DE3407909C2 - Faserbehandlungsofen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Faserbehandlungsofen zum Erhitzen von Fasern mittels heißen Gasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fasern und insbesondere organische Fasern erfordern häufig eine Wärmebehandlung, um bestimmte Eigenschaften zu erhalten. Rayonfasern oder Polyacrylnitrilfasern beispielsweise können in eine leitende (kohlige) Form durch Hochtemperaturbehandlung gebracht werden. Wärme wird ferner beim Trocknen von Beschichtungen oder Farbstoffen auf einer Vielzahl von synthetischen oder natürlichen Fasern verwendet.

Zur Wärmebehandlung von Fasern wurden verschiedene Öfen entwickelt. Aus der FR 21 77 249 ist eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Fasern mittels heißen Gasen in einem Gehäuse bekannt, bei der die Heißgasströme parallel zu und zwischen den Faserdurchlaufstrecken eingespeist werden und endseitig der Faserdurchlaufstrecke ausströmen bzw. teilweise abgeleitet und über einen Strömungskanal und nach erneuter Aufheizung am Beginn der Faserdurchlaufstrecke wieder eingespeist werden. Die Heißgasströme zur Wärmebehandlung laufen über die gesamte Faserdurchlaufstrecke parallel der Fasern, wobei eingangsