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Die Erfindung betrifft eine Trocknungstechnik für feuchte oder nasse Textilfasern. Die vorliegende Offenbarung ist insbesondere auf eine Faserbehandlungsanlage zur Trocknung feuchter oder nasser Viskosefasern gerichtet.
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Viskosefasern stellen besondere Anforderungen an einen Trocknungsprozess, weil sie einerseits im nassen Zustand zu einer Verdichtung und zur gegenseitigen Anhaftung neigen und weil sie andererseits im halbtrockenen oder trockenen Zustand zum Faserflug neigen.
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Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter der „Trocknung von Fasern“ die Trocknung von solchen Fasern verstanden, die im Wesentlichen wirr oder frei angeordnet in einer Mischung mit einer Flüssigkeit vorliegenden. Aufgrund des Fehlens einer Makro-Struktur bestehen keine oder nur minimale Bindungen zwischen den Einzelfasern. Es kann sich insbesondere um Textilfasern handeln, die im Anschluss an einen Herstellungs- oder Waschprozess getrocknet werden.
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Die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung diskutierte Fasertrocknungstechnik ist somit von Trocknungstechniken für Flore, Vliese, Gewebe und ähnliche Textilien zu unterscheiden.
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Bisher bekannte Fasertrocknungsanlagen verwenden einen erwärmten Luftstrom zum Trocknen der Fasern, der von oben nach unten durch eine Menge der Fasern gerichtet ist. Ein solcher Luftstrom hält die zu trocknenden Fasern sicher auf einer luftdurchlässigen Unterlage, sodass Faserflug im Wesentlichen vermieden oder begrenzt wird. Der nach unten gerichtete Luftstrom führt jedoch zu verschiedenen Nachteilen. Einerseits werden die feuchten Fasern durch den relativen Überdruck oberhalb der Fasern zu der Unterlage hin komprimiert und somit verdichtet. Durch die Verdichtung verringert sich die für die Trocknung nutzbare wirksame Oberflächen der Fasern, so dass die Trocknungsleistung verschlechtert wird. Bei den bisher bekannten Trocknern wird ggfs. zwischen separaten Trocknungsvorgängen eine Faseröffnung vorgenommen, wozu besondere Vorrichtungen notwendig sind. Andererseits wird durch den nach unten gerichteten Luftstrom und die Kompression die Luftdurchlässigkeit der zu trocknenden Fasern verringert, sodass besonders in der Nähe der Unterlage gelegene Schichten nur zögerlich getrocknet werden. Es kann auch zu inhomogenen Verteilungen von Zonen mit hoher und niedriger Luftdurchlässigkeit kommen, was ebenfalls für das Trocknungsergebnis nachteilig ist.
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Aus der
EP 208 71 59 B1 ist eine Blasvorrichtung bekannt, die einen von unten nach oben gerichteten Luftstrom erzeugt, um ein zumindest teilweise verfestigtes Faserprodukt von einem Band abzulösen. Aufgrund der zumindest teilweisen Verfestigung tritt kein Faserflug auf.
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Aus
WO 2016/008 968 A2 ist ein Thermobondierofen bekannt, bei dem ein von unten nach oben gerichteter Luftstrom durch einen Flor leitet, der zumindest anteilig thermoplastische Fasern enthält. Die Fasern in dem Flor weisen eine Makro-Struktur auf, welche die Fasern zumindest teilweise bindet und Faserflug verhindert. Durch das zumindest lokale Aufschmelzen der thermoplastischen Fasern werden weitere Bindungsstellen zwischen den Fasern erzeugt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technologie zum Trocknen von nassen oder feuchten Fasern, insbesondere zum Trocknen von Viskosefasern aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der eigenständigen Ansprüche.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Trocknungsverfahren zur Trocknung feuchter oder nasser Textilfasern, insbesondere zur Trocknung von Viskosefasern. Das Trocknungsverfahren ist ferner zur Trocknung von Fasern geeignet, die in einem Lösemittel-Spinnverfahren oder in einem Nass-Spinnverfahren hergestellt sind. Solche Fasern werden in der Regel nach dem Spinnprozess gewaschen, um das Lösemittel oder andere unerwünschte chemische Stoffe aus den Fasern zu entfernen. Nach dem Waschen verbleibt ein erheblicher Anteil an Wasser oder einer Waschflüssigkeit in und/oder zwischen den Fasern. Es ist auch möglich, Fasern, die nach einem Bleich- oder Färbeprozess und etwaig einer nachfolgenden Waschung als nasse oder feuchte Fasern vorliegen, gemäß dem vorliegenden Trocknungsverfahren zu trocknen.
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Das offenbarungsgemäße Trocknungsverfahren umfasst bevorzugt die folgenden Schritte. Es wird eine Fasermatte aus den nassen oder feuchten Fasern auf einem luftdurchlässigen Prozessband gebildet. Das Prozessband ist in einer Förderrichtung durch einen Fasertrockner bewegbar, der nach außen im Wesentlichen luftdicht gekapselt ist und bevorzugt ein Umluftsystem zur Bereitstellung einer Trocknungsluft umfasst.
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In dem Fasertrockner wird eine Luftströmung aus einer erwärmten Trocknungsluft erzeugt. Die Luftströmung wird in aufsteigender Richtung durch einen flächigen Trocknungszonenabschnitt des Prozessbandes geleitet und die in der Fasermatte enthaltenen Fasern werden durch die Trocknungsluft bzw. die Luftströmung aufgelockert und getrocknet.
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Durch den nach oben gerichteten Luftstrom wird eine Kompression der Fasern auf dem Prozessband vermieden, weil über den Fasern ein relativer Unterdruck herrscht. Somit wird die für die Trocknung zur Verfügung stehende wirksame Oberfläche der Fasern nicht verringert und es tritt keine Beeinträchtigung der Trocknungseffizienz der Fasern ein. Vielmehr kann vorteilhafter Weise eine Erhöhung der wirksamen Oberfläche erreicht werden, wobei die Volumendichte der Fasermatte reduziert wird. Mit anderen Worten erweitert sich die zu trocknende Masse unter Einwirkung des Luftstroms, sodass die Luftdurchlässigkeit erhöht wird und eine Binnen-Haftung zwischen den Fasern vermindert wird.
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Durch den nach oben gerichteten Luftstrom kann Faserflug erzeugt werden, d.h. Einzelfasern oder kleine Faserflocken können aus der zu trocknenden Masse gelöst und gemäß der Ausrichtung der Luftströmung nach oben hin mitgenommen werden. Bei dem Trocknungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist vorgesehen, dass die durch Faserflug bewegten Fasern in der Luftströmung durch ein oberhalb des Prozessbands angeordnetes Filterband aufgefangen werden, wobei dieses Filterband ebenfalls in der Förderrichtung bewegt wird. Unterhalb des Filterbandes herrscht ein relativer Überdruck, so dass die durch Faserflug bewegten Fasern mehrheitlich an dem Filterband anhaften und dort eine Auflagerung bilden.
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In dem Trocknungsverfahren wird also bewusst zur Verbesserung der Trocknungseffizienz ein Faserflug zugelassen. Der Anteil der durch Faserflug aus der zu trocknenden Masse (insbesondere einer Fasermatte) ausgelösten Fasern kann ein geringes bis erhebliches Ausmaß haben. Durch das Auffangen am Filterband wird eine bevorzugt kontinuierliche Rückführung der ausgelösten Fasern zur getrockneten Fasermatte ermöglicht, sodass kein oder nur ein unwesentlicher Materialverlust eintritt.
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Bevorzugt wird die aus den Fasern gebildete Auflagerung am Ausgang des Fasertrockners von dem Filterband abgelöst, insbesondere unter Rückführung der abgelösten Fasern zu den auf dem Prozessband liegenden getrockneten Fasern. Die Rückführung kann auf beliebige Weise geschehen, bevorzugt durch ein Abstreifgebläse, das die abgelösten Fasern in einen zum Prozessband gerichteten Rückführkanal bläst.
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Durch das vorgenannte Verfahren kann eine besonders hohe Trocknungseffizienz erreicht werden. Insbesondere kann die Länge der Trocknungsstrecke um bis zu 50 % verkürzt werden gegenüber vergleichbaren Anlagen mit nach unten gerichtetem Luftstrom. Durch die Bewegung sowohl des Prozessbands als auch des Filterbands wird ein kontinuierlicher Trocknungsprozess ermöglicht. Das Filterband und das Prozessband können jeweils als umlaufende Bänder vorgesehen sein. Sie sind bevorzugt innerhalb des Fasertrockners derart geführt und gegenüber der Umgebung gekapselt, dass im Wesentlichen alle Fasern, die durch Faserflug aus der Fasermatte ausgelöst werden, über das Filterband aufgefangen, zum Ausgang des Fasertrockners bewegt und dort zu den restlichen Fasern in der Fasermatte rückgeführt werden.
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Der Begriff Umluftsystem ist in der vorliegenden Offenbarung als ein System zu verstehen, welches eine Trocknungsluft in einer im Wesentlichen kreisförmigen Zirkulation durch die zu trocknenden Fasern und eine Wärmequelle bewegt. Diesem Luftkreislauf können im Verlauf der Trocknung an verschiedenen Stellen zusätzliche Frischluft zugeführt und/oder Brauchluft entnommen werden. Das Umluftsystem umfasst zumindest Gebläse oder andere Luftfördervorrichtungen, die als Umluftventilatoren wirken und den Luftkreislauf erzeugen. Darüber hinaus kann es einen oder mehrere weitere Gebläse oder sonstige Luftfördervorrichtungen umfassen, die als Frischluft-Zufuhrventilatoren oder als Brauchluft-Entnahmeventilatoren wirken. Das Umluftsystem kann mehrere Kreisläufe für mehrere Bandabschnitte erzeugen, insbesondere jeweils mindestens einen Kreislauf für eine Trocknungs-Sektion, wobei diese mehreren Kreisläufe untereinander in einer Art verbunden sein können, dass Trocknungsluft von einem Kreislauf zum nächsten geführt werden kann. Ein solches Überführen von Trocknungsluft zwischen den Kreisläufen erfolgt bevorzugt in gesteuerter oder geregelter Weise.
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Die vorliegende Offenbarung umfasst weiterhin eine Faserbehandlungsanlage zur Trocknung feuchter oder nasser Textilfaser. Die Faserbehandlungsanlage umfasst zumindest einen Fasertrockner, der nach außen im Wesentlichen luftdicht ausgebildet ist. Der Fasertrockner kann auch als Durchlauf-Trocknungsofen bezeichnet sein.
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Der Fasertrockner weist das oben erläuterte luftdurchlässige Prozessband auf, das in einer Förderrichtung durch den Fasertrockner bewegbar ist. Die Förderrichtung ist bevorzugt horizontal von einem Einlaufbereich des Fasertrockners zu einem Auslaufbereich orientiert. Der Fasertrockner weist ferner ein Filterband auf, das oberhalb des Prozessbands angeordnet und in der Förderrichtung bewegbar ist.
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Zwischen einem Trocknungszonenabschnitt des Prozessbands und dem Filterband ist eine (mittlere) Kammer gebildet, in welcher der Faserflug auftreten kann. Die Kammer ist bevorzugt zur Ober- und Unterseite hin durch das Prozessband und das Faserband begrenzt. Zu den übrigen Seiten hin ist sie bevorzugt durch (Innen- oder Außen-) Wandungen des Fasertrockners im Wesentlichen luftdicht gekapselt.
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Der Fasertrockner gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Umluftsystem, das dazu ausgebildet ist, eine Luftströmung aus einer erwärmten Trocknungsluft zu bilden. Die Luftströmung wird derart gebildet, dass sie in aufsteigender Richtung die mittlere Kammer und eine auf dem Prozessband ablegbare Fasermatte durchströmt, so dass die Fasern in der Fasermatte aufgelockert und getrocknet werden.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung und den beigefügten Figuren angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1: Eine Faserbehandlungsanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung im Querschnitt;
- 2: eine Schrägansicht der Faserbehandlungsanlage aus 1;
- 3: einen Längsschnitt durch die Faserbehandlungsanlage gemäß 1 im Bereich des Fasertrockners.
