DE2639439A1

DE2639439A1 - Verfahren und vorrichtung zur beheizung von faeden

Info

Publication number: DE2639439A1
Application number: DE19762639439
Authority: DE
Inventors: Hubertus G M Adriaens; Cornelis Bos; Jacobus J H G Daamen; Hermanus J E Oesterholt
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1976-09-02
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS5249319A; US4053277A; FR2322947B3; FR2322947A1; BR7605854A; NL7510463A; GB1534431A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen sich mit hoher Geschwindigkeit bewegender, insbesondere synthetischer Fäden, Bänder und dergleichen, bestehend aus einer beheizbaren Rolle mit einem feststehenden Kern und einem drehbaren, durch einen engen, während des Betriebs mit Gas oder Dampf von überatiuosphärischem Druck beaufschlagten, als Gaslagerung wirkenden Spalt vom Kern getrennten, um den feststehenden Kern drehbaren Mantel mit einer Lauffläche für das zu erhitzende Material. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, in welchem die beschriebene Vorrichtung benutzt wird.

Vorrichtungen und Verfahren des oben dargestellten Typs sind bekannt. Obgleich für manche Zwecke die bekannten Vorrichtungen und Verfahren recht gut brauchbar sind, wurde doch gefunden, daß sie bei Verwendung für sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Garne, die in entsprechend kurzer Zeii^aufgeheizt werden müssen, zu sehr unbefriedigenden Ergebnissen führen.

Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des oben angegebenen Typs bereitzustellen, die insbesondere für die gleichmäßige und besonders effektive Aufheizung sich sehr schnell bewegender Fäden, Bänder und dergleichen geeignet ist. Dies wird durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erreicht, die sich dadurch auszeichnet, daß der

709811/0758

ORIGINAL INSPECTED

- 2 - A3KU21678

Mantel aus einem mit dem feststehenden Kern zusammen den der Gaslagerung dienenden engen Spalt bildenden Grundkörper besteht, der nur auf einem Teil seiner axialen Länge als Lauffläche für das Garn ausgebildet und über den verbleibenden Teil seiner axialen Länge mit einer Wärmeisolierung versehen ist. Vorzugsweise umfaßt die axiale Länge der Lauffläche weniger als 70 % der axialen Länge des Lagerspalts, während sich die Wärme-" isolierung über mehr als 30 % der axialen Länge des genannten Spalte erstreckt.

Vorteilhafterweise umfaßt jedoch die axiale Länge der genannten Lauffläche weniger als 35 % und insbesondere etwa 15 % der axialen Länge des Lagerspalts, während sich die Wärmeisolation dementsprechend über mehr als 65 % und vorzugsweise über etwa 85 % der axialen Länge des Lagerspalts erstreckt. Eine für verschiedene Verwendungszwecke besonders vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß die erwähnte Lauffläche auf dem Umfang eines Kragens gebildet ist, der einen größeren Durchmesser als der Grundkörper hat, so daß sie einen radialen Abstand aufweist; die Wärmeisolation ist demgegenüber auf dem Grundkörper selbst angeordnet und schließt unmittelbar an den vorstehenden Kragen an.

Im Hinblick auf die vorstehenden Angaben zu den Längenabmessungen von Lauffläche und Isolierung ist dementsprechend die axiale Länge des Kragens weniger als 35 % und vorzugsweise etwa 15 % der axialen Länge des Luftspalts zwischen Kern und Grundkörper. Die Wärmeisolation kann auf zweierlei Weise ausgebildet sein. Sie kann entweder am drehbaren Grundkörper, oder als ebenfalls feststehend am feststehenden Rahmen der Vorrichtung befestigt sein und über den Grundkörper über den nicht als Lauffläche dienenden Teil seiner axialen Länge hinwegreichen.

70981 1 /07S6

- 3 - A3KÜ21678

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt der Antrieb der in an sich bekannter Weise gasgelagerten beheizten Rolle ausschließlich durch das Garn.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt die Möglichkeit, Fäden mit Geschwindigkeiten von mehr als ca. 2000 m/min einwandfrei aufzuheizen. Dabei hat sich erwiesen, daß die Temperatur der Lauffläche auf einem Wert gehalten werden kann, der erheblich über 200 ⁰C liegt. Bei den bisher bekannt gewordenen Vorrichtungen sind derart hohe Umfangsgeschwindigkeiten mit so großen Wärmeverlusten verbunden, daß die Temperatursteuerung bzw. -regelung der Laufoberfläche mit vertretbarem Aufwand außerordentlich schwierig oder sogar unmöglich war. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, unter Benutzung der vorbeschriebenen Vorrichtung synthetische multifile Garne bei Fadengeschwindigkeiten über 2000 m/min und insbesondere bei Geschwindigkeiten im Bereich von 2500 bis 6000 m/min und Temperaturen im Bereich von 200 ⁰C bis hoch auf 450 ⁰C, einer mit unerwartet hoher Gleichmäßigkeit erfolgenden thermischen Behandlung zu unterziehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft beim Texturieren synthetischer Garne angewendet werden. Dabei wird das Garn mit der Laufoberfläche der beheizten Rolle über einen Bogen von solcher Länge in Kontakt gebracht, daß in den Einzelfilamenten quer zu ihrer gemeinsamen Längsachse ein Temperaturgradient erzeugt wird, der zum Entstehen einer mehr oder weniger latenten Kräuselung des Garns führt.

Vorzugsweise besteht der umlaufende Grundkörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung im wesentlichen aus Kupfer, insbesondere Elektrolyt-Kupfer oder Silber oder aus einem anderen Material «it guten Wärmeleiteigenschaften.

70981 1 /0756

- 4 - A3KU21678

Um im Falle des Zusammenbruchs der Luftlagerung eine Beschädigung der Lagerflächen zu verhindern, können die zusammen den Spalt bildenden Oberflächen so ausgebildet sein, daß sie sog. Notlaufeigenschaften aufweisen. Dies kann auf jede an sich bekannte Weise geschehen. So kann der Rollenkern beispielsweise an seiner äußeren Oberfläche aus nichtrostendem Stahl gefertigt sein, während die die Lagerfläche bildende Oberfläche der Grundkörperbohrung mit einer Auflage aus Bronze oder Alluminiumbronze versehen ist. Die Wärmeisolation kann in einfacher Weise durch Beschichtung des nicht als Lauffläche dienenden Teils der Grundkörperoberfläche mit einem geeigneten Isoliermantel erfolgen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann vorteilhafterweise bei verschiedenen Fadenbehnndlungsverfahren wie beispielsweise Spinn-, Streck- und/oder Texturierverfahren angewandt werden. Diese zuletzt erwähnten drei Verfahren können getrennt oder zu einem Arbeitsahlauf zusammengefaßt werden.

Die nachfolgende Tabelle faßt die Ergebnisse einiger erfindungsgemäß erarbeiteter Beispiele zusammen. In allen Fällen wurde ein Spinn- Streck-Texturierverfahren durchgeführt, wobei ein multifiler Polyesterfaden mit 30 Einzelfilamenten ersponnen und behandelt wurde. In einem Verfahrensablauf wurde das Garn nacheinander aus der Schmelze ersponnen, verstreckt, über die erfindungsgemäße beheizte Rolle und anschließend über eine kalte Kühlrolle geleitet und schließlich über eine Leitrolle zu einer Aufwickelvorrichtung geführt und dort aufgewickelt. Beim Leiten des Garns über die beheizte Rolle wurden Verweilzelt des Garnes auf der erhitzten Rolle und Länge der Kontaktzone variiert. Die Kräuselung wurde durch eine Vorschrumpfbehandlung mit heißer Luft von 190 ⁰C über 3 min und unter einer Belastung von 1 g/tax ausgelöst.

709811/0756

A3KU21678

Aufwickel- Streck- Tempegeschwindigverhältratur Jteit nis des *m/rain Ix Rollen-

kerns oc

O	3800	3,90
CO	3500	4,00
CO	3000	4,20
—k	3000	4,15
O	3000	4,15
-α	3000	4,15

Rollenober fläche

Verweilzeit in msec

Fadentiter dtex

Festigkeit Dehnung cN/tex %

Anzahl der Krauselbögen/cra

410^v 400^c 40 5^C 385^C 40 5^C 285^C

O	0,90	135	44,7	22,2	23,3
O	0,90	133	42,2	22,7	23,4
O	0,90	IdI	39,1	22,5	23,0
O	1,14	139	40,2	22,6	22,1
O	1,14	136	38,3	23,7	23,4
O	1,30	135	43,2	24,8	20,4

OO OD -C-OO OO

- 6 - A3KU21678

Wie die Tabelle zeigt, wurden Garne von guter Qualität erhalten, die etwa 20 bis 30 Kräuselbögen je cm aufwiesen. Diese Kräuselung entspricht etwa derjenigen auf dem Markt erhältlicher Strecktexturierter sog. Polyester-Set-Garne, wie sie beispielsweise unter dem Markennahmen DIOLEN-Loft verkauft werden. Das erwähnte Vorschrumpfen erfolgte durch Führen des Garnes durch einen Heißluftkasten, wobei eine gewisse überlieferungsrate eingehalten wurde. Die Zahl der Kräuselbögen je cm wurde wie folgt bestimmt:

Den zu prüfenden Garnen wurden 10 Einzelfilamente entnommen, die bei einer Belastung von 1 g/tex in 3 cm lange Stücke geschnitten wurden. Die erhaltenen Fadenstücke wurden in Diarähmchen eingelegt und auf einen Bildschirm projiziert. Alle deutlich erkennbaren Richtungswechsel wurden als Bögen gezählt; die in die Tabelle eingetragenen Werte stellen Mittelwerte dar.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Rolle gemäß der Erfindung im Längsschnitt Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-III der Figur 1

Fig. 3 einen Längsschnitt einer etwa modifizierten Ausführungsform

Der Kern der Rolle wird durch einen zentralen Teil 1 gebildet, der mit Hilfe des Zapfens 4 am nicht dargestellten Gestell einer Fadenbehandlungsmaschine befestigt ist. Der Zapfen 4 ist mit Bohrungen 2, 3, beispielsweise einer zentralen Sackbohrung in Richtung der Längsachse, versehen, so daß Preßluft durch enge Kanäle 5 und 6 in den Luftspalt zwischen Kern 1 und Grundkörper geleitet werden kann, wodurch die Luftlagerung gebildet wird.

70981 1 /07SS

- 7 - A3KU21678

In entsprechenden Bohrungen im Zentralteil 1 sind elektrische Heizelemente 15 angeordnet.

Grundkörper 10 und Kragen 11 formen zusammen den Mantel der Rolle. Auf dem Kragen 11 ist ein Ring 12 angeordnet, der die Laufoberfläche für das Garn bildet. Der Luftspalt 7 erstreckt sich praktisch über die gesamte axiale Länge 13 des Grundkörpers 10 des Mantels. Die axiale Länge 14 des Kragens 11 ist beträchtlich kleiner als die des Grundkörpers 10. In einer besonderen AusfUhrungsform der Rolle gemäß der Erfindung ist die axiale Länge 14 des Kragens 11 nur etwa 15 % derjenigen des Grundkörpers 10.

Um den Grundkörper 10 sind auf jeder Seite des Kragens 11 wärmeisolierende Hülsen 16 angeordnet, die jeweils im wesentlichen aus einer zylindrischen Muffe 17 bestehen, die ausschließlich durch zwei isolierende Stützringe 18 mit dem Grundkörper 10 verbunden ist.

Wie insbesondere Figur 2 zeigt, sind die die Isolationshülse tragenden Ringe 18 punktförmig mit dem Grundkörper 10, und zwar nur an drei Stellen 19, 20 und 21, verbunden. Das Gleiche gilt für die Befestigung der Ringe 18 an der zylindrischen Muffe 17 j siehe Positionen 22, 23 und 24. Die Befestigunaqpunkte 19, 20 und 21 sind dabei um einen gewissen Winkelbetrag gegenüber den Befestigungspunkten 22, 23 und 24 versetzt. Diese Anordnung in Verbindung mit der Luft in den Kammern 25 ergibt eine zufriedenstellende thermische Isolation, so daß, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, die Temperatur auf einem bedeutend niedrigerem Wert gehalten werden kann als die Temperatur des Grundkörpers 10. Die thermische Isolation zwischen dem Grundkörper 10 und den Muffen 17 kann noch durch Anordnung einer Labyrinthdichtung zwischen der umgebenden Luft und den Luftkammern 25 verbessert werden, so daß dem Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft noch weiter entgegengewirkt wird.

