DE1635162B2 - Vorrichtung zur waermebehandlung fadenfoermiger oder flacher gebilde - Google Patents
Vorrichtung zur waermebehandlung fadenfoermiger oder flacher gebildeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung
fadenförmiger oder flacher Gebilde, insbesondere von Fäden oder Geweben, bei bestimmter
Temperatur, mit einem hohlen, bezüglich seiner Drehachse rotationssymmetrischen Drehkörper, mit
wenigstens einem im Inneren dieses Drehkörpers angeordneten festen Element, das eine Heizeinrichtung
aufweist, die in dem festen Element, im Schnitt senkrecht zur Drehachse des Drehkörpers gesehen,
lediglich in einem Sektor angebracht ist, und mit wenigstens einem Temperaturfühler, der an der
Oberfläche des festen Elements angebracht und thermisch gegen die Heizeinrichtung isoliert ist.
In der Textilindustrie ist es üblich, die Fäden über sich drehende Rollen zu führen, die beheizt sein müssen. Oft
ist es darüber hinaus erforderlich, daß die Temperatur solcher Rollen oder Röhren genau eingestellt wird.
Denn auch nur eine geringe Veränderung der Temperatur bei der Wärmebehandlung kann in einigen
Fällen Veränderungen, die für die Eigenschaften der behandelten Fäden unzulässig sind, mit sich bringen.
Die Verwendung eines hohlen, sich drehenden Elements in Form eines Rotationskörpers wurde bereits
vorgeschlagen, der durch Abstrahlung von einem festen, im Inneren des Drehkörpers angeordneten Element
beheizt wird. Mit solch einer Vorrichtung ist jedoch bisher die Regelung der Temperatur des Drehkörpers
zufriedenstellend nicht gelöst worden. Man hat z. B.
leitende Gleitschuhe vorgeschlagen, wie es aus der FR-PS 13 48 801 bekannt ist, um die thermometrische
Fühlervorrichtung auf die gleiche Temperatur wie den Drehkörper zu bringen. Die Ausführung und die
Verwendung einer solchen Vorrichtung wird besonders durch die Probleme der beim Betrieb auftretenden
Reibung kompliziert.
Ebenfalls ist ein sich drehendes Element in Form eines Rotationskörpers vorgeschlagen worden, der durch in (
diesem Element induzierte Ströme beheizt wurde, wobei ein im Drehkörper versenkter Heißleiter die
Regelung der Beheizung sicherstellt. Eine solche Vorrichtung ist jedoch sehr kompliziert und aufwendig,
die Beheizung durch Induktion ist nämlich schwierig in die Tat umzusetzen, da hierdurch ein erheblicher
Leistungsfaktorabfall hervorgerufen wird. Im übrigen sind die zur Regelung dienenden Ströme schwach und
ihre Übertragung vermittels umlaufender Ringe nicht vollständig gelöst, was eine Quelle für Regelungsfehler
ist. Außerdem wird die Zahl der Kollektoren dann unzumutbar hoch, wenn auf dem sich drehenden
Element mehrere Temperaturzonen entstehen sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden,
daß bei einfachem Aufbau eine erhöhte Genauigkeit der Temperatureinstellung erhalten wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Oberfläche des die Heizeinrichtung
enthaltenden Sektors und die Innenfläche des Drehkörpers ein Emissionsgesamtverhältnis nahe dem des ,
schwarzen Körpers aufweisen, daß das feste Element, im Schnitt senkrecht zur Drehachse des Drehkörpers
gesehen, als Kreisringsektor ausgebildet ist, der durch einen weiteren Kreisringsektor aus einem thermisch
isolierenden Material ergänzt wird, und daß dieser weitere Kreisringsektor an seiner Oberfläche den
Temperaturfühler derart enthält, daß dieser die von der Innenfläche des Drehkörpers ausgehende Wärmestrahlung
aufnimmt
Durch eine solche Ausgestaltung lassen sich die vorstehend genannten Nachteile der bekannten Anordnung vermeiden. Zum einen wird durch den weiteren Kreisringsektor eine bessere Wärmeisolierung des an seiner Außenfläche angebrachten Temperaturfühlers erreicht und zum anderen ist es unmöglich, daß eine von dem Heizelement ausgehende Strahlung auf die Temperaturfühler auftrifft, wie es bei der Anordnung nach der eingangs genannten FR-PS der Fall ist, da bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Temperaturfühler in der gekrümmten Oberfläche des isolierenden Sektors angeordnet sind. Weiterhin kann bei dieser Anordnung auch keine Reibungswärme zwischen dem Drehkörper und dem die Temperaturfühler tragenden Element entstehen. Die Genauigkeit der Temperatur-