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1 zeigt eine Faserbehandlungsanlage (10) mit einem Fasermattenerzeuger (20) und einem Fasertrockner (30). Eine Förderrichtung (x) erstreckt sich in 1 von links nach rechts durch die Faserbehandlungsanlage (10).
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Im Bereich einer Nassfaseraufnahme (11) können der Faserbehandlungsanlage (10) nasse oder feuchte Fasern in einer beliebigen Ausgangsform zugeführt werden, beispielsweise als Schüttmasse, die in die Aufnahmewanne des Fasermattenerzeugers (20) einfüllbar ist. Der in 1 gezeigte Fasermattenerzeuger (20) stellt eine beispielhafte Ausführungsform in der Art eines Hopper Feeders dar. Alternativ kann ein beliebiger anderer Fasermattenerzeuger (20) vorgesehen sein, beispielsweise in der Form eines Speiseschachts oder eines Rüttelschachtspeisers. Wiederum alternativ kann die Faserbehandlungsanlage (10) ohne einen Fasermattenerzeuger (20) gebildet sein, bspw. wenn die nassen oder feuchten Fasern von einer vorgeschalteten Arbeitseinrichtung bereits als Fasermatte oder Faserstrang zuführbar sind.
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Der Fasermattenerzeuger (20) gemäß 1 weist am Grund der Aufnahmewanne (21) ein bewegliches Unterband (22) auf, das in der Förderrichtung (x) bewegbar ist, um die zugeführten nassen Fasern einem Steigband (23) zuzuführen. Das Steigband (23) kann eine beliebige geeignete Ausbildung haben, die insbesondere von der Materialart, dem Nässe- oder Feuchtigkeitsgrad sowie der Länge der zu trocknenden Fasern abhängen kann. Für feuchte oder nasse Viskosefasern kann bevorzugt ein Lattenband mit einem Nadelbesatz verwendet werden.
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Durch das Steigband (23) werden die nassen oder feuchten Fasern in eine erhöhte Position transportiert und bereits grundlegend in eine Mattenform mit einem mehr oder minder gleichförmigen Querschnitt geformt. Von der erhöhten Position aus werden die Fasern in einen Kompressionsschacht oder Rüttelschacht (24) gefördert. Der Kompressions- oder Rüttelschacht (24) kann zumindest eine Wand aufweisen, die zur repetierenden Aufweitung oder Verengung der Schachtweite hin- und her bewegt wird. Am unteren Ende des Kompressions- oder Rüttelschachts (24) können bevorzugt Ausgabewalzen (25) angeordnet sein, die den im Schacht geformten Faserstrang oder bzw. die Fasermatte abziehen und auf ein darunter geführtes Transportband ablegen. In dem Beispiel von 1 ist das Transportband bereits ein Zuführabschnitt (31a) des Prozessbands (31) des Fasertrockners (30). Alternativ kann ein separates Transportband vorgesehen sein, das die Fasermatte zum Einlaufbereich des Fasertrockners (30) führt.
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Im Weiteren wird vereinfacht davon ausgegangen, dass die zu trocknende Masse aus Fasern, die auf dem Prozessband (31) abgelegt wird, die Form einer Fasermatte hat. Dies stellt die bevorzugte Formgebung der zu trocknenden Masse dar. Die Fasermatte kann insbesondere bevorzugt am Einlaufbereich eine im Wesentlichen konstante Breite und Höhe haben. Die Breite kann beispielsweise im Bereich von 1 bis 4 Meter liegen. Die Höhe der Fasermatte kann beispielswese 10 bis 100 mm betragen und von dem Nässegrad und der Art zu trocknenden Fasern abhängen.
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Der Begriff „Fasermatte“ wird nachfolgend repräsentativ für jede beliebige Form der Aufbringung der zu trocknenden Masse verstanden, die Fasern und eine Flüssigkeit umfasst, also auch eine Form der Aufbringung in einem oder mehreren Fasersträngen etc.
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Das Prozessband (31) ist an dem Fasertrockner (30) bevorzugt als umlaufendes Band angeordnet, dessen oberes Trum in der Förderrichtung (x) vom Einlaufbereich des Fasertrockners (30) durch die Trocknungszone bis zum Ausgangsbereich gefördert wird. Ein unteres Trum des Prozessbands (31) wird in der Gegenrichtung zum Einlaufbereich zurückgeführt. Soweit nachfolgend Merkmale des Prozessbandes (31) oder das Zusammenwirken anderen Komponenten mit dem Prozessband (31) beschrieben werden, ist in der Regel das Obertrum des Prozessbands (31) gemeint.
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Die nassen oder feuchten Fasern werden im Eingangsbereich oder Einlaufbereich des Fasertrockners (30) als Fasermatte (13) auf das Prozessband (31) aufgebracht. Im nassen oder feuchten Zustand hat die Fasermatte (13) eine verhältnismäßig hohe Volumendichte (komprimierte Anordnung der Fasern) und ein hohes Flächengewicht (Gewicht der Fasern zuzüglich des Gewichts der Flüssigkeit).
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Beim Durchlaufen des Fasertrockners (30) in der Förderrichtung (x) wird sukzessive Feuchtigkeit aus der Fasermatte (13) entfernt, wobei die Fasern in Folge der nach oben gerichteten Luftströmung und des Trocknungsvorgangs aufgelockert werden. Dementsprechend entsteht innerhalb des Fasertrockners (30) aus der nassen Fasermatte (13) nach und nach eine halbtrockene und ausgeweitete (expandierte) Fasermatte (14), die eine deutlich geringere Volumendichte und ein wesentlich reduziertes Flächengewicht aufweist, da das Gewischt der zu trocknenden Masse aufgrund der Entfernung der Flüssigkeit / Feuchtigkeit nach und nach auf das Gewicht der Fasern reduziert wird. Die Dicke bzw. Höhe der Fasermatte (13, 14) kann beim Durchlaufen des Fasertrockners (30) erheblich ansteigen, wobei in der Regel auch die Luftdurchlässigkeit der Fasermatte (13, 14) steigt. Die in der Fasermatte (13, 14) enthaltenen Einzelfasern oder Faserflocken entfernen sich also mehr und mehr voneinander, sodass immer größere Bereiche der Faseroberfläche direkt mit der Trocknungsluft in Kontakt kommen können.
