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Vorrichtung zum Behandeln von Textilien
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Es sind zahlreiche Ausführungsformen von Geräten und Maschinen bekannt, mit deren
Hilfe Textilien, z. B.
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Fasern, Garne und Gewebe behandelt werden können.
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Unter dem Behandeln von Textilien sei insbesondere das Färben, Imprägnieren,
Trocknen u. dgl. verstanden.
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Um die Behandlung zu verbessern bzw. die Behandlungzeit zu verkürzen,
sind bereits Einrichtungen bekannt geworden, in denen das Behandlungsmedium, z.
B. die Färbe-oder Imprãgnierflotte, der Trockenluftstrom, das Entschlichtungsmittel
oder das zu behandelnde Gut Hör-und Ultraschallwellen ausgesetzt werden. Dabei können
die verschiedenen Wirkungen dieser kontinuierlichen Schwingungen von Bedeutung sein,
z. B. die Absorption im zu färbenden Material, die Resonanzerscheinungen, der Schallstrahlungsdruck
(Kompression und Dilatation), die Kavitation, die thermischen Einwirkungen, die
dispergierenden, kolloidchemischen, chemischen und physikalischchemischen Einflüsse.
Der gewünschte Effekt wird durch Verbesserung der Wechselwirkungen zwischen dem
zu behandelnden Gut und dem Behandlungsmedium erreicht. Es wird z. B. eine Verkürzung
der Färbedauer bei gleichzeitiger
Verbesserung der Durchführung
und Egalität durch kontinuierliche Beeinflussung erzielt, die vor allem auf eine
Intensivierung des Konzentrationsausgleichs zwischen Färbegut und Flotte unter sonneller
Nachlieferung von Farbstoffmolekülen an die Faser, also auf ein baldiges Erreichen
des dynamischen Gleichgewichtszustandes im Färbeprozeß hinwirkt.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen,, die die erwähnten vorteilhaften Wirkungen ermöglicht, dabei aber keine
überhöhten Temperaturen und besonderen Druckgefäße wie bei der Hochtemperaturfärberei
erfordert und im Gegensatz zur Schallbehandlung technisch einfach und betriebssicher
darstellbar ist. Die erforderlichen Einrichtungen sollen weiter nachträglich an
vorhandene Geräte angebracht werden können.
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Während bei den bekannten Einrichtungen kontinuierliche Schwingungen
erzeugt werden ; sind gemäß der Erfindung im Förderweg des Behandlungsmediums Mittel
vorgesehen, die dem Behandlungsmedium ieke4u diskontinuierliche Impulse erteilen,
und zwar entweder durch impulsmäßige Unterbrechungen der strömenden Flotte oder
durch zusätzliche Druckimpulse, die der Flottenströmung überlagert werden.
Eingehende
Versuche haben ergeben, daß durch diese
| zusätzlichen Bewegungsimpulse folgendes erreicht wird : |
| t : D |
a) Infolge der niedrigen Frequenzen durchdringen die Impulse auch dicke Materialschichten
ohne größere Absorptionsverluste, wie sie sich bei Schallwellen mit steigender Frequenz
immer stärker bemerkbar machen. Sie zeichnen sich durch eine besonders gute Durchdringungsfähigkeit
und Tiefenwirkung bei Auflockerung des Färbegutes unter Vermeidung von Kanalbildungen
aus. b) Die Bewegungsenergie der Flotte wird erhöht und Dispersion und Parbstofftransport
im wässrigen Lösungmittel beschleunigt. e) Energieverluste durch Reflexionen und
Interferenzen entfallen bei richtiger Wahl der Impulsdauer und der Impulsbestände.
d) Die Möglichkeiten zur Ausbildung einer quasistationären Grenzschicht zwischen
Faseroberfläche und Flotte, welche die Aufziehw d Wanderungsgeschwflndigkeit herabsetzt,
wird durch die Bewegungsimpulse stark eingeschränkt. Das reversible, dynamische
Gleichewicht, das einen Färbeprozeß beendet, kann daher durch rascheren Konzentrationsausgleich
zwischen den Farbstoffmolekulen in der Flotte und auf der Oberfläche
der
Faser schneller als unter normalen Umständen hergestellt werden. e) Die Impulse
steigern die Diffusion der Farbstoffmoleküle von der Faseroberfläche in die Hohlräume
der Micollen der Faser. Irgendwelche schädigenden Begleiterscheinungen für das Fasermaterial
treten dabei nicht auf.
| f) Die Dynamik der wechselseitigen Durchdringungsvor- |
| C> |
gänge des Systems Flotte-Färbegut wird durch die Bewegungsimpulse so verbessert,
daß einwandfreie Durohfärbung und Egalität und kürzere Behandlungszeiten bei vollen
Farbtönen ohne nachteilige Veränderungen im Verhalten und in den typischen Eigenschaften
der Farbstoffe gewährleistet werden. g) Auch beim Absaugen, Auskochen, Dämpfen,
Entschlichten, Merzerisieren, Trocknen usw. zeigen sich ähnliche Resultate. Durch
die Anwendung von Impuls-Strömungen verringern sich die Behandlungszeiten zum Teil
beträchtlich.