Durch eine solche Ausgestaltung lassen sich die vorstehend genannten Nachteile der bekannten Anordnung vermeiden. Zum einen wird durch den weiteren Kreisringsektor eine bessere Wärmeisolierung des an seiner Außenfläche angebrachten Temperaturfühlers erreicht und zum anderen ist es unmöglich, daß eine von dem Heizelement ausgehende Strahlung auf die Temperaturfühler auftrifft, wie es bei der Anordnung nach der eingangs genannten FR-PS der Fall ist, da bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Temperaturfühler in der gekrümmten Oberfläche des isolierenden Sektors angeordnet sind. Weiterhin kann bei dieser Anordnung auch keine Reibungswärme zwischen dem Drehkörper und dem die Temperaturfühler tragenden Element entstehen. Die Genauigkeit der Temperatur-
feststellung wird weiterhin durch das angegebene Emissionsgesamtverhältnis begünstigt
Die Innenfläche des Drehkörpers kann von Natur aus schwarz oder mit einem Überzug versehen sein, der ihr
ein Emissionsverhältnis in der Nähe desjenigen des schwarzen Körpers bei der beabsichtigten Anwendungstemperatur
verleiht Ein solcher Überzug kann z.B. aus handelsüblichen matt-schwarzen Anstrichen
bestehen oder aus Nickel-, Silber- oder Goldschwarz, die man durch Verdampfung des entsprechenden
Elements unter starkem Vakuum erhält
Die Außenfläche der Heizeinrichtung besitzt gegenüber der Innenfläche des Drehkörpers ein Emissionsgesamtverhältnis
in der Nähe desjenigen des schwarzen Körpers, das man erhält, indem der Oberfläche ein
gestreiftes Aussehen gegeben wird.
Der Temperaturmesser oder -fühler umfaßt wenigstens ein auf Änderungen der Temperatur, und
insbesondere auf Temperaturveränderungen bei Übertragung durch Strahlung ansprechendes Element. Diese
Fühler sind fest mit dem festen Element verbunden und thermisch vom Heizteil dieses Elements durch eine
isolierende Substanz isoliert.
Vorteilhaft sind Einrichtungen vorgesehen, um die Heizeinrichtung für die Antriebswelle von dem
Drehkörper zu isolieren. Hierzu kommen Diatomeenerdeagglomerate vorzugsweise zum Einsatz.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen erläutert werden, in
denen
F i g. 1 im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Heizröhre,
F i g. 2 ein Schnitt längs der Linie a-a der Vorrichtung nach F i g. 1 und
F i g. 3 ein Schnitt längs der Linie b-b der Vorrichtung 35·
nach F i g. 1 ist.
Nach F i g. 1 setzt sich die Vorrichtung aus einer hohlen Glocke oder Hülse aus Stahl zusammen, die
außen glänzend verchromt und auf einer Antriebswelle 2 angebracht ist Die Glocke weist außen die Form eines
Drehkörpers 1 auf, dessen Achse mit der Drehachse der Antriebswelle zusammenfällt. Der Außendurchmesser
des Drehkörpers beträgt 162 mm, ihre Länge 310 mm. Die Dicke des Drehkörpers im Arbeitsbereich beträgt
4 mm.
Die Gestalt der Außenfläche des Drehkörpers variiert entsprechend dem Verwendungszweck, für den
der Drehkörper bestimmt ist. Neben der angegebenen rotationssymmetrischen Gestalt sind auch entsprechend
kompliziertere Formen möglich. Um Wärmeverluste zu vermeiden, ist die Außenfläche des Drehkörpers
vorteilhafterweise poliert. Die Wärmeenergie des Drehkörpers läßt sich vorzugsweise dadurch vermindern,
daß er eine möglichst große Dicke aufweist.
Die Heizeinrichtungen 3 und 4, die in Bronzeabguß geformt sind, sind am Ständer 5 der Maschine befestigt
Die Heizeinrichtung in Form von elektrischen Widerständen wird vorteilhaft in ein Metallbad, wie z. B. ein
Bronze- oder Messingbad, eingetaucht, um eine möglichst große Emissionsfläche zu erhalten. Die
•Heizeinrichtung kann auch in Form einer Leitung ausgebildet sein, die von einem erwärmten Medium
durchströmt ist
Vorteilhafterweise bildet die Außenfläche der Heizeinrichtung den Großteil der Außenfläche des festen
Elements, die der Innenfläche des Drehkörpers gegenüberliegt Das zwischen dem Außendurchmesser
der Heizeinrichtung in Form von Widerständen und dem Innendurchmesser des Drehkörpers vorhandene
Radialspiel liegt bei 1,5 mm. Die Heizleistung der Heizeinrichtung 3 liegt bei 1100 W, die der Heizeinrichtung
4 bei 650 W. Das feste Heizelement weist im Schnitt Ringform auf (Fig.2 und 3). Die Heizzone
erstreckt sich über einen Sektor von 240°, wobei der Kreisringsektor aus einem Wärmeisoliermittel eines
Diatomeenerdeagglomerats besteht
Als Isolation können neben Diatomeenerdeagglomerate auch Asbest oder feuerfester Zement vorgesehen
sein.