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Der Trocknungsprozess wird bevorzugt derart geregelt, dass am Ausgang des Fasertrockners (30) eine trockene Fasermatte (15) vorliegt. Die trockene Fasermatte (15) kann im Bereich einer Trockenfaserabgabe (12) an einen nachfolgenden Prozess übergeben wird, beispielsweise einen Verpackungsprozess oder einen Kardierprozess.
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Innerhalb des Fasertrockners (30) wird eine Luftströmung (36, 36a) gebildet, die durch einen Druckunterschied zwischen einer unteren Kammer (33), die sich unterhalb des Trocknungszonenabschnitts (31b) des Prozessbands (31) erstreckt, und einer oberen Kammer (35) erzeugt wird, die sich oberhalb des Filterbands (32) erstreckt. Der Druckunterschied wird bevorzugt durch ein Umluftsystem erzeugt, welches einerseits die Trocknungsluft aufwärmt und andererseits die Trocknungsluft in einem zumindest teilweise zirkulierenden Strom innerhalb des im Wesentlichen luftdichten Fasertrockners (30) umwälzt. Durch die Zirkulation kann die Trocknungsluft mehrfach mit der zu trocknenden Masse in Kontakt gebracht werden, wobei sie nach und nach Feuchtigkeit aufnimmt.
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Der Trocknungszonenabschnitt (31b) ist ein Abschnitt des (Obertrums des) Prozessbands (31), der sich innerhalb des im Wesentlichen luftdicht gekapselten Bereichs des Fasertrockners (30) befindet. Der Begriff „luftdicht“ ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung derart zu verstehen, dass der Fasertrockner (30) eine geschlossene Einhausung bildet, in deren Wandungen lediglich an den Öffnungen, die für das Ein- oder Ausführen der Bänder (31,32) sowie der Fasern erforderlich sind, sowie an den Luftführungskanälen des Umluftsystems Ein- und Austritte der Trocknungsluft zugelassen sind. Alle anderen Bereiche der Wandungen sind bevorzugt luftdicht verschlossen. Die Wandungen des Fasertrockners (30) sind weiterhin bevorzugt mit einer thermischen Isolierung versehen, um einen Wärmeverlust nach außen hin zu begrenzen.
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Die Luftströmung (36a) innerhalb der mittleren Kammer (34) wird bevorzugt durch mindestens eine Düsenanordnung (37, 38) am Prozessband (31) und/oder am Filterband (32) vergleichmäßigt oder in der Ausprägung gesteuert. Die Düsenanordnung (37) unterhalb des Prozessbands (31, 31b) ist in dem Beispiel von 1 durch abwechselnd schräg angeordnete Luftleitbleche gebildet, die an ihren unteren Enden miteinander luftdicht verbunden sind. An den oberen Enden der Luftleitbleche sind Durchtrittöffnungen für die Trocknungsluft mit einem vorgegebenen und bevorzugt einstellbaren Öffnungsquerschnitt vorgesehen. Diese Öffnungsquerschnitte bilden die Düsen, durch welche die Trocknungsluft von der unteren Kammer (33) zur mittleren Kammer (34) strömen kann. Die Düsen sind bevorzugt flächig unterhalb des Trocknungszonenabschnitts (31b) verteilt. Es können insbesondere mehrere in der Förderrichtung (x) hintereinander angeordnete Düsenreihen oder schlitzförmige Düsen vorgesehen sein. Der Öffnungsquerschnitt der Düsenanordnung (37) ist bevorzugt deutlich geringer als die Querschnittsfläche der unteren Kammer (33). Die untere Kammer wirkt hierdurch als Puffer, in dem sich ein im Wesentlichen gleichförmiger Druck ausbilden kann. Soweit innerhalb des Düsenabschnitts (37) Düsen mit gleichem Öffnungsquerschnitt vorgesehen sind, wird an diesen Düsen ein im Wesentlichen gleich starker Volumenstrom zugelassen, der die auf dem Prozessband (31, 31b) angeordnete Fasermatte (13, 14) durchströmt.
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Die Öffnungsquerschnitte der Düsen können entlang der Förderrichtung (x) und etwaig quer dazu gleich oder unterschiedlich gewählt werden. Insbesondere können die Öffnungsquerschnitte lokal einstellbar sein, um die Ausprägung der Luftströmung (36a) entlang der Förderrichtung (x) zu beeinflussen, insbesondere zu regeln.
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Die vorgenannte Düsenanordnung (37) kann gleichzeitig als Stützanordnung für das Prozessband dienen. Alternativ kann eine separate Stützanordnung vorgesehen sein, auf der das Prozessband (31) entlang der Förderrichtung (x) auflegbar und mechanisch unterstützt führbar ist.
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In dem Beispiel von 1 ist oberhalb des Filterbands (32) eine weitere Düsenanordnung (38) vorgesehen, die im Wesentlichen die gleiche Ausbildung haben kann, wie die zuvor beschriebene Düsenanordnung (37) unterhalb des Prozessbands. Alternativ kann eine andere Form einer Düsenanordnung und/oder einer Stützanordnung an dem Filterband (32) vorgesehen sein. Auch bei der Düsenanordnung (38) an oder über dem Filterband (32) (dem unteren Trum des Filterbands (32)) kann eine Einstellbarkeit und insbesondere lokale Anpassbarkeit des Öffnungsquerschnitts der Düsen vorgesehen sein.
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Der Fasertrockner (30) kann bevorzugt zwei oder mehr Trocknungssektionen (oder kurz „Sektionen) (A, B, C, D) aufweisen, durch die das Prozessband (31, 31b) bzw. die Fasermatte (13, 14) sukzessive bewegbar ist. Innerhalb der Sektionen (A-D) wird bevorzugt eine Trocknungsluft (36) mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgrad (F) und/oder unterschiedlicher Temperatur (T) erzeugt. Weiterhin kann die Luftströmung (36a) innerhalb einer Sektion (A-D) jeweils separat vorgegeben sein, insbesondere mit einem höheren oder niedrigeren Volumenstrom. Die Parameter der Trocknungsluft (Feuchtigkeit (F), Temperatur (T), Volumenstrom) können bevorzugt im Verlauf der Förderrichtung (x) in Abhängigkeit des zu trocknenden Materials gesteuert und insbesondere geregelt werden.
