagegen mit einer sehr geringen bzw. negativen Zugspannung und niedrigen Temperaturen zu arbeiten. Weiterhin kann auch die Geschwindigkeit des Behandlungsmediums unterschiedlich gehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Bei der dargestellten Schlichtmaschine wird die Fadenschar F von den Wickelbäumen 1 durch eine Schlichtevorrichtung 2 geführt und anschliessend in den Trockenkammern 3 und 4 mit dem zwischengeschalteten Ausdünstungsabschnitt 5 getrocknet. Nach dem Verlassen der Trocken-
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kammer 4 wird die Fadenschar über Spannungsmesser 6 und Umlaufwalzen 7 auf den Baum 8 aufgewickelt. Der innere Aufbau der Trockenkammern 3 und 4 ist lediglich bei dem Trockner 3 dargestellt. Die Anordnung im Trockner 4 kann gleich oder spiegelbildlich sein. Das besondere Merkmal des Trockners ist die gegenüber den bekannten Trocknern auffallende Kürze des Behandlungskanals 11.
Das zum Trocknen verwendete Heissdampf-Luft-Gemisch wird von den Ventilatoren 12a und 12b jeweils an dem Ende lla in den Behandlungskanal hineingeblasen und an dem Ende llb abgesaugt. Um die freie Weglänge der Fäden, welche gegeben ist durch den Abstand der beiden Stützwalzen 13 und 14, noch weiterhin zu verringern, ist in der Mitte des Behandlungskanals eine zusätzliche Stützwalze 15 angeordnet. Der Abstand der Auflagestellen 13, 14, 15 voneinander ist einstellbar, um ihn den jeweiligen Betriebsverhältnissen anpassen zu können. Die Stützwalze 15 ebenso wie die Stützwalzen 13 und 14 können in bekannter Weise zur Ableitung der statischen Elektrizität der Fäden herangezogen werden.
Zwischen den beiden Trockenkammern 3 und 4 ist, wie bereits erwähnt, der Ausdünstungsabschnitt 5 angeordnet, in welchem in diesem Fall die Fäden der freien Atmosphäre aus- gesetzt sind. Dabei ist die Fadenschar über weitere Umlenkwalzen 16, 17, 18 geführt, die so angeordnet sind, dass die Fadenschar im Ausdünstungsabschnitt möglichst auf ihrer gesamten Länge einen Winkel mit der horizontalen Richtung bildet.
Die Stützwalzen 14 und 18 und die Abzugswalze 7 können als Antriebswalzen für das Gut ausgebildet sein. Wird die Walze 14 nun schneller angetrieben als die Quetschwalzen im Schlichtetrog 2, so werden die Fäden in der Kammer 3 gedehnt. Wird die Walze 18 schneller angetrieben als die Abzugswalze 7, werden die Fäden in der Kammer 3 geschrumpft.
Es ist auch möglich, die hintereinander angeordneten Behandlungskanäle in einem gemeinsamen Gehäuse, eventuell auch übereinander, anzubringen. Der Ausdünstungsabschnitt 5 kann ebenfalls in einem Gehäuse angeordnet sein, welches mit besonders vorteilhaften Druckverhältnissen ausgestattet oder mit einem besonderen Gas gefüllt ist, welches ebenfalls zur Behandlung der Fadenscharen herangezogen wer- den kann. Die dargestellte Vorrichtung kann ausser für die Behandlung von Reyonfäden mit Vorteil auch bei solchen Fadenscharen angewendet werden, die unterschiedliche Faserstoffe, z. B. Wolle und Leinen, oder unterschiedlich vorbehandelte Faserstoffe enthalten, z. B. Fäden verschiedenen Feuchtigkeitsgehaltes, unterschiedlich gefärbte oder unterschiedlich vorgespannte Fäden.