DE2738451C3

DE2738451C3 - Heating rail for the thermal treatment of man-made fibers

Info

Publication number: DE2738451C3
Application number: DE19772738451
Authority: DE
Inventors: Wolf Dietrich Dipl.-Ing. 7031 Ehningen Muenzel; Werner Dipl.- Masch.-Ing. Weber; Andre Dipl.- Masch.-Ing. Eth Zumstein
Original assignee: Viscosuisse SA
Current assignee: Viscosuisse SA
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1980-03-13
Also published as: CH632301A5; DE2738451B2; DE2738451A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizschiene zur thermischen Behandlung von Chemiefasern mit einer in Längsrichtung konvex gebogenen Faser-Lauffläche, bestehend aus einem dickwandigen Hohlprofil aus einem gut wärmeleitenden Metall, dessen sich längserstreckender, an den Enden verschlossener Hohlraum mit einem zweiphasigen flüssig-dampfförmigen Wärmeträger gefüllt ist, und mit einer Heizeinrichtung, wobei die Faserlauffläche mit einem abriebfesten Metallüberzug versehen istThe invention relates to a heating rail for the thermal treatment of man-made fibers with an in Longitudinal convexly curved fiber tread, consisting of a thick-walled hollow profile a metal with good thermal conductivity, the longitudinally extending cavity of which is closed at the ends is filled with a two-phase liquid-vapor heat transfer medium, and with a heating device, wherein the fiber tread is provided with an abrasion-resistant metal coating

Heizschienen dieser Art werden bei der Herstellung und Bearbeitung von Chemiefasern zum Strecken, Texturieren und Relaxieren der Fasern verwendet
Es sind bereits mit einem Flüssigkeits-Dampfsystcm beheizte Heizschienen bekannt (DE-GM 7417 789), deren Hohlprofil aus Aluminium besteht und die gegebenenfalls ein die Faserlauffläche bildendes, austauschbares Einsatzprofil aus Aluminium oder Federstahl mit verchromter oder polierter Oberfläche aufweist Die Verwendung von Wasser als Wärmeträger ist bei dem genannten Wandmaterial nicht möglich, da sich im Laufe des Betriebs allmählich Wasserstoff als Zersetzungsprodukt bilden würde, der als Gaspolster eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Heizschienenlänge verhindert Als Wärmeträger kommt dort allenfalls ein organisches Ol in Betracht, das in dem relevanten Temperaturbereich einen für die Wärmeübertragung ausreichenden Dampfdruck aufweist Mit dem üblicherweise verwendeten Diphyl als Wärmeträgeröl kann die Temperatur nur in dem relativ engen Bereich von etwa 190 bis 260" C eingestellt werden. Es besteht ferner die Gefahr, daß sich das organische Wärmeträgeröl bei der ständigen Verdampfung und Kondensation allmählich chemisch zersetzt, wobei sich sowohl gasförmige als auch feste Zersetzungsprodukte bilden können. Die gasförmigen Zersetzungsprodukte ergeben ein Gaspolster, das besonders bei niedrigen Arbeitstemperaturen die Ausbildung eines konstanten Temperaturverlaufs über die Heizschienenlänge verhindert, während sich die festen Zersetzungsprodukte an der Hohlraumwand niederschlagen und daher den Wärmeübergang nach außen allmählich verschlechtern.Heating bars of this type are used in the manufacture and processing of man-made fibers for stretching, texturing and relaxing the fibers
There are already known heating rails heated with a liquid vapor system (DE-GM 7417 789), the hollow profile of which is made of aluminum and which optionally has a replaceable insert profile made of aluminum or spring steel with a chrome-plated or polished surface that forms the fiber tread. The use of water as a heat carrier is not possible with the wall material mentioned, since hydrogen would gradually form as a decomposition product in the course of operation, which as a gas cushion prevents an even temperature distribution over the length of the heating rail Has sufficient vapor pressure for heat transfer. With the Diphyl normally used as heat transfer oil, the temperature can only be set in the relatively narrow range of about 190 to 260 "C. There is also the risk that the organic heat transfer oil will become permanently Evaporation and condensation gradually decompose chemically, whereby both gaseous and solid decomposition products can be formed. The gaseous decomposition products create a gas cushion that prevents the formation of a constant temperature profile over the length of the heating rail, especially at low working temperatures, while the solid decomposition products are deposited on the cavity wall and therefore gradually impair the heat transfer to the outside.