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Im oberen Bereich von 1 sind beispielhaft ein Verlauf der Temperatur (T) sowie ein Verlauf der Feuchtigkeit (F) der Trocknungsluft entlang der Förderrichtung (x) aufgezeigt. Die Trocknungsluft (36) wird derart erzeugt, dass der Feuchtigkeitsgrad (F) in der Förderrichtung (x) abnimmt. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass zumindest ein Teil der Trocknungsluft aus einer in Förderrichtung (x) hinteren Sektion (C, D) entgegen der Förderrichtung (x) zu einer weiter vorne liegenden Sektion (A, B) geführt und dort nochmals zur Trocknung verwendet wird. Insbesondere kann eine Führung der Trocknungsluft vom Auslaufbereich des Fasertrockners (30) zum Einlaufbereich vorgesehen sein (Haupt-Führungsweg), d.h. im Gegenlauf zur Förderrichtung (x) des zu trocknenden Materials. Zusätzlich können Zuflüsse von Frischluft und/oder Abflüsse von Brauchluft vorgesehen sein, die sich mit dem im Gegenlauf geführten Anteil der Trocknungsluft überlagern (Neben-Förderwege).
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Die Temperatur (T) der Trocknungsluft (36) hat gemäß dem Beispiel in 1 in der Förderrichtung (x) zunächst einen steigenden Verlauf und zum Ausgang hin einen fallenden Verlauf. Dieser Temperaturverlauf stellt eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Am Einlauf des Fasertrockners (= Ende des Haupt-Förderwegs der Trocknungsluft) wird die Trocknungsluft bevorzugt nur noch mäßig erwärmt, weil sie nach relativ kurzer Wegstrecke als Brauchluft mit maximalem Feuchtigkeitsgehalt den Fasertrockner (30) verlässt und ein unnötiger Wärmeverlust vermieden werden soll. Die bei der Trocknung stattfindende Verdunstung führt zu einem Abkühlen der Trocknungsluft.
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Es ist vorteilhaft, auch im Auslaufbereich des Fasertrockners (30) die Trocknungsluft (36) in vermindertem Maße zu erwärmen bzw. die Temperatur der Trocknungsluft auf ein verhältnismäßig niedriges Niveau zu regeln. Am Auslaufbereich (= Anfang des Haupt-Förderwegs der Trocknungsluft) des Fasertrockners (30) liegt nur noch eine geringe Feuchtigkeit in dem zu trocknenden Material vor. Daher wird die in der Trocknungsluft enthaltene Wärme mehrheitlich zu einem Aufheizen der Fasern führen und nicht (nur) zu einer Verdunstung sondern (auch). Je niedriger die Feuchte der Fasern ist, desto empfindlicher können die Fasern auf Überhitzung reagieren. Auch das Ausbringen von übermäßig erwärmten Fasern würde einen unnötigen Wärmeverlust darstellen.
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Im Mittelbereich des Fasertrockners (30) liegen hingegen nur halbtrockene Fasern vor, die eine relativ niedrigere Empfindlichkeit gegen Überhitzung zeigen und ein wesentlicher Anteil der Wärme in der Trocknungsluft wird zu einer Erwärmung und Verdunstung der in der Fasermatte gespeicherten Flüssigkeit bzw. Feuchtigkeit führen. Dementsprechend kann im Mittelbereich eine deutlich stärkere Erwärmung der Trocknungsluft (36) stattfinden bzw. sind dort deutlich höhere Temperaturen (T) der Trocknungsluft zulässig.
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Der Anteil eines Faserflugs (16) kann im Verlauf der Förderrichtung (x) bzw. mit steigendem Trocknungsgrad der Fasermatte (14) ansteigen. Dies ist in 1 durch die Anzahl bzw. Dichte der Striche illustriert, die den Faserflug (16) repräsentieren. Ferner kann die für die Trocknung zur Verfügung stehende wirksame Oberfläche der Fasern in dem zu trocknenden Material aufgrund des Auflockerns entlang der Förderrichtung (x) zunehmen (Expansion der Fasermatte). Es kann daher vorteilhaft sein, den Volumenstrom der in der mittleren Kammer (34) erzeugten Luftströmung (36a) entlang der Förderrichtung (x) zu variieren, insbesondere zum Ausgang hin zu reduzieren. Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Einerseits kann innerhalb jeder der Sektionen (A-D) eine unterschiedliche Druckdifferenz zwischen der unteren Kammer (33) und der oberen Kammer (35) erzeugt werden, insbesondere um ein Basisniveau der Luftströmung (36a) festzulegen. Hierzu können insbesondere mehrere oder bevorzugt alle Sektionen (A-D) über zumindest einen separaten Umluftventilator (43) verfügen.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Sektion (A-D) über einen separaten Luftauslass (45) verfügen, an dem insbesondere eine Vorrichtung zur Drosselung oder Regulierung der Luftaustrittsströmung vorgesehen sein kann. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann eine oder jede Sektion (A-D) über einen separaten Frischlufteinlass (44) verfügen. Das in der oberen Kammer (35) und der unteren Kammer (33) erzeugt Druckniveau steht jeweils in Beziehung zu den Volumenströmungen der Trocknungsluft entlang der Haupt-Förderrichtung und den Volumenströmungen der Frischluft in den Fasertrockner (30) bzw. eine Sektion sowie der Brauchluft aus dem Fasertrockner (30) bzw. einer Sektion.
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In dem Beispiel von 2 sind verschiedene Ausstattungen der Sektionen (A-D) gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante dargestellt. Hier verfügt jede der Sektionen (A-D) über einen separat steuerbaren Umluftventilator (43), der in einer Seitenwandung des Fasertrockners (30) angeordnet ist. Die in Förderrichtung erste und zweite Sektion (A und B) verfügen jeweils über einen Luftauslass (45). Die nachfolgenden Sektionen (C und D) verfügen jeweils über einen Lufteinlass bzw. Frischlufteinlass (44).