709811/0756

- 8 - A3KU21678

Da der erwärmte zentrale Kern 1 über eine große axiale LSnge vom beheizten Grundkörper 10 umfaßt wird, ist eine gute Wärmeübertragung vom Kern 1 auf den Grundkörper IO durch den engen Luftspalt 7 sichergestellt. Wegen der zufriedenstellenden Isolation des Grundkörpers 10 auf der Außenseite wird ein sehr großer Teil der auf diesen übertragenden Wärme zum mit ihm fest verbundenen Kragen 11 weitergeleitet und dann an das Garn, das über die Lauffläche läuft, weitergegeben.

Figur 3 zeigt eine etwas modifizierte Ausführungsform, die im Prinzip mit derjenigen gemäß Figuren 1 und 2 korrespondiert. Gleiche Teile sind mit gleichen Zahlen gekennzeichnet. Der hauptsächliche Unterschied zwischen Ausführungsform nach Figur und der nach den Figuren 1 und 2 besteht darin, daß der Grundkörper 10 keinen besonderen Kragen für die Lauffläche aufweist. In der Ausführungsform nach Figur 3 ist der Grundkörper 10 vollständig zylindrisch und besteht aus einem zufriedenstellend hitzeleitenden Material. Seine äußere Oberfläche wird durch eine Hülse 26 aus nicht rostendem Stahl gebildet, dessen sich in axialer Richtung erstreckender Teil 14 als Laufoberfläche für das zu erwärmende Garn dient. Auf dem verbleibenden Teil 27 der gesamten axialen Länge 13 des GruM-Jtörpers 10 ist eine wärmeisolierende Buchse 28 aufgeschoben. Der Luftspalt 7 erstreckt sich über die volle axiale Länge 13. Die innere Oberfläche des Grundkörpers 10 ist mit einem dünnen Belag 29 aus Alluminiumbronze belegt.

Der Luftspalt 7 ist in Figur 3 in stark vergrößertem Maßstabs dargestellt, da die wirklichen Abmessungen viel zu klein sind, um bei maßstäblicher Darstellung in Erscheinung zu treten. An jedem Ende sind Grundkörper 10 und Kern 1 mit Hilfe der schematiach dargestellten Isoliermittel 30 und 31 isoliert.

709811/0756

- 9 - A3KU21678

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausführungsforr.en möglich. So ist es möglich, den Kragen ähnlich der Anordnung nach Figur 3 nach einem der Enden des Grundkörpers 10 zu verlegen. In diesem Falle kann dieser vorteilhaft mit an sich bekannten Mitteln zum Messen der Temperatur sie Thermistor, Widerstandsthermometer, usw., versehen sein. Abhängig von dem verfügbaren Platz kann die radiale Entfernung des Kragenumlaufs vom Grundkörper verhältnismäßig klein, d.h. der Durchmesserunterschied verhältnismäßig gering sein.

Zwar kann es ggf. mit Hilfe eines stationären Heizkörpers, wie beispielsweise einer heißen Platte oder eines Stiftes, im Prinzip möglich sein, eine hohe Temperatur von beispielsweise 3OO ⁰C bei Garngeschwindigkeiten über 2000 m/min einzuhalten. Unter den beschriebenen Verfahrensbedingungen jedoch geben stationäre Heizkörper Veranlassung zu Schwierigkeiten, da eine starke Erhöhung der Zahl von Fadenbrüchen, Verschmutzungen, usw., hauptsächlich verursacht durch die hohen Reibungskräfte, auftritt.

- Io -

709811/0756

Claims

Patentansprüche:

1.) Vorrichtung zum Beheizen sich mit hoher Geschwindigkeit bewegender Fäden, insbesondere synthetischer Fäden, Bänder u. dgl., bestehend aus einer beheizbaren Rolle mit einem feststehenden Kern und einem drehbaren, durch einen engen, während des Betriebs mit Gas oder Dampf von überatmosphärischem Druck beaufschlagten Spalt vom Kern getrennten, um den feststehenden Kern drehbaren Mantel mit einer Lauffläche für das zu erhitzende Material, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem mit dem feststehenden Kern (1) zusammen den der Gaslagerung dienenden engen Spalt (7) bildenden Grundkörper (10) besteht, der nur auf einem Teil (14) seiner axialen Länge (13) als Lauffläche (12) für das Garn ausgebildet und über den verbleibenden Teil seiner axialen Länge (13) mit einer Wärmeisolation (16, 17, 18; 28) versehen ist.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (14) des als Lauffläche dienenden Teils (11, 12) des Grundkörpers (10) weniger als 7O % der axialen Länge (13) des Luftspalts (7) zwischen Kern (1) und Grundkörper (10) umfaßt und die thermische Isolierung (16, 17, 18; 28) den verbleibenden Teil abdeckt.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (14) der Lauffläche (12) weniger als 35 % und vorzugsweise etwa 15 % derjenigen des Luft-» spalte (7) beträgt und die thermische Isolierung (16, 17« 18; 28) den verbleibenden Teil abdeckt.