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Die zur Ausübung des Impuls-Strömungsverfahrens dienende Vorrichtung
ist in Abb. 1 als Beispiel für einen Färbeapparat schematisch dargestellt. Die Kreiselpumpe
1 saugt die in das Zusatzgefäß 2 zu füllende Flotte an und drückt sie über das Umsteuerorgan
3 in den Färbeapparat 4.
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Der Färbeapparat hat zwei Verbindungsleitungen zum Umsteuerorgan,
so daß die Flotte entweder in der Strömungsrichtung von außen nach innen oder von
innen nach
| außen im ständigen Kreislauf durch das auf |
einem Materialträger befindliche Färbegut geschickt werden kann. Parallel zu diesem
Hauptkreislauf der Flotte fließt ein kleiner Teilstrom, dessen Menge durch das Überlaufventil
5 geregelt wird, in den Zusatzbehälter zurück ; er sorgt dafür, daß die im Zusatzbehälter
befindliche 2 Platte mit in den Hauptkreislauf einbezogen wird. Zur Erzeugung der
Strömungsimpulse dient'die Vorrichtung 6, deren Wirkung am Schauglas 7 beobachtet
werden kann. Impulsorgan und Schauglas können statt in die Saugleitung auch an der"angekreuzten
Stelle 8 in
| die Druckleitung gelegt werden. |
| CD |
Da die Impulse durch einfache Querschnittsveränderungen der strömenden Flotte erzeugt
werden, läßt sich das Impulsorgan 6 aus verschiedenen Bauelementen herstellen, von
denen einige charakteristische Beispiele aufgeführt werden. Eine einfache glatte
Klappe, die durch einen Motor in ständigex Rotation versetzt wird, ist-strömungstechnisch
und impulsmäßig gesehen-äußerst ungünstig. Sie bringt die erstrebte Wirkungen nur
in geringem Maß und gestattet außerdem nicht, das jeweils optimale Verhältnis zwischen
Impulsdauer und Impulsxxxitt intervall nach Wahl einzustellen.
| Bessere Wirlungen erzielt man ! sit Klappen, die strö- |
| mungskörperformen haben, und mit stromungsgunstig ge- |
| bauten Blenden, die den Lei 'ungsquerschnitt durch Bewe- |
| gungensenkrecht zur Ström'-ü.'isrichtung s ? it', 7' ? il)-g
ab- |
| riegeln.. |
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Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, gemäß welchem in der
Leitung 21 eine rotierende Kugel 22 angeordnet ist. Die Kugel 22 weist in der Durchlaßstellung
| einen strömungsmäßig günstigen Kanal 23 auf, der den |
| vollen Leitun. ßsquerschnitt freigibt. Die Kugel rotiert |
| nicht um ihre Achse 24, sondern wird über ein m. i t der |
Achse verbundenes Hebelgestänge oder unter Zwischenschaltung von zwei Zahnrädern
und einem Gestänge von einem Magneten schlagartig in die Sperr- oder Durchlaßstellung
geschaltet. Nur durch diese ruckartige Betäti-
| gung konjp. t die volle Impulsyliricung zustande. Bei den |
niedrigen Impulsfrequenzen ist das besonders leicht unter guter Annäherung an eine
rechteckige Impulsform zu erreichen. Sperr-und Durchlaßzeiten werden an einem automatischen
Repetier-Zeitschalter von Hand eingestellt und sind beliebig veränderbar.
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Ebenso gut läßt sich ein entsprechender, durch einen Synchronmotor
angetriebener Kontaktschalter benutzen.
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Auch mit einem stark untersetzten Motor kann umgesteuert werden, wenn
die eine Stellung durch Federkraft gehalten
und die andere Stellung
durch ein der Federkraft entgegenarbeitendes Exzenter oder durch eine Nockenscheibe
erzwungen wird. Die Impulsfrequenzen nuasen
| dann durch Drehzahlregelun des Motors eingestellt |
werden, während eine Veränderung des Verhältnisses Impulsdauer zu Impulsintervall
durch Auswechseln des Exzenters oder der Nockenscheibe zu erreichen ist.
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Auf einen laufenden Prozeß wirkt sich die durch das Auswechseln entstehende
Unterbrechung allerdings nachteilig aus.
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Mit den genannten Antriebsarten lassen sich auch Venteile schaltens
deren Drosselverluste möglichst klein sein sollen. Als besonders geeignet sind mehrsitzige
Ringventile zu bezeichnen, weil sie bei kleinen Hüben von 5 bis 10 mm schon den
vollen DurchlaBuerschnitt erreichen.
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Dieselben Vorteile haben auch zweiteilige Schieber, von denen jede
Hälfte mit gitterförmig angeordneten Schlitzen versehen ist, deren Außenseiten ein
strömunggünstiges Profil tragen. Mit ihren glatten Innenflächen liegen die beiden
Schieberhälften voreinander, so daß die bewegliche gegen die feststehende Hälfte
im Takte der gewünschten Impulsfrequenzen leicht ruckartig verschoben werden kann.
Ebenso wie die Achsen bei Stromungskörpern @ müssen Ventilspindeln oder Schiebergestänge
lange Führungsbuchsen mit guter Abdichtung aufweisen.
damit keinesfalls
Luft eindringen kann, die den Prozeß störend beeinflußt.
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Neben mechanisch und elektrisch betätigten Ventilen oder Schiebern
lassen sich die Umsteuerungen auch mit pneumatischen oder hydraulischen Antrieben
unter Anwendung entsprechender Schnellsteuerrelais bewerkstelligen, je nachdem,
welche Energieform gerade am günstigsten zur Hand ist, wobei die eine oder andere
Antriebsart je nach erforderlicher Impulsfrequenz und Größe der Anlage Vorteile
bieten kann. Hervorgehoben sei noch, daß sich magnetisch betätigte Ventile bauen
lassen, die keine Durchführung in den Außenraum 'besitzen, durch die also keine
Luft in das Innere des Systems gelangt.
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Abb 3 zeigt in idealisierter Rechteckform die Impulse, die sich ergeben,
wenn die kontinuierliche Zirkulation der Flotte durch eine der beschriebenen Vorrichtungen
in festgelegten Zeitabständen unterbrochen wird. Die strömende Flottenmengo M fällt
für die Zeit t der Querschnittsschließung bis auf den Wert null ab 31. Sofern ein
Teil der Flotte auch während des Impulses im Gleichstrom weiterströmen soll 32,
darf der Querschnitt durch das Impulsorgan nur bis auf dieses Maß verengt werden.
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33 zeigt Impulse, die der strömenden Flotte als zusätzliche
Druckstöße
überlagert wurden bei 34 sind diese durch einen gesteuerten Kolben oder eine Membran
von
| außen in die Leitung gegeben worden. |
| , eben |
| DasPrinzip der Strömungsunterbrcchung und das der |
| überlagertenDruckstöße kann sur Erhöhung der'ßirung |
| auchkombiniert auf denselben Prozeß angewendet werden. |
Beide Vorrichtungen zur Impulserzeugung werden zu diosem Zweck so eingestellt und
gegenseitig verriegelt, daß die erforderliche Phasenverschiebung zwischen den Impulsfolgen
zwangsläufig beibehalten wird. Es hängt vom angewandten Prozeß ab, welche Impulsart
im Einzelfall am vorteilhaftesten ist.
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Nach den bisherigen Darlegungen ist es erklärlich, daß die Einstellung
des dynamischen Gleichgewichtes auch bei der Hochtemperaturfärbung und Schallfärbung
durch Strömungsimpulse weiter beschleunigt werden kann, weil die Bewegungsenergie
erhöht wird.
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Bei Hochtemperaturfärbeapparaten werden die Impulse entweder nach
einer der vorgenannten Methoden im Zirkulationskreislauf der Pumpe erzeugt oder
im Expansiongefäß, das an die Saugleitung angeschlossen ist und in seinem oberen
Teil ein Luft-Dampf-Gemisch als Polster enthält. Durch Zuführen von Druckluft in
dieses Polster und durch Entlüften können die Impulse mit Hilfe eines
einfachen
Schnellsteuerorgans dem statischen Druck überlagert werden. Bei Färbeapparaten,
bei denen der statische Druck durch einen Kolben mit Belastungsgewichten eingestellt
wird, sind die gewünschten Impulsfrequenzen durch gesteuertes Anheben und Fallenlassen
der Kolbenstange mit den aufliegenden Belastungsgewichten hervorzurufen als Druckstöße,
die um den statischen Druck als Mittelwert pendeln.