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3 zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch die Sektion (C) des Fasertrockners (30) aus 2. Der Umluftventilator (43) ist hier rechts oben dargestellt. Er dient dazu, in der oberen Kammer (35) befindliche Luft anzusaugen und zumindest nach unten hin als Rückführströmung (36b) in einen Rückführkanal (48) zu leiten. Der Rückführkanal (48) kann bevorzugt seitlich neben der Anordnung des Prozessbands (31), des Filterbands (32) und der dazwischen liegenden mittleren Kammer (34) verlaufen. Er mündet an der oberen Seite bevorzugt in einen Ausblasbereich des Umluftventilators (43) und in einem unteren Bereich in einen Übergang zu der unteren Kammer (33). Die Querschnittsfläche des Übergangs ist bevorzugt deutlich größer als die Querschnittsfläche der Düsen in dem Düsenabschnitt (37).
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Durch den Umluftventilator (43) und die Rückführströmung (36b) wird in der unteren Kammer (33) ein relativer Überdruck erzeugt. Durch eine Steuerung oder Regelung der Förderleistung des Umluftventilators (43) kann die Druckdifferenz zwischen der oberen Kammer (35) und der unteren Kammer (33) beeinflusst und ggfs. auf eine Soll-Druckdifferenz eingestellt werden. Weiterhin kann der Druck in der oberen Kammer (35) durch eine Regelung des Luftstroms beeinflusst werden, der durch den Frischlufteinlass (44) zugeführt wird, beispielsweise durch Betätigung einer Drosselklappe.
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Zumindest ein Teil der von dem Umluftventilator (43) abgeblasenen Luft kann im Wesentlichen entgegen der Förderrichtung (x) zu einer angrenzenden Sektion (B) und/oder einem Luftauslass (45) geleitet werden. Insbesondere kann an einem Ausblasbereich des Umluftventilators (43) ein Verbindungskanal (nicht dargestellt) angeschlossen sein, der in eine obere oder untere Kammer (33, 35) in einer angrenzenden Sektion (B) mündet.
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Der Fachmann wird erkennen, dass durch die Steuerung der Leistungen der einzelnen Umluftventilatoren (43) und eine Drosselung der verschiedenen Luftströmungen (Frischlufteintritt, Passageströmung zu angrenzender Sektion, Abluftströmung) der Druck in jeder Sektion (A-D) und dort sowohl in der oberen Kammer (35) als auch der unteren Kammer (33) gesteuert und bevorzugt auf einen Soll-Druck geregelt werden kann. Es können ein oder mehrere Drucksensoren in den jeweiligen Kammern (33, 35) angeordnet sein, um einen Ist-Druck zu erfassen und einer Druckregelung zuzuführen.
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Die Ausprägung der Luftströmung (36a) kann durch die Vorgabe der jeweiligen Drücke in der unteren Kammer (33) und/oder der oberen Kammer (35) gesteuert und insbesondere geregelt werden. Darüber hinaus ist eine Beeinflussung durch die Anpassung der Durchflussquerschnitte im Bereich der Düsenabschnitte (37, 38) möglich, insbesondere um eine lokale Ausprägung der Luftströmung (36a) innerhalb einer Sektion (A, B, C, D) und bevorzugt entlang der Förderrichtung (x) relativ zu dem Basisniveau zu verändern, das durch die Druckdifferenz zwischen der unteren Kammer (33) und der oberen Kammer (35) vorgegeben ist.
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Eine Erwärmung der Trocknungsluft (36) kann an beliebiger Stelle innerhalb oder außerhalb des Fasertrockners (30) erfolgen. Bevorzugt wird die Erwärmung durch einen internen Wärmetauscher (39), insbesondere einen Dampfwärmetauscher erreicht. Alternativ oder zusätzlich kann eine beliebige andere Heizeinrichtung vorgesehen sein.
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In dem Beispiel von 1 und 3 ist der Wärmetauscher (39) in der oberen Kammer (35) angeordnet. Er könnte alternativ in der unteren Kammer (33) oder in dem Rückführkanal (48) angeordnet sein. Die Anordnung in der oberen Kammer (35) hat den Vorteil, dass auch ein von dem Frischlufteinlass (44) her zugeführter Anteil der Trocknungsluft direkt nach dem Eintritt in den Fasertrockner (30) durch den Wärmetauscher (39) hindurch oder an dem Wärmetauscher (39) entlang geführt und erwärmt wird.
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Die durch Faserflug an dem Filterband (32) gebildete Auflagerung kann auf beliebige Weise und an beliebiger Stelle von dem Faserband (32) abgelöst werden. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante für das Ablösen der Auflagerung. Es ist (mindestens) ein Abstreifgebläse (40) vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, die Auflagerung von dem Filterband durch eine nach unten gerichtetem Luftstrom abzulösen. Ein solches Abstreifgebläse (40) kann gemäß der Darstellung in 1 bevorzugt am Ausgang, d.h. in der Förderrichtung (x) hinter der letzten Sektion (D) des Fasertrockners (30) angeordnet sein. Es kann eine beliebige Ausführung haben, beispielsweise in der Art eines Luftmessers (Air-blade).
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Weiterhin kann ein Rückführschacht (41) vorgesehen sein, durch den Fasern, die von dem Filterband (32) abgelöst werden, zu der getrockneten Fasermatte (15) rückgeführt werden. Ein solcher Rückführschacht (41) kann insbesondere derart korrespondierend zu einem Abstreifgebläse (40) angeordnet sein, dass der von dem Abstreifgebläse (40) erzeugte Luftstrom die abgelösten Fasern in den Rückführschacht (41) einbläst. Der Rückführschacht (41) erstreckt sich bevorzugt zwischen dem Filterband (32) und dem Prozessband (31) und insbesondere in vertikaler Richtung. Die vertikale Erstreckung des Rückführschachts (41) kann mit der Erstreckung einer mittleren Kammer (34) fluchten. Alternativ zu dem Beispiel von 1 können ein Abstreifgebläse und ein Rückführschacht (41) auch innerhalb des Fasertrockners (30) vorgesehen sein. Insbesondere können ein oder mehrere der Sektionen (A-D) über einen eigenen Rückführschacht (41) und etwaig ein eigenes Abstreifgebläse (40) verfügen, welche insbesondere im Bereich des Auslaufs der jeweiligen Sektion (A-D) angeordnet sein können.