Die Antriebswelle 2 ist thermisch gegen die Heizeinrichtung 3 und 4 durch eine Isolierung 7 und ein
Stahlrohr 8 isoliert.
Die Emissionsfläche der Heizeinrichtungen weist gegenüber der Innenfläche des Drehkörpers Streifen
oder Rillen auf, was dieser Oberfläche ein Emissionsgesamtverhältnis in der Nähe desjenigen des schwarzen
Körpers verleiht.
Die Innenfläche des Drehkörpers ist mit einem matt-schwarzen, im Handel erhältlichen Anstrich
versehen, was dieser Oberfläche ein Emissionsgesamtverhältnis von 0,95, vorzugsweise 0,90, verleiht.
Zwei Temperaturfühler 9 und 10 an der Oberfläche des Kreisringsektors 6 aus Diatomeenerde, einer im
Schnitt a-a, der andere im Schnitt b-b zu sehen, erlauben eine Steuerung der Heizung. Diese Temperaturfühler
sind in der Mitte des nicht beheizten Kreisringsektors 6 angeorndet, so daß sie dem Maximum der durch den
Drehkörper t abgegebenen Strahlung ausgesetzt sind. Diese Temperaturfühler sind mit einem Verstärker
verbunden, der in bekannter Weise die Regelung der Heizeinrichtungen 3 und 4 sicherstellt.
Die Temperaturfühler liefern hierbei Signale, die zu einer an sich bekannten Regelvorrichtung zum Regeln
der Heizeinrichtung übertragen werden. Diese Regelvorrichtung kann die Heizleistung der Heizeinrichtung
steuern, so daß der Drehkörper eine feste, vorgegebene Temperatur aufweist oder nach Maßgabe eines
entsprechenden Temperaturprogramms sich ändernde Temperaturen aufweist
An den Seiten der Temperaturfühler 9 und 10 sind Thermoelemente 11 und 12 vorgesehen, die mit einem
Temperaturauf zeichner verbunden sind.
Wenn also einerseits das Emissionsgesamtverhältnis der Heizeinrichtung in der Nähe desjenigen des
schwarzen Körpers liegt und andererseits der Drehkörper eine Innenfläche besitzt deren absorbierende
Eigenschaften sehr nahe denen des schwarzen Körpers kommen, und wenn dieser außen poliert ist und so wenig
wie möglich Wärme abgibt, so liegt die Temperatur des Drehkörpers sehr nahe bei der der Heizeinrichtung.
Diese Besonderheiten vermindern die Wärmeverluste und erlauben eine bessere Regelung der Temperatur.
Zum Beispiel kann man mit einer Vorrichtung nach der Erfindung die Außentemperatur des Drehkörpers auf
2200C einstellen, während die im Inneren des Drehkörpers
gemessene Temperatur bei 2400C lag. Mit der
Glocke kann man auch zwei Temperaturzonen erhalten, eine von 1300C in der Höhe der Heizeinrichtung 3, die
andere von 2200C in der Höhe der Heizeinrichtung 4,
wogegen die im Inneren des Drehkörpers gemessenen Temperaturen bei 11 bei 138°C und bei 12 bei 2400C
lagen.
Vergleichsweise benutzte man eine Vorrichtung ähnlich der beschriebenen, bei der jedoch die Innenfläche
des Drehkörpers nicht mit einem Überzug, wie weiter oben beschrieben, versehen war. Um eine
Temperatur von 2200C, wie im vorherigen Fall, an der
Oberfläche des Drehkörpers zu erhalten, mußte die im Inneren des Drehkörpers bei 11 gemessene Temperatur
auf 405° C gebracht werdenl
Nach dem obigen Beispiel erstreckt sich die Zone der Heizeinrichtung über einen Sektor von 240°, das
thermische Isoliermittel über einen solchen von 120°. Selbstverständlich kann der Sektorwinkel, in dem sich
das Wärmeisoliermittel befindet, variieren. In der Praxis erhält mang gute Ergebnisse, wenn dieser Winkel
zwischen 15 und 180° liegt
Bei den im Beispiel erwähnten Temperaturfühlern handelt es sich um im Handel erhältliche. Es ist möglich,
Heißleiter zu verwenden, die in transparenten Vakuumglasrohren untergebracht sind, oder es kann sich um
Infrarotheißleiter handeln.