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Andererseits ist es auch möglich, durch gesteuerte stöße auf die Kolbenstange
Impulse zu erhalten, deren Druck sich zum statischen Druck addiert. Da der statische
Druck die Färbetemperatur bestimmt, wirken sich diese Impulse zudem noch temperaturmäßig
aus.
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Auch beim Färben mit Hör-und Ultraschallwellen bringen zusätzliche
Impulse Vorteile. Da die Schwinger meistens elektrisch erregt werden, ist die Impulserzeugung
und die Einstellung von Dauer und Intervall mit elektronischen Hilfsmitteln einfach
durchzuführen.
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Strömung-und Druckimpulse können bei der Hochtemperatur-und Schallfärberei
ebenfalls in unterstützendem Sinn kombiniert werden, wenn auf die richtige Phasenverschiebung
zwischen beiden Impulsarten geachtet wird.
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Das Verfahren eignet sich nicht nur, wie bisher beschrieben, für färberische
Prozesse bei Fasern, Garnen, Spulen und Kettbäumen. Es ist auch sinngemäß übertragbar
auf die Behandlung von Stückware in Es Färbemaschinen
(Haspel-und
Rollenkufe, Jigger, Foulard), wie an einem Beispiel für Jigger erläutert werden
soll.
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In Abb. 4 bezeichnen 41 und 42 die Leitwalzen im unteren Teil der
Kufe. Zwischen diesen beiden Walzen liegt parallel zu ihnen ein kleiner nach unten
offener Längstrog 439 über dessen wulstförmig gearbeitete Kanten 44 die gespannte
Ware in voller Breite läuft. Durch die stramm vorliegende Ware und durch die je
nach Warenbreite verschiebbaren Seitenabdeckungen ist der Trog nach unten hin abgeschlossen.
Da die Flotte in der Kufe nicht zirkuliert und ihre Bewegung von der laufenden Ware
durch Mitnahmeerscheinungen herrührt, kann der Färbevorgang leicht dadurch beschleunigt
werden, daß eine Kreiselpumpe 45 Flotte aus der Kufe durch die Leitung 46 ansaugt
und über den Längstrog durch die Ware drückt. Eine weitere Steigerung ist durch
impulsförmige Strömungsunterbrechung möglich. Wird statt der Kreiselpumpe eine Kolbenpumpe
| benutzt, so dient sie gleichzeitig zur Strömung-und |
| Impulserzeugung.Impulsfrequenz, Warengeschwindigkeit |
und Öffnungsbreite des Trogs sind so aufeinander abzustimmen, daß jedes Flächenelement
der Ware gleichmäßig beaufschlagt wird. Diese Maßnahme steigert die Durchdringungsfähigkeit
derart, daß die Flotte sogar durch EEÈE mehrere übereinanderliegende Gewebelagen
geht.
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Abb. 5 zeigt eine andere Ausführungsart. Statt des Längstroges ist
über den beiden unteren Leitwalzen 51 und 52 ein Rohr 53 angeordnet, das im Tangierungsbereich
der Ware Löcher oder Längsschlitze 54 trägt, durch welche die impulsmäßig strömende
Flotte die Ware durchtränkt. Die ausgleichende Wirkung ddr Flotte in der Kufe setzt
sofort ein und wirkt sich auf dem weiteren Weg der Ware bis zur Flottenoberfläehe
aus.
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Noch auf eine andere Möglichkeit sei hingewiesen, den Prozeß durch
Bewegungsimpulse zu beschleunigen, die bei der Apparatefärberei nicht ohne weiteres
anwendbar ist : die Beschleunigung durch impulsförmige Bewegungen der Ware. Sie
wird am einfachsten dadurch her-XBuda vorgerufen, daß die beiden unteren Leitwalzen
als Schlag-oder @ Sternwalzen ausgebildet sind, die der Ware laufend Bewegungsimpulse
senkrecht zu ihrer Laufrichtung erteilen, wodurch die Flotte gleichsam durch die
Ware hindurchgeschaukelt wird. Die richtige Bremsung der Ablaufwalze hat hierbei
besondere Bedeutung, damit eine Dehnung der Ware vermieden wird.
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Andere Behandlungsprozesse auf Jiggern, z. B. Bleichen, Spulen, Laugieren
usw., werden durch Impulse ebenso günstig beeinflußt wie das Färben.
