Vorrichtung zur Behandlung eines Materials, insbesondere eines Textilmaterials, durch ein flüssiges Medium
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Materials mit einem flüssigen Medium, und sie ist von besonderem Vorteil bei der Behandlung von Textilien. Es können jedoch auch andere Materialien, wie z. B. Papier, Leder oder Kunststoff, in der Vorrichtung gemäss der Erfindung behandelt werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine erste Kammer zur Aufnahme des zu behandelnden Materials, eine Einrichtung zur Erzeugung eines starken Vakuums in der ersten Kammer für die Entgasung des Materials, eine zweite Kammer zur Aufnahme des Behandlungsmediums, Mittel, durch die die zweite Kammer unter Überdruck setzbar ist, eine Schliesseinrichtung in einer Verbindungsleitung zwischen der ersten und zweiten Kammer, bei deren Öffnung das Behandlungsmedium von der zweiten in die erste Kammer strömt, in der ersten Kammer vorgesehene Mittel zum gleichmässigen Hindurchleiten des Behandlungsmediums, sowie Mittel zur Erzielung einer sehr schnellen Durchströmung des Materials beim Öffnen der Schliesseinrichtung,
so dass unmittelbar nach dem ersten Kontakt der Behandlungsflüssigkeit mit dem Material die Behandlungsflüssgkeit gleichmässig über die Oberfläche des Materials verteilt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur stückweisen Behandlung von Material, wie z. B.
einer auf eine Röhre gewickelten Garnspule durch ein Medium, und
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer Vorrichtung ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 1, jedoch zur Behandlung von Garn, das auf eine Röhre gewickelt ist, die sich an einem Ende konisch erweitert.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält einen ersten Behälter oder eine Kammer 100, welche eine Vakuumzone oder einen Entgasungsbereich begrenzt.
Obgleich zur Vereinfachung der Beschreibung in der Zeichnung im Tank bzw. in der Kammer 100 nur eine einzige, auf eine Röhre gewickelte Packung TP dargestellt ist, dürfte es klar sein, dass dieser so ausgestaltet sein kann, um, falls es erwünscht ist, eine Mehrzahl von Packungen TP aufzunehmen. Der Tank oder die Kammer 100 ist aus ausreichend starrem Material gefertigt, um einem Vakuum in der Grössenordnung von 711 mm (28 Zoll) Quecksilbersäule Absolutdruck standhalten zu können. Der Tank kann z. B. aus rostfreiem Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material gefertigt sein.
Der Tank 100 ist schliesslich mit einer entfernbaren Abdeckung 120 versehen, welche, sobald die Packung TB in diesem angeordnet ist, mittels Bolzen 140 befestigt wird.
Weiters ist ein zweiter Tank bzw. Behälter 160 vorgesehen, welcher einen Bereich für ein Behandlungsmedium D, wie z. B. Farbflüssigkeit, Reinigungsflüssigkeiten, Wasser, Fixierungsmedien, Luft, Dampf, Lösungen, Finishbehandlungsmedien und dergleichen begrenzt. Dieser Tank ist vorzugsweise oberhalb des erstgenannten Tankes 100 angeordnet, kann jedoch auch seitlich oder unterhalb desselben angeordnet sein, solange gewährleistet ist, dass sich dessen Auslass, soferne er ein flüssiges Behandlungsmedium enthält, unterhalb dessen Spiegel befindet. Der Tank bzw. die Kammer 160 muss hinreichend gross sein, um eine solche Menge an Behandlungsmedium D aufnehmen zu können, dass jegliche Grösse eines Tankes 100, der in dem System verwendet wird erfüllt werden kann.
Es dürfte klar sein, dass die Grösse des Tankes 100 davon abhängt, welche Anzahl und welche Arten von Garnpackungen TP behandelt werden soll. Der Tank oder der Behälter 160 ist ebenso wie der Tank 100 aus rostfreiem Stahl oder dergleichen gefertigt und muss in der Lage sein, zumindest Drücken in der Grössenordnung von 50 psi standzuhalten.