Die günstigen Eigenschaften der Wärmeübertragung und der Regelung bei dem vorher beschriebenen
Beispiel erlauben eine Regelung der Außentemperatur des Drehkörpers auf ±0,5° C für einen Temperaturbereich
zwischen 80 und 220° C. Selbstverständlich hängt der Temperaturbereich von der durchgeführten thermischen
Behandlung und den Eigenschaften der behandelten Fasern ab.
Bei gewissen Behandlungen ist es erforderlich, in ein- und derselben Vorrichtung mehrere Behandlungszonen
unterschiedlicher Temperatur vorzusehen, wobei jede entsprechende Temperaturzone einem entsprechenden
Umfangsabschnitt des Drehkörpers zugeordnet ist. Das feststehende Element ist hierbei in mehrere Abschnitte
unterteilt, und jeder Abschnitt weist eine Heizeinrichtung und einen Fühler auf, die mit einer Regeleinrichtung
verbunden sind.
Im Rahmen der Vorrichtung wird auch eine genaue
und einfache Temperaturabtastung in einer beliebigen Zone des Drehkörpers beschrieben, was also eine
einfache und genaue Regelung der zu erzielenden Temperatur erlaubt.
Man kann auch leicht mehrere Temperaturzonen auf dem Drehkörper durch Nebeneinanderanordnung verschiedener
fester Elemente erhalten.
Darüber hinaus kann die Wärmeübertragung zwisehen Heizeinrichtung und Drehkörper verbessert
werden, was zahlreiche Vorteile mit sich bringt:
Der Wärmewirkungsgrad wird verbessert.
Da die strahlenden Flächen der Heizeinrichtung und des Drehkörpers sehr hohe Emissionsverhältnisse besitzen, braucht nicht mehr ein ganz geringes Spiel zwischen den beiden Oberflächen vorgesehen zu sein, was die Herstellung der Vorrichtung erheblich erleich-' tert.
Der Wärmewirkungsgrad wird verbessert.
Da die strahlenden Flächen der Heizeinrichtung und des Drehkörpers sehr hohe Emissionsverhältnisse besitzen, braucht nicht mehr ein ganz geringes Spiel zwischen den beiden Oberflächen vorgesehen zu sein, was die Herstellung der Vorrichtung erheblich erleich-' tert.
Der Temperaturunterschied zwischen Heizeinrichtung und Drehkörper wird im wesentlichen vermindert,
wodurch die Genauigkeit der Regelung der Temperatur begünstigt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung fadenförmiger oder flacher Gebilde, insbesondere von Fäden
oder Geweben, bei bestimmter Temperatur, mit einem hohlen, bezüglich seiner Drehachse rotationssymmetrischen
Drehkörper, mit wenigstens einem im Inneren dieses Drehkörpers angeordneten festen
Element, das eine Heizeinrichtung aufweist, die in dem festen Element, im Schnitt senkrecht zur
Drehachse des Drehkörpers gesehen, lediglich in einem Sektor angebracht ist, und mit wenigstens
einem Temperaturfühler, der an der Oberfläche des festen Elements angebracht und thermisch gegen die
Heizeinrichtung isoliert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche dieses die Heizeinrichtung (3, 4) enthaltenden Sektors und die
Innenfläche des Drehkörpers (1) ein Emissionsgesamtverhältnis nahe dem des schwarzen Körpers
aufweisen, daß das feste Element, im Schnitt senkrecht zur Drehachse des Drehkörpers gesehen,
als Kreisringsektor ausgebildet ist, der durch einen weiteren Kreisringsektor (6) aus einem thermisch
isolierenden Material ergänzt wird, und daß dieser weitere Kreisringsektor (6) an seiner Oberfläche den
Temperaturfühler (9, 10) derart enthält, daß dieser die von der Innenfläche des Drehkörpers (1)
ausgehende Wärmestrahlung aufnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Drehkörpers (1)
mit einem matten schwarzen Anstrich versehen ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des
Drehkörpers (1) durch ein Metall schwarz gefärbt ist, wie z. B. Nickel-, Silber- oder Goldschwarz, das
durch Verdampfung des Metalls unter Vakuum erhalten wurde.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus
einem in Metallabguß geformten elektrischen Widerstand besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der
Heizeinrichtung (3,4) gestreift ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Isolierungen (7) aus einem
Diatomeenerdeagglomerat zur Wärmeisolierung der Antriebswelle (2) vom Drehkörper (1) und den
Heizelementen (3,4).
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