-U-

70981 1 /0756

- 11 - A3KU21678

4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (12) auf einem Kragen (11) gebildet ist, dessen Durchmesser größer ist als der des Grundkörpers (10) und daß die thermische Isolation (16, 17, 18) den nicht von diesem Kragen eingenommenen Teil des Grundkörpers (10) abdeckt.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (14) des Kragens (11) weniger als 35 % und vorzugsweise etwa 15 % der axialen Länge (13) des Luftspalts (7) beträgt.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolation (16, 17, 18; 28) am Grundkörper (10) befestigt ist.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolation (16, 17, 18; 28) feststehend angeordnet ist und den Grundkörper (10) berührungsfrei abdeckt.

8.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Grundkörper (10) und Kragen (11) im wesentlichen aus Kupfer oder Silber oder einem anderen gut wärmeleitenden Material bestehen.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Hülle (16, 17, 18) im wesentlichen aus einer zylindrischen Muffe (17) besteht, die am Grundkörper (10) mit Hilfe eines oder mehrerer die Isolation tragender Ringe (18) so befestigt ist, daß eine luftgefüllte Kammer (25) zwischen der zylindrischen Muffe (17) und dem Grundkörper (10) entsteht.

- 12 -

70981 1 /07B6

- 12 - A3KU21678

10.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die luftgefüllten Kammern (25) an ihren Enden mit Labyrinthdichtungen versehen sind.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den die Isolation (17) tragenden Ringen (18) einerseits und Grundkörper (10) und zylindrischen Muffen (17) andererseits wenige am jeweiligen Umfang verteilte punktförmige Verbindungen (19, 20, 21; 22, 23; 24) bestehen.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Isolation tragenden Ringe (18) mit Aussparungen versehen sind. ^

13.) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte (19, 21) mit dem Grundkörper (10) und diejenigen (22-24) mit der zylindrischen Muffe (17) jeweils gegeneinander versetzt angeordnet sind.

14.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Kern (1) Kanäle (2, 3, 5, 6) zur Zufuhr von Gas oder Dampf, insbesondere Luft, unter überatmosphärischein Druck in den Luftspalt (7) zwischen Grundkörper (10) und Kern (1) aufweist.

15.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Weite des Luftspalts (7) bei Raumtemperatur weniger als 0,100 mm beträgt.

16.) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Weite des Luftspalts (7) bei Betriebstemperatur ca. 0,005 bis 0,040 mm beträgt.

- 13 -

70981 1/0756

- 13 - A3KU21678

17.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (12) , insbesondere denJKragen (11) , an einem Ende des Grundkörpers (10) angeordnet ist.

18.) Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Kragens (11) oder des Grundkörpers (10) mit an eich bekannten Mitteln zum Messen der Temperatur versehen ist.

19.) Verfahren zum Beheizen laufender Fäden, Insbesondere als Teil eines Spinn-, Verstreck- und/oder Texturierverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die beheilte Rolle c arch das Garn angetrieben wird.

20.) Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Garngeschwindigkeit mindestens 3000 m/min und vorzugsweise 2500 bis 6000 m/min beträgt und die Temperatur der Lauffläche im Bereich von 200 bis 450 ⁰C liegt.

21.) Verfahren nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß zum Texturieren eines synthetischen Garnes das Garn mit der Lauffläche der beheizten Rolle über einen Bogen von solcher Länge in Berührung gebracht wird, daß quer zur Längsrichtung der Filamente ein Temperaturgradient in ihnen gebildet wird, der eine im wesentlichen latente Kräuselung" im Garn erzeugt.

709811/0756