Bei einer anderen vorbekannten Heizschiene (CH-PS 5 79 649) ist daher schon vorgeschlagen worden, zusätzliche konstruktive Vorkehrungen zu treffen, mit denen die Zersetzungsprodukte von Zeit zu Zeit entfernt werden können.In another previously known heating rail (CH-PS 5 79 649) it has therefore already been proposed Take additional constructive precautions to prevent the decomposition products from being removed from time to time can be removed.

Wegen des relativ hohen Diffusionskoeffizienten von Aluminium oder Stahl können aus diesem Material bestehende Holprofile nicht unmittelbar etwa durch Hartverchromen metallisiert werden, da der hierbei entstehende Wasserstoff in den Hohlraum eindringen und sich dort zu einem unerwünschten Gaspolster ansammeln würde. Andererseits ist die Herstellung einer zweiteiligen Heizschiene mit austauschbarem Einsatzprofil verhältnismäßig umständlich und daher teuer.Because of the relatively high diffusion coefficient of aluminum or steel, this material existing Holprofile are not directly metallized by hard chrome plating, because this resulting hydrogen penetrate into the cavity and become an undesirable gas cushion there would accumulate. On the other hand, the production of a two-part heating rail with interchangeable Use profile relatively cumbersome and therefore expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizschiene der genannten Art zu schaffen, die relativ einfach aufgebaut und billig herstellbar ist, die in einem weiten Temperaturbereich und über lange Zeiträume wartungsfrei betrieben werden kann und deren Faserlauffläche ohne Beeinträchtigung der Betriebseigenschaften leicht nachbesserbar und erneuerbar ist.The invention is based on the object of providing a heating rail of the type mentioned, which is relatively is simple in construction and inexpensive to manufacture, over a wide temperature range and over long periods of time can be operated maintenance-free and its fiber running surface without impairing the operating properties is easily reworkable and renewable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hohlprofil aus Kupfer oder einer Legierung mit hohem Kupferanteil besteht, daß als flüssig-dampfförmiger Wärmeträger Wasser vorgesehen ist und daß der abriebfeste Metallüberzug unmittelbar auf dem Hohlprofil angebracht ist.This object is achieved in that the hollow profile made of copper or an alloy with high copper content is that water is provided as the liquid-vapor heat transfer medium and that the abrasion-resistant metal coating is attached directly to the hollow profile.

Bei Langzeitversuchen hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Materialkombination, Kupfer oderIn long-term tests it has been shown that with the combination of materials according to the invention, copper or

•>^r> I .egierungen mit hohem Kupferanteil als Wandmaterial und Wasser als Wärmeträger, auch nach einer sehr langen Betriebsdauer keine unerwünschten Zersetzungsprodukte, wie Wasserstoff, entstehen, die die•>^r> I .alloys with a high copper content as the wall material and water as the heat transfer medium, even after a very long period of operation, no undesirable decomposition products, such as hydrogen, are formed which the

Betriebseigenschaften verschlechtern könnten. Weiter ist eine unmittelbare Oberflächenmetallisierung, beispielsweise durch Hartverchromen, an der betriebsfertig verschlossenen Heizschiene möglich, ohne daß dabei Gase, wie Wasserstoff, in das Hohlrauminnere gelangen. Dadurch kann der Metallüberzug ohne weiteres mehrmals nachgebessert oder erneuert werden. So konnte beispielsweise nach einer zehnmaligen Nachverchromung noch keine Verschlechterung in den Wärmeübertrugungseigenschaften festgestellt werden. Je nach Heizleistung können an der erfindungsgemäßen Heizschiene Arbeitstemperaturen in dem weiten Bereich zwischen etwa 30 und 300° C eingestellt werden.Could degrade operating characteristics. Next is a direct surface metallization, for example by hard chrome plating, on the ready-to-use sealed heating rail possible without doing so Gases, such as hydrogen, get into the interior of the cavity. This allows the metal coating to be easily be improved or renewed several times. For example, after ten subsequent chrome plating still no deterioration in heat transfer properties to be established. Depending on the heating power, the inventive Heating rail working temperatures in the wide range between about 30 and 300 ° C can be set.

Die dickwandigen Hohlprofilschienen können relativ einfach dadurch hergestellt werden, daß sie von einem stranggepreßten Rohling abgelängt werden und daß ihr Hohlraum an den Stirnseiten beispielsweise mittels auf- oder eingeschweißter Stopfen aus Kupfer verschlossen wird. Es ist dabei ohne zusätzlichen Aufwand möglich, in den Rohling bei dessen Herstellung auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen längsverlaufende rillenartige Vertiefungen einzuformen, die auf der Faserlauffläche als Fadenführung dienen. Zur Herstellung der in Längsrichtung gekrümmten Faserlauffläche wird gemäß der Erfindung die gesamte Hohlprofilschiene in Längsrichtung nach der einen Seite gebogen. Die rillenartigen Vertiefungen auf den einander gegenüberliegenden Seitenflächen sind zweckmäßig unterschiedlich ausgebildet, so daß an derselben Hohlprofilschiene je nach Biegerichtung unterschiedlich ausgebildete jo Faserlaufflächen zur Verfügung stehen.The thick-walled hollow profile rails can be made relatively easily that they are from a extruded blank are cut to length and that their cavity at the end faces, for example by means of or welded stopper made of copper is closed. It is possible to use the the blank during its manufacture on two opposite side surfaces longitudinally extending groove-like To form depressions that serve as a thread guide on the fiber running surface. For the production the fiber running surface curved in the longitudinal direction is, according to the invention, the entire hollow profile rail bent lengthways to one side. The groove-like depressions on the opposite Side surfaces are expediently designed differently, so that on the same hollow profile rail Depending on the direction of bending, differently designed fiber treads are available.

Der abriebfeste Metallüberzug kann auf die Profilschienenoberfläche aufgedampft oder galvanisch aufgetragen werden. Wie oben bereits erwähnt, wird die Faserlauffläche vorzugsweise hartverchromt.The abrasion-resistant metal cover can be placed on the surface of the profile rail vapor-deposited or electroplated. As mentioned above, the Fiber tread preferably hard chrome-plated.