Zur Envärmung des Behandlungsmediums D auf eine bestimmte Temperatur ist eine Heizungseinrichtung 180, z. B. ein Dampfgenerator 200, vorgesehen, an den eine geschlossene Heizungsschlange 220 angeschlossen ist, die sich unmittelbar oberhalb des Bodens des Tankes 100 befindet. Der Dampfgenerator ist in der Lage, die Temperatur des Behandlungsmediums auf 1490 C (300C F) zu erhöhen. Für bestimmte Behandlungsmedien, wie z. B. für Farbflüssigkeiten, werden zu deren Erhitzung geschlossene Heizschlangen 220 vorgezogen, da diese die Flüssigkeit nicht verdünnen, was der Fall wäre, wenn Nassdampf für Heizzwecke verwendet würde. Weiters ist am Tank 160 ein Temperaturmessgerät 240 angeordnet, durch welches die Temperatur des in diesem befindlichen Behandlungsmediums gemessen werden kann.
Der Tank 160 ist weiters mit einer Einlassöffnung 260 für eine Leitung 280 versehen durch welche entweder das Behandlungsmedium D unter Druck gesetzt werden oder in das Innere des Tankes Nassdampf mit hoher Temperatur eingeleitet werden kann. Wenn das Behandlungsmedium D flüssig ist, ist die Einlassöffnung 260 oberhalb des höchsten Spiegels L dieser Flüssigkeit angeordnet. Mit der Leitung 280 ist über ein getrennt betätigbares Ventil 340 eine Zweigleitung 300 verbunden, die zu einer Pressluftquelle 230, z. B. einem Luftkompressor oder dergleichen, führt. In der Haube des Tankes 160 ist ein Druckmessgerät G angeordnet, welches eine Anzeige des Druckaufbaues im Tank 160 ermöglicht. Weiters ist über eine Zweigleitung 380, die ebenfalls ein getrennt betätigbares Ventil 400 enthält, mit der Leitung 280 ein Dampfgenerator 360 verbunden.
Die im Tank 100 angeordnete Garnpackung TP ist eine auf eine Röhre gewickelte Packung. Der mittlere Bereich der Röhre, die die Windungen des Garnes trägt, ist. wie bei 420 angedeutet ist, perforiert. In manchen Fällen ist die Röhre für die Packung als steife Röhre ausgebildet, die mit Durchbrechungen versehen ist. Sie könnte auch als Federröhre oder als Röhre aus netzförmigem Material ausgebildet sein, durch welche eine Flüssigkeit oder ein Dampf auf einfache Weise hindurchtreten kann. Die Enden der Röhre der Packung TP passen einerseits in eine nach aussen offene Hülse 440 an der Abdeckung 120 und anderseits in eine nach aussen geschlossene Hülse 460, die am Boden 480 des Tankes 100 vorgesehen ist. Zwischen diesen beiden Hülsen und den Enden der Röhre sind irgendwelche geeignete Dichtungen 500 vorgesehen.
Zwischen dem Boden des Tankes 160 und dem oberen Ende des Tankes 140 ist eine Verbindungsleitung 520 vorgesehen, die gegenüber der Hülse 440 mittels einer Dichtung 540 ebenfalls abgedichtet ist. Die Verbindungsleitung 520 ist mit einem schnell öffenbaren Ventil 560 für eine grosse Durchflussmenge versehen, wodurch die beiden Behälter 100 und 160 miteinander schnell in und ausser Verbindung gesetzt werden können.