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Das Impulsströmungsverfahren hat sich nicht nur für den färberischen
Prozeß als vorteilhaft erwiesen, sondern auch für das Entwässern und Trocknen des
gefärbten Materials und dessen Appretur.
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Sofern das Entwässern durch kontinuierliches Absaugen des in den Garn-oder
Gewebezwischenräumen befindlichen Haftwassers und des Kapillarwassers aus den Kapillaren
zwischen den einzelnen Fasern geschieht, wird eine Vakuumstation benutzt, deren
Saugleitung über einen Hahn an den Absaugetisch für Materialträger angeschlossen
ist. Das Wasser wird von außen nach innen durch das Material in ein Auffanggefäß
@ gesaugt, aus dem es nachträglich abgelassen wird. Die Anwendung von Impulsen ist
bei diesen Anlagen ohne Umänderungen durch öffnen und Schließen des Hahnes für das
saugende Vakuum möglich. Die Umsteuervorrichtung, welche die Impulsfrequenz, die
Impulsdauer und das Impulsintervall bestimmt, braucht nur mit dem Hahn verbunden
zu werden.
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Bei wlokelkorpern wird an Stelle des Absaugens vielfach Dampf zum
Ausdrücken des Wassers benutzt* Die Impulsunterbrechungen können mit den obenbeschriebenen
Vorrichtungen bewirkt werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, beim Entwässern
durch Zentrifugen dem rotierenden Materialkörper Beschleunigungsimpulse aufzudrücken.
Die Grenze liegt darin, daß die beachtlich
großen Kräfte, die für
einen wirksamen kurzzeitigen Beschleunigungsimpuls aufgebracht werden müssen, die
Anwendung meistens unwirtschaftlich werden lassen.
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Das Quellwasser in den zwischenmicellaren Faserräumen ist molekular
gebunden und läßt sich bis zum normalen Restgehalt an Feuchtigkeit nur durch intensives
Trocknen entfernen. Demnach muß das gefärbte Material, das nach dem Absaugen, Abdrücken
oder Schleudern erst später weiterverarbeitet werden soll, in geeigneten Apparaten
getrocknet werden. Ein Gebläse drückt die angesaugte Luft durch ein Heizregister
in den Materialträger. Der Widerstand, den das feuchte Material dem warmen Luftstrom
entgegensetzt, ist anfänglich sehr groß.
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Erst mit fortschreitender Trocknung kann eine größere Luftmenge das
Trockengut passieren. Um tragbare Trockenzeiten zu erreichen, werden hohe Luftgeschwindigkeiten
gewählt, die überdimensionierte Gebläse und Motoren bedingen, da Luftmenge und Druck
den Kraftbedarf festlegen. Je größer aber die Luftgeschwindigkeit bei laminar rer
Strömung gemacht wird, um so stärker bilden sich die Grenzschichten zwischen Material
ond Luftstrom aus die
| den Wärme-und Feuchtigkeitsübergang behindern. Sie |
| werden durch impulsförmige Unterbrechungen des warmluft- |
| '" |
| stromes wirkungsvoll zerstört. Auch hier helfen die |
aufgeführten Vorrichtungen zur Impulserzeugung bei kleinem Energieaufwand
wertvolle Trockenzeit zu gewinnen, gleichgültig, ob es sich um offene Trockner handelt,
bei denen die Luft durch das zu trocknende Material ins Freie strömt oder ob die
Luft in einem geschlossenen Kreislauf umgeht und die Feuchtigkeit aus der rückgeführten
Luft in einem Kühlregister vor der Ansaugseite des Gebläses
| niedergeschlagen wird. |
| Nach dem Färben von Gewebebahnen wird vor der Weiter- |
| behandlung oft eine Zwischentrocknung im Hotflue |
oder Spannrahmen vorgenommen. Auch hierbei verkürzt sich die Trockenzeit durch impulsmäßige
Strömungsbewegungen der, Warmluft, die dann durch ihr turbulentes Verhalten beim
Aufstoßen auf die Gewebebahn den
| WärmeübergangVergrößern. |
| Bei der Appretur ist eine schnelle und gleichmäßige |
| Durchtränkung der langen Gewebebahnen mit Appretur- |
masse von ausschlaggebender Bedeutung für den Ausfall der Ware. Impulsströmungen
greifen hier ebenfalls verbessernd ein mit ähnlichen Vorrichtungen, wie sie für
das Färben auf dem Jigger angegeben worden sind. Für den sich unmittelbar anschließenden
Trocknungsprozeß im Spannrahmen oder in Trockenhängen gelten die Ausführungen im
vorstehenden Absatz.