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Die trockene Fasermatte (15) kann auf beliebige Weise im Bereich der Trockenfaserabgabe (12) abgegeben oder abgenommen werden. In dem Beispiel von 1 ist eine Umlenkung für das Prozessband (31) vorgesehen, durch die das Prozessband (31) zumindest teilweise in eine entgegen der Förderrichtung (x) verlaufende Bahn geführt wird. Die Umlenkung ist bevorzugt dazu ausgebildet, die getrocknete Fasermatte (15) von dem Prozessband (31, 31c) zu trennen, insbesondere durch Abwurf der Fasermatte. Im dem Beispiel von 1 sind schräg unterhalb der Umlenkung zwei Leitbleche angeordnet. Das obere Leitblech ist nahe an das rückgeführte Prozessband (31) herangeführt, so dass die von dem Ausgabeabschnitt (31c) des Prozessbands (31) abfallende trockene Fasermatte (15) auf das obere Leitblech gleiten kann.
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Es kann vorkommen, dass Restfasern nach dem Abwurf bzw. in der Bewegungsrichtung des (umlaufend geführten) Prozessbands (31) hinter der Umlenkung an dem Prozessband (31) verbleiben. Bevorzugt werden solche Restfasern von dem Prozessband (31) gelöst und den übrigen Fasern in der trockenen Fasermatte (15) zugeführt. Dies kann auf beliebige Weise erfolgen.
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In dem Beispiel von 1 ist ein zusätzliches Abstreifgebläse (42) neben der Umlenkung vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, die Restfasern von dem Prozessband (31) abzulösen. Das zusätzliche Abstreifgebläse (42) erzeugt einen im Wesentlichen in der Förderrichtung (x) orientierten Luftstrom, der (in einem Bereich hinter der Umlenkung bzw. nach dem Abwurf der trockenen Fasermatte) durch das luftdurchlässige Prozessband (31) gerichtet wird. Bevorzugt bläst der Luftstrom des zusätzlichen Abstreifgebläses die Restfasern in einen Bereich zwischen den Leitblechen ein, sodass diese in Richtung der auf dem oberen Leitblech geführten trockenen Fasermatte geführt werden. Alternativ kann das Abstreifgebläse die Restfasern in einer anderen Richtung abblasen, beispielsweise nach unten hin, wo beispielsweise eine Auffangwanne oder ein zusätzliches Abführband angeordnet sein kann.
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Die Faserbehandlungsanlage (10) kann verschiedene Sensoren und Steuerungen aufweisen, um den Trocknungsvorgang zu beeinflussen oder zu regeln. Besonders bevorzugt ist eine Regelung des Trocknungsgrads der Fasern in dem zu trocknenden Material vorgesehen (Anpassung einer ermittelten Ist-Feuchtigkeit an eine Soll-Feuchtigkeit). Hierzu kann zumindest am Ausgang des Fasertrockners (30) ein Mittel zur Feststellung der Feuchtigkeit in der Fasermatte (15) vorgesehen sein. Die Förderbewegung des Prozessbands (31) und/oder die Eigenschaften der Luftströmung (36a) können bevorzugt in Abhängigkeit von der festgestellten Feuchtigkeit gesteuert werden. Zusätzlich können ein oder mehrere weitere Mittel zur Feststellung der Feuchtigkeit in der Fasermatte vorgesehen sein, die am Einlaufbereich oder innerhalb des Fasertrockners (30) angeordnet sind. Die Steuerung der Förderbewegung des Prozessbands (31) und/oder die Eigenschaften der Luftströmung (36a) können dementsprechend in Abhängigkeit von festgestellten Feuchtigkeitsdifferenzen erfolgen. Es kann insbesondere an einem Einlauf zu mindestens einer Sektion (A, B, C, D) ein Feuchtigkeitsfeststellungsmittel angeordnet sein und die Eigenschaften der Luftströmung (36a) (Temperatur, Feuchtigkeit und Ausprägung der Trockenluftströmung) in zumindest dieser Sektion können gemäß einer Differenz zwischen einer Soll-Feuchtigkeit und der am Einlauf festgestellten Feuchtigkeit geregelt werden. Die Soll-Feuchtigkeit kann beispielsweise eine Feuchtigkeit in der Fasermatte (14) sein, die am Auslauf der jeweiligen Sektion (A-D) bzw. am Einlauf einer nahfolgenden Sektion erreicht werden soll.
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Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die zu den Ausführungsbeispielen beschriebenen, gezeigten, beanspruchten oder in sonstiger Weise offenbarten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt oder weggelassen werden.
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An der Faserbehandlungsanlage (10) können verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung eines unerwünschten Faseraustrags oder Verschmutzungseintrags getroffen sein.
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Der Einlaufbereich und der Auslaufbereich des Fasertrockners (30) können bevorzugt eine zusätzliche Einhausung (46) aufweisen, die insbesondere das Faserband (32) und möglichst große Teile des Prozessbands (31) überdeckt. Es können ein oder mehrere Reinigungsvorrichtungen vorhanden sein, die das Filterband (32) vor dem Einlaufen in die erste Sektion (A) des Fasertrockners (30) und/oder das Prozessband (31) vor dem Aufbringen der nassen Fasermatte (13) von Restfasern oder Verschmutzungen befreien.
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Anstelle der in den Figuren vorgesehenen vier Sektionen (A-D) kann eine beliebige andere Zahl an Trocknungs-Sektionen vorgesehen sein.