Weiters ist ein Behälter bzw. ein Reservoir 580 für das Behandlungsmedium D vorgesehen, welcher mit dem Einlass 600 einer hochleistungsfähigen Pumpe 620 verbunden ist. Genauer beschrieben ist eine Leitung 640, die mit einem betätigbaren Ventil 660 versehen ist, mit der Einlassleitung 680 der Pumpe 620 verbunden, welche ebenfalls ein getrennt betätigbares Ventil 700 enthält. Die Einlassleitung 680 ist weiters über eine Auslassleitung 720, die auch ein getrennt betätigbares Ventil 740 enthält, mit dem Boden des Tankes 100 verbunden.
Sobald die Verbindungsleitung 520 mit dem Innern der Röhre 420 verbunden ist, bildet sich ein Fluss des Behandlungsmediums D vom inneren zum äusseren Bereich der Packung aus. Freilich kann, wenn die Leitung 520 ausserhalb der Packung mit dem Inneren des Tankes 100 verbunden ist, die Strömung auch vom äusseren zum inneren Bereich der Packung geführt werden. Wenn dies erwünscht ist, ist vorzugsweise die Auslassleitung mit dem Inneren der Röhre 420 der Pakkung verbunden. Über eine Leitung 780 ist der Ausgang 760 der Pumpe 620 mit dem oberen Bereich des Tankes 160 verbunden. Diese Leitung 780 enthält ebenfalls ein getrennt betätigbares Ventil 800.
Um den Tank oder die Kammer 100 evakuieren zu können, ist eine Hochleistungs-Vakuumpumpe 820 vorgesehen, die über eine Leitung 840 mit dem Tank nahe bei dessen Boden verbunden ist. Die Vakuumpumpe 820 saugt die Atmosphäre aus dem Tank 100 ab, wobei diese Atmosphäre das Behandlungsmedium enthalten kann, welches verdampft oder verdampft war.
Die Vakuumpumpe leitet die Atmosphäre weiters durch einen Kondensator 860, welcher die Gase durch eine Leitung 880 an die Atmosphäre führt und den zu Flüssigkeit kondensierten Dampf an die Leitung 900 abgibt, die mit dem Reservoir oder dem Vorratsbehälter 580 für das Behandlungsmedium D verbunden ist. Mittels eines Vakuumgerätes 920, das am Tank 100 angebracht ist, kann eine Anzeige des innerhalb des Tankes herrschenden Vakuums erfolgen.
In Fig. 2 ist ein Tank 101 dargestellt, der zur Aufnahme einer Packung RP dient, die auf eine Hülse gewickelt ist, die an einem Ende sich konisch erweitert. Bei diesem Anwendungsbeispiel der Erfindung ist der Tank 101 dahingehend geändert, dass ein Zapfen 103 vorgesehen ist, der in die Bohrung am sich verjüngenden Ende der gegenkonisch geformten Packung RP einragt, wogegen eine vergrösserte Hülse 102 vorgesehen ist, die in den sich konisch erweiterenden Teil 104 der Hülse, die die Packung RP trägt, einragt. Dieser Teil 104 kann perforiert oder aus netzförmigem Material gefertigt sein, wodurch die Flüssigkeit oder der Dampf leicht durch diesen hindurchtreten kann.
Wie schon früher erwähnt wurde, können die Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 zur stückweisen Behandlung von textilem Material oder dergleichen mit einer Anzahl von Behandlungsmedien verwendet werden. In der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens ist das Behandlungsmedium als Farbflüssigkeit angegeben und ist die Behandlung als für eine Vielzahl von möglichen Anwendungen der Erfindung als Färbung beschrieben. Die Packung RP wird, wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, zuerst in den Tank 100 eingesetzt. Darauf wird bei geschlossenen Ventilen 560 und 740 das Innere des Tanks mittels der Vakuumpumpe 820 bis zu einem gewünschten Vakuum in der Grössenordnung von 711 mm (28 Zoll) Quecksilbersäule evakuiert oder entgast.
Entweder gleichzeitig mit der Evakuierung des Tankes oder der Kammer 100 oder vor bzw. nach derselben wird der Tank 160 durch Öffnen der Ventile 660, 700 und 800 sowie Betrieb der Pumpe 620 bis zu der erwünschten Höhe L mit der Farbflüssigkeit D gefüllt. Sobald der Tank 160 bis zur erwünschten Höhe L erfüllt ist, werden die Ventile 660, 700 und 800 verschlossen und wird darauf die Farbflüssigkeit bis zu der vorgegebenen, durch die besondere Behandlung gewünschten oder erforderten Temperatur erhöht. Der Tank 160 kann während der Erhitzung der Farbflüssigkeit oder auch unabhängig davon mit Druck beaufschlagt werden. Ob der Tank 160 unter Druck gesetzt wird oder nicht hängt von der Art der Behandlung und davon ab, welche Druckdifferenz zwischen den Tanks 100 und 160 erwünscht ist.
Der Tank 160 kann getrennt, durch Öffnung des Ventils 340, bei geschlossenem Ventil 400, durch von der Pressluftquelle 320 einströmende Luft, bis zu einem gewünschten Wert, der durch das Druckmessgerät G angezeigt wird, unter Druck gesetzt werden.
Sobald die Farbflüssigkeit D im Tank 160 die gewünschte Temperatur aufweist und unter dem erwünschten Druck steht, wird das Ventil 340 geschlossen und das rasch öffenbare Ventil 560 betätigt, wodurch ein nahezu sofortiger Strom von Farbflüssigkeit in die Bohrung der Packung TP und durch die Pakkung TP hindurch in den evakuierten Bereich der Kammer 100 entsteht. Der Übergang der Farbflüssigkeit aus dem Tank 160 durch die Packung TP hindurch in den Tank 100 erfolgt nahezu umgehend. Beispielsweise wurde gefunden, dass ein Tank 100, in dem eine Packung vorgesehen ist und der 5000 ml Flüssigkeit aufnehmen kann, mit dieser Flüssigkeit in ungefähr einer Sekunde gefüllt werden kann, wenn er vorerst auf 711 mm (28 Zoll) Quecksilbersäule evakuiert wurde und daraufhin mit einer Flüssigkeit gespeist wird, die unter einem Druck von 20 psi steht.
Anderungen in der Temperatur, jedoch nicht im Druck, beeinflussen, wie Teste, die bei 380 C (1000 F), 660 C (2000 F) durchgeführt wurden, ergeben haben, diese Überströmzeit im wesentlichen nicht.
Soferne es erwünscht ist, um eine Farbenentwicklung zu erzielen, die Farbflüssigkeit zurückzuleiten, ist es nur notwendig, sobald sich die gesamte Farbflüssigkeit D im Tank 100 befindet, das Ventil 560 zu schliessen, die Ventile 740, 700 und 800 zu öffnen und die Farbflüssigkeit in den oberen Tank 160 zurückzupumpen. Daraufhin können die Verfahrensschritte, die oben beschrieben wurden, wiederholt werden.
Wenn eine Fixierung der Farbe erwünscht ist, wird die Farbflüssigkeit durch Öffnung der Ventile 660 und 740 aus dem unteren Tank 100 abgeleitet. Sobald dies erfolgt ist, werden diese Ventile und wird auch das Ventil 560 wieder geschlossen. Daraufhin wird der Tank 100 durch Inbetriebnahme der Vakuumpumpe evakuiert, wodurch der verdampfte Farbstoff auskondensiert und zum Reservoir 580 zurückgeleitet wird.
Der obere Tank 160 ist zu dieser Zeit leer. Bei geschlossenem Ventil 800 und offenem Ventil 400 wird dem Tank 160 Dampf zugeführt, bis dieser einen vorherbestimmten Druck und eine vorherbestimmte Temperatur aufweist. Der Dampf wird dann in der gleichen Weise wie die Farbflüssigkeit, d. h. durch Öffnung des rasch öffenbaren Ventils 560, durch die Garnpackung TP hindurchgeleitet.
Das Verfahren und die Vorrichtung, die anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, können für jegliche stückweise Behandlung mittels gasförmiger oder flüssiger Medien, wenn ansonsten eine gute Durchdringung und bzw. oder Imprägnierung des textilen Materials schwer zu erzielen ist, verwendet werden.
Beispielsweise kann dieses Verfahren zur Färbung, Harzbehandlung, Merzerisierung, Reinigung, Finishbehandlung oder dergleichen angewendet werden. Einige typische Verfahren, welche zur Illustration dienen sollen, sind nachstehend anhand der folgenden Beispiele, in welchen die Prozentsätze Gewichtsprozente des Garnes darstellen, näher erläutert. In allen diesen Beispielen betrug die Zeit, die evakuierte Kammer mit Farbflüssigkeit zu erfüllen, nur ungefähr 1 sek.
Beispiel 1
Eine 510 g (18 Unzen) schwere, röhrenförmige Garnpackung aus 5-1/2/1 Kunstseide/Baumwolle wurde nach der vorliegenden Erfindung in einem Vakuumtank mit einem Inhalt von 5000 ml gefärbt. Dazu wurde eine Farbflüssigkeit, die 5S (OWY) Fastolite Blau BFL und 20 S (OWY) Salz enthielt, in einen Expansionstank eingebracht und auf 93 C (2000 F) erhitzt. Daraufhin wurde der Expansionstank mittels des Deckels verschlossen und wurde Frischdampf zugeführt, bis ein Druck von 40 psi (Pfund pro Quadratzoll) erreicht war.
Nachdem der Expansionstank, wie oben beschrieben, bereit gemacht worden war, wurde der Vakuumtank, in dem sich die Packung befand, welche gefärbt werden sollte, auf 711 mm (28 Zoll) Quecksilbersäule evakuiert. Nachdem dies erzielt war und die Frischdampfzufuhr in den Expansionstank beendet war, wurde der Expansionstank mit dem Vakuumtank verbunden, worauf die Farbflüssigkeit innerhalb von 1 sek. aus dem Expansionstank in den Vakuumtank überströmte.
Die Packung wurde durch 5 min hindurch in der Farbflüssigkeit belassen, worauf die Farbflüssigkeit aus dem Vakuumtank abgelassen wurde und die Packung entfernt wurde.
Das Garn der Packung war zu einem guten Grad gefärbt.
Beispiel 2
Eine 510 g schwere (18 Unzen) Garnpackung aus 5-1/2/1 Kunstseide/Baumwolle wurde in einem Vakuumtank mit einem Inhalt von 500 ml gefärbt. Es wurden die gleichen Verfahrensschritte für die Färbung unternommen und wurde die gleiche Farbflüssigkeit wie in Beispiel 1 verwendet, jedoch wurden die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte versucht: Nachdem die Packung für 5 min. in der Farbflüssigkeit belassen worden war, wurde die Flüssigkeit aus der Vakuumkammer entfernt und wurde diese durch 3 min. hindurch unter ein Vakuum von 711 mm (28 Zoll) Quecksilbersäule gebracht. Der Expansionstank wurde unter Verwendung der vorher benützten Farbflüssigkeit wieder aufgefüllt und wiederum auf eine Temperatur von 930 C (2000 F) erhitzt.
Darauf wurde der Expansionsdruck mittels Frischdampf unter einen Druck von 28 psi gesetzt, wogegen der Vakuumtank auf ein Vakuum von 660 mm (26 Zoll) Quecksilbersäule gebracht wurde. Dann wurde der Vakuumtank mit dem Expansionstank verbunden, wodurch die Farbflüssigkeit in den Vakuumtank wiederum einströmte und wurde die Garnpackung durch 5 min. hindurch in dieser belassen. Daraufhin wurde die Farbflüssigkeit aus dem Vakuumtank entfernt und wurde dieser wiederum unter Vakuum gebracht und durch 2 min.
unter Vakuum belassen, um jegliche überschüssige Flüssigkeit aus dem Garn der Packung zu entfernen.
Schliesslich wurde die Packung entfernt und geprüft, wobei sich ergeb, dass das Garn sehr gleich mässig gefärbt war und die Packung den Erwartungen entsprach.
Beispiel 3
Eine Garnpackung aus 100% Baumwollgarn wurde in ähnlicher Weise wie nach Beispiel 1 gefärbt. Im vorliegenden Fall war jedoch die Garnpackung gegenkonisch gewickelt.
Unter Verwendung der gleichen Art der Farbflüssigkeit, der gleichen Temperaturen und der gleichen Drücke wie in Beispiel 1 wurde die Garnpackung für 5 min. hindurch gefärbt. Bei der Bewertung der fertiggestellten Packung wurde festgestellt, dass das Garn sehr gleichmässig gefärbt war, dass jedoch einige Verformungen der Packung vorlagen, welche auf die beim Einströmen der Farbflüssigkeit in die Vakuumkammer auftretenden Kräfte zurückzuführen waren.
Bei der vollständigen Behandlung und der Finishbehandlung eines Stückes aus textilem Material oder dergleichen wird dieses üblicherweise einer Folge von Behandlungen aufeinanderfolgenden Stationen unter worden. wobei das Stück aufeinanderfolgend und bzw.
oder kontinuierlich von einer zur nächsten Station bewegt wird. um die erwünschte Folge der Behandlungen zu erzielen. In Fällen, wo das Stück des textilen Materials für eine Folge von Behandlungen im wesent gleichen kontinuierlich von einer Station zur nächsten bewegt wird, können geeignete Beförderungseinrichtungen verwendet werden, wobei die Geschwindigkeit der Bewegung durch die verschiedenen Verfahrensschritte unter Zugrundelegung der Behandlungszeit in der langsamsten Station gesteuert wird.
Als Beispiel, welches jedoch auf keinen Fall die Erfindung auf eine bestimmte Aufeinanderfolge beschränken soll, sei erwähnt, dass ein Stück eines textilen Materials den Behandlungs- und Finishbehandlungsschritten der Reinigung, wenn notwendig der Trocknung, der Färbung, der Fixierung mittels Dampf oder, wenn notwendig durch chemische Behandlung der Waschung, um überschüssige Materialien zu entfernen, weiters, soferne notwendig, der Trocknung und der Aufbringung von Medien der Finishbehandlung, wie Harz- oder Weichmachern, untenvorfen werden könnte. Bei allen diesen Stationen, wo es notwendig ist, ein Behandlungsmedium aufzubringen oder eine Trocknung auszuführen, könnte die Station mit einer Vorrichtung versehen werden, die durch einen Vakuumtank und die zugeordneten Einrichtungen zur Aufnahme des zu behandelten Stückes gebildet ist.
Bei der einzelnen Verwendung des Verfahrens oder der Vorrichtung in irgendeiner oder mehreren Behandlungs- oder Finishbehandlungsstationen könnte durch diese die Geschwindigkeit der Behandlung und die Gleichmässigkeit der Aufbringung des Behandlungsmediums in dieser Station wesentlich beschleunigt werden. Wenn z. B. das Verfahren und die Vorrichtung in einer Färbestation verwendet werden, könnte die Gleichmässigkeit der Aufbringung der Farbe wie auch die Geschwindigkeit bei der Färbung und die Geschwindigkeit bei der Fixierung beschleunigt werden, wenn das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung verwendet werden. Ebenso könnte in der Reinigungsstation die Zeit für die Reinigung des Stückes herabgesetzt werden.
Auf diese Weise könnte die Gesamtzeit der Behandlung und Finishbehandlung eines textilen Materials drastisch herabgesetzt werden, insbesondere wenn ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung in Stationen verwendet werden, die üblicherweise die längste Behandlungszeit erfordern.