Die erfindungsgemäße Heizschiene wird üblicherweise senkrecht an der betreffenden Fadenbearbeitungsmaschine angeordnet, so daß der flüssige Anteil des in dem Hohlraum befindlichen Wassers in dem Bereich neben der Heizvorrichtung angeordnet ist. Beim Aufheizen über die Aufheizvorrichtung verdampft Wasser in den darüber befindlichen Hohlraum und kondensiert unter Abgabe der Kondensationswärme bevorzugt an den kältesten Stellen der Hohlraumwand. Dadurch ergibt sich im stationären Betriebszustand auch bei laufendem Faden ein über die gesamte Heizschienenlänge konstanter Temperaturverlauf. Das Kondensat gelangt über die Hohlraum A'and unter Einfluß der Schwerkraft wieder nach unten in den Flüssigkeitsbereich, von wo aus es erneut verdampfen kann.The heating rail according to the invention is usually perpendicular to the thread processing machine in question arranged so that the liquid portion of the water located in the cavity in the area is arranged next to the heating device. Vaporizes when heated via the heating device Water enters the cavity above and condenses, releasing the heat of condensation preferably at the coldest parts of the cavity wall. This results in the steady-state operating state A constant temperature profile over the entire length of the heating bar even when the thread is running. That Condensate passes through the cavity A'and under the influence of gravity back down into the Area of liquid from which it can re-evaporate.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenseite der Hohlraumwand eine sich zumindest über einen Teil der Hohlraumlänge erstrekkende Kapillarttruktur vorgesehen. Dadurch erhält man vor allem ein·.' gleichmäßigere Flüssigkeitsverteilung über die gesamte Hohlraumwand und damit gleichmäßigere Wärmeübergangsverhältnisse und eine bessere Temperaturkohstanz entlang der Faserlauffläche. Gleichzeitig ti'ägt die Kapillarstruktur besonders bei bo hohen Heizleistungen zi. einer Verbesserung des Flüssigkeitstra»isports vom Kondensationsbereich in den Flüssigkeilsbereich bei. Die Kapillarstruktur kann einmal durch im wesentlichen längsverlaufende Kapillarrillen gebildet werden, die bereits bei der Herstellung des Rohlings der Hohlprofilschiene im Strangpreßverfahren eingeformt werden können. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Längsrillen oder Gewinderillen bzw. Umfangsrillen nachträglich in die Hohlraumbegrenzungswand einzuformen. Die Kapillarstruktur kann auch durch eine Aufrauhung oder eine Prägestruktur in der Hohlraumbegrenzungswana gebildet sein. Schließlich ist es möglich, als Kapillarstruktur ein von der Hohlraumbegrenzungswand getrenntes, gegen deren Innenseite anliegendes Drahtgewebe oder einen Metallfilz zu verwenden.According to a preferred embodiment of the invention, a is on the inside of the cavity wall Capillary structure extending at least over part of the cavity length is provided. This gives you especially a ·. ' more even distribution of liquid over the entire cavity wall and thus more even Heat transfer ratios and a better temperature coherence along the fiber tread. At the same time, the capillary structure, especially in bo high heat output zi. an improvement of the liquid flow from the condensation area in the liquid wedge area. The capillary structure can be formed by essentially longitudinally extending capillary grooves are formed already during the production of the blank of the hollow profile rail in the extrusion process can be molded. In principle, it is also possible to use the longitudinal grooves or thread grooves or To subsequently form circumferential grooves in the cavity delimitation wall. The capillary structure can also be formed by a roughening or an embossed structure in the cavity delimitation wana. In the end it is possible to use a capillary structure that is separate from the cavity delimitation wall, against its Use wire mesh or metal felt attached to the inside.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zeigtIn the drawing is a preferred embodiment of the invention shown in a schematic manner. It shows

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Heizschiene mit Isoliermantel in teilweise geschnittener Darstellung;F i g. 1 shows a side view of a heating rail with an insulating jacket in a partially sectioned illustration;

Fig.2 eine Draufsicht auf die Heizschiene mit Isoliermantel gemäß Fig. 1;FIG. 2 shows a plan view of the heating rail with an insulating jacket according to FIG. 1;

Fig.3 einen Schnitt längst der Schnittlinie 3-3 der Fig.l;3 shows a section along the section line 3-3 of Fig.l;

Fig.4 die um 180° in einem anderen Isoliermantel eingesetzte Heizschiene in einer Schnittdarstcllung entsprechend F i g. 3.Fig. 4 the 180 ° in a different insulating jacket inserted heating bar in a sectional view corresponding to FIG. 3.

Die Heizschiene besteht aus einer im Strangpreßverfahren hergestellten dickwandigen Hohlprofilschiene 2 aus Kupfer, deren durchgehender Hohlraum 4 am einen Ende durch einen Kupferstopfen 6 und am anderen Ende durch einen in den Hohlraum eingesetzten und an den Quetschstellen 8 sowie an seinem freien Ende verschweißtes Rohrstück 10 aus Kupfer verschlossen ist. In dem Hohlraum 4 befindet sich ein zweiphasiger Wärmeträger aus Wasser und Wasserdampf, der über das Rohrstück 10 vor dem Zuschweißen unter Vakuum eingefüllt wurde. Die Hohlprofilschiene weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und ist in Längsrichtung leicht gebogen, so daß sich auf der einen Seite eine konvex gekrümmte Faserlauffläche 12 ausbildet. Zur besseren Führung des Fadens sind in der Faserlauffläche Führungsrillen 14, 16 vorgesehen. Die betreffenden Rillen sind auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Hohlprofilschiene unterschiedlich ausgebildet, so daß je nach Biegung der Schiene die eine oder andere Rillenausbildung nach außen gekehrt werden kann (vgl. F i g. 3, 4). Zur Verschleißminderung und Herabsetzung der Fadenreibung ist die Faserlauffläche 12 hartverchromt und poliert.The heating rail consists of a thick-walled hollow profile rail 2 produced in an extrusion process made of copper, the continuous cavity 4 at one end through a copper plug 6 and at the other End through an inserted into the cavity and at the pinch points 8 and at its free end welded pipe section 10 made of copper is closed. In the cavity 4 there is a two-phase Heat transfer medium from water and water vapor, which over the pipe section 10 before welding under vacuum was filled. The hollow profile rail has an essentially rectangular cross section and is in Slightly curved in the longitudinal direction, so that on one side there is a convexly curved fiber running surface 12 trains. For better guidance of the thread, guide grooves 14, 16 are provided in the fiber running surface. the relevant grooves are different on two opposite side surfaces of the hollow profile rail formed so that, depending on the bend of the rail, one or the other groove formation according to can be swept on the outside (see Fig. 3, 4). To reduce wear and tear and reduce thread friction the fiber running surface 12 is hard chrome-plated and polished.

Die Hohlprofilschiene 2 ist an ihrer Rückseite mittels Abstandsbolzen 18 und Kopfschrauben 20 an einem Metallgehäuse 22 befestigt, das seinerseits zusammen mit der Hohlprofilschiene mit Hilfe von Gewindestiften 24 oder Laschen 26 an einer Fadenstreckmaschine in senkrechter Ausrichtung entsprechend F i g. 1 und 2 befestigbar ist. Der Zwischenraum zwischen der Hohlprofilschiene 2 und der Innenwand des Metallgehäuses 22 ist mit Isoliermaterial 28 ausgestopft.The hollow profile rail 2 is on its rear side by means of spacer bolts 18 and head screws 20 on one Metal housing 22 attached, which in turn together with the hollow profile rail with the help of threaded pins 24 or tabs 26 on a thread stretching machine in a vertical orientation according to FIG. 1 and 2 is attachable. The space between the hollow profile rail 2 and the inner wall of the metal housing 22 is stuffed with insulating material 28.

Die Beheizung der Heizschiene erfolgt über eine in die Längsbohrung 30 eingesteckte elektrisch beheizte Heizpatrone 32. Durch die Wärmezufuhr wird das in dem Hohlraum neben der Heizpatrone befindliche Wasser teilweise verdampft. Der Wasserdampf kondensiert unter Abgabe der Kondensationswärme bevorzugt an den kältesten Stellen der Hohlraumwand, wodurch sich im stationären Betriebszustand über die gesamte Heizschienenlänge ein konstanter Temperaturverlauf einstellt. Eine Kapillarstruktur an der Innenseite der Hohlraumwand sorgt dafür, daß sich eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung über die Innenfläche und damit ein gleichmäßiger Wärmeübergang ergibt. Das Kondensat gelangt über die Hohlraumwand unter Einfluß der Schwerkraft wieder nach unten in den Flüssigkeits-The heating rail is heated by an electrically heated one inserted into the longitudinal bore 30 Heating cartridge 32. The supply of heat is what is located in the cavity next to the heating cartridge Water partially evaporated. The water vapor condenses preferentially, releasing the heat of condensation at the coldest points of the cavity wall, which in the steady-state operating state over the entire Length of the heating bar sets a constant temperature curve. A capillary structure on the inside of the Cavity wall ensures that there is an even distribution of liquid over the inner surface and thus a uniform heat transfer results. The condensate gets under the influence of the cavity wall gravity back down into the liquid

bereich, von wo aus es erneut verdampfen kann.area from where it can evaporate again.

Zur Temperaturregelung und Temperaturüberwachung sind in zwei am oberen Heizschienenende nebeneinander befindlichen Längsbohrungen 34, 36 ein Thermistor 38 und ein Thermoelement 40 vorgesehen. Die beiden Zylinderschrauben 42,44 verhindern, daß die Heizpatrone 32, der Thermistor 38 und das Thermoelement 40 infolge von Maschinenvibrationen aus ihren Bohrungen herausrutschen können. Um diese Teile andererseits zerstörungsfrei ausbauen zu können, sind in der Nähe des Bodens der Längsbohrungen 30, 34, 36 kleine Querbohrungen 46, 48, 50 vorgesehen, die mitThere are two at the upper end of the heating rail for temperature control and temperature monitoring adjacent longitudinal bores 34, 36, a thermistor 38 and a thermocouple 40 are provided. The two cylinder screws 42, 44 prevent the heating cartridge 32, the thermistor 38 and the thermocouple from being removed 40 can slip out of their bores as a result of machine vibrations. To these parts on the other hand, to be able to expand non-destructively, are in the vicinity of the bottom of the longitudinal bores 30, 34, 36 small cross bores 46, 48, 50 provided with

Preßluft oder einer Preßflüssigkeit beaufschlagt werdei können.Pressurized air or a press liquid are applied can.

Auf der Rückseite der Hohlprofilschiene 2 befinde sich zusätzlich ein Thermostat 52, der im Falle eine Reglerdefekts eine Übertemperatursicherung darstelli Die Bohrungen 54, 56 in der Nähe der Faserlaufflächi sind Stecklöcher für Thermoelemente, die eine Messunj des Temperaturverlaufs während der Anfahrphase um im Betrieb ermöglichen. Die Anschlußleitungen für dii verschiedenen elektrischen Einrichtungen der Heiz schiene werden über die Knickschutztülle 58 aus den Mantelgehäuse herausgeführt.On the back of the hollow profile rail 2 there is also a thermostat 52, which in the case of a A defective controller represents an overtemperature protection device. The holes 54, 56 near the fiber running surface are plug-in holes for thermocouples that enable measurement of the temperature profile during the start-up phase enable in operation. The connection lines for the various electrical devices of the heating rails are led out of the casing via the anti-kink sleeve 58.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

1 claims:

1. Heating bar for the thermal treatment of man-made fibers with a convex in the longitudinal direction curved fiber tread, consisting of a thick-walled hollow profile made of a highly thermally conductive Metal, the longitudinally extending cavity closed at the ends with a two-phase liquid-vapor heat transfer medium is filled, and with a heating device, wherein the The fiber tread is provided with an abrasion-resistant metal coating, characterized in that that the hollow profile (2) consists of copper or an alloy with a high copper content that as Liquid-vaporous heat carrier water is provided and that the wear-resistant metal coating is attached directly to the hollow profile

2. Heating rail according to claim 1, characterized in that directly on the inside of the Cavity wall a capillary structure extending at least over part of the cavity length is provided.

3. Heating rail according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow profile (2) of one extruded blank cut to length and the cavity (4) on the end faces by means of welded Stopper (6,10) made of copper is closed.

4. Heating rail according to claim 3, characterized in that one of the plugs (10) has an in ready for operation has welded filler pipe for the heat transfer fluid.

5. Heating rail according to one of claims 2 to 4, characterized in that the capillary structure is formed by longitudinal grooves, I in-catching grooves or thread grooves formed in the cavity wall.

6. Heating rail according to one of claims 2 to 4, characterized in that the capillary structure is formed by a roughening or embossing structure in the cavity wall.

7. Heating rail according to one of claims 2 to 4, characterized in that the capillary structure consists of a wire mesh or metal felt lying against the inside of the cavity wall.

8. Heating rail according to one of claims 1 to 7, characterized in that the metal coating the fiber running surface (12) is vapor-deposited or galvanically applied or by hard chrome plating is made.

9. Heating rail according to one of claims 1 to 8 with molded in the outer surface longitudinally Groove-like depressions as fiber running surfaces, characterized in that the groove-like Depressions (14, 16) arranged on opposite side surfaces of the heating rail and are designed differently.