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Die mit den Fasern und der Trocknungsluft in Kontakt kommenden Komponenten der Faserbehandlungsanlage (10) sind bevorzugt korrosionsbeständig und je nach Art des zu trocknenden Materials lösemittelbeständig ausgeführt. Das Filterband (32) kann bevorzugt ein aus rostfreiem Edelstahl hergestelltes Band, insbesondere ein Lochband, ein Webband oder ein Maschenband sein. Bei der Trocknung von Viskosefasern hat sich ein Prozessband (31) aus PPS als vorteilhaft erwiesen.
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Anstelle einer Fasermatte können ein oder mehrere Faserstränge auf dem Prozessband (31) gebildet sein. Die Länge einer zu trocknenden Faser kann beispielsweise im Bereich von 5 mm bis mehreren Zentimetern liegen. Bei Viskosefasern kann eine Faserlänge von 10 bis 50 mm für die Trocknung vorteilhaft sein. Innerhalb der mittleren Kammer (34) kann gegebenenfalls eine Ausgleichsbedüsung vorgesehen sein, durch die ein von oben nach unten gerichteter Gegen-Luftstrom auf die zu trocknende Fasermatte gerichtet wird. Die Ausprägung des Gegen-Luftstroms ist bevorzugt weit geringer als die Ausprägung des von unten nach oben gerichteten Luftstroms (36a). Durch die Ausgleichsbedüsung kann die Bildung von Faserflug reduziert werden. Die Ausgleichsbedüsung kann durch beliebige Mittel erreicht werden, beispielsweise durch ein sich über die Breite des Prozessbands erstreckendes und gegenüber dem Prozessband nach oben beabstandetes Rohr, das an seiner Unterseite angeordnete Düsenöffnungen aufweist und mit einem Luftstrom beaufschlagt wird.
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Der Zuführabschnitt (31a), der Trocknungszonenabschnitt (31b) und der Ausgabeabschnitt (31c) des in den Figuren dargestellten Prozessbands (31) können durch ein einziges Prozessband (31) gebildet sein oder alternativ durch separate Bänder, zwischen denen die Fasermatte übergeben wird. Bevorzugt sind jedoch alle vorgenannten Funktionsabschnitte Teile eines einzigen Prozessbands (31), das sich durch den gesamten Fasertrockner (30) als umlaufendes Band erstreckt.
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Der Antrieb des Prozessbands (31) und des Filterbands (32) kann auf beliebige Weise erfolgen. Gemäß dem Beispiel in 1 und 2 ist jeweils ein Bandantrieb (47) an der in der Förderrichtung (x) jeweils letzten Umlenkrolle des Prozessbands (31) bzw. des Filterbands (32) vorgesehen. Durch diese Form des Antriebs wird sichergestellt, dass der Bandantrieb (47) eine Straffung des Obertrums des Prozessbands (31) bzw. des Untertrums des Filterbands (32) in den faserführenden Bereichen (innerhalb der mindestens einen mittleren Kammer) unterstützt. Unerwünschte Durchhängen der Bänder (31, 32) wird somit entgegengewirkt.
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An einem Einlaufbereich des Prozessbands und/oder des Faserbands zu einer mittleren Kammer und an einem Auslaufbereich des Prozessbands und/oder des Faserbands aus einer mittleren Kammer heraus können Schleusen vorgesehen sein, um eine passagere Luftströmung tangential zu dem jeweiligen Band zu vermindern. Solche Schleusen können beispielsweise durch elastisch anliegende Folien gebildet sein. Gegebenenfalls kann eine (lokale) Faserhaftung an dem jeweiligen Band und/oder an der Schleuse durch elektrostatische Felder beeinflusst, insbesondere erhöht sein.
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Die Begriff „Luft“ (Trocknungsluft, Frischluft, Brauchluft) ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung als „gasförmiges Trocknungsmittel“ zu verstehen. Es kann sich bevorzugt um Atemluft aus der Atmosphäre handeln, der ggfs. zusätzliche Gase oder Dämpfe beigegeben sein können. Alternativ kann es sich um ein anderes (reines) Gas oder eine Gaszusammensetzung handeln.
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Der Trocknungsluft können ein oder mehrere Additive beigegeben sein, die innerhalb des Fasertrockners mit den zu trocknenden Fasern reagieren, bspw. um diese zu imprägnieren oder zu beschichten.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Faserbehandlungsanlage
- 11
- Nassfaseraufnahme
- 12
- Trockenfaserabgabe
- 13
- nasse oder feuchte Fasermatte
- 14
- halbtrockene aufgeweitete Fasermatte
- 15
- trockende Fasermatte
- 16
- Faserflug
- 17
- Filterauflagerung
- 20
- Fasermattenerzeuger
- 21
- Aufnahmewanne
- 22
- Unterband
- 23
- Lattenband / Steigband
- 24
- Speiseschacht / Rüttelschacht
- 25
- Ausgabewalzen
- 30
- Fasertrockner
- 31
- Prozessband
- 31a
- Zuführabschnitt
- 31b
- Trocknungszonenabschnitt
- 31c
- Ausgabeabschnitt
- 31d
- Rückführabschnitt
- 32
- Filterband
- 33
- Untere Kammer
- 34
- Mittlere Kammer
- 35
- Obere Kammer
- 36
- Luftströmung / Trocknungsluft
- 36a
- Aufsteigende Strömung durch Kammern
- 36b
- Rückführströmung
- 37
- Düsen- und/oder Stützanordnung am Prozessband
- 38
- Düsen- und/oder Stützanordnung am Filterband
- 39
- Wärmetauscher / Dampfwärmetauscher
- 40
- Abstreifgebläse / Luftmesser
- 41
- Rückführschacht
- 42
- Abstreifgebläse / Luftmesser
- 43
- Gebläse / Umluftventilator
- 44
- Frischlufteinlass
- 45
- Luftauslass
- 46
- Einhausung
- 47
- Bandantrieb
- 48
- Rückführkanal
- x
- Trocknungsweg / Förderrichtung
- A
- Erste Trocknungs-Sektion
- B
- Zweite Trocknungs-Sektion
- C
- Dritte Trocknungs-Sektion
- D
- Vierte Trocknungs-Sektion
- F
- Feuchtigkeit der Trocknungsluft
- T
- Temperatur der Trocknungsluft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2087159 B1 [0006]
- WO 2016/008968 A2 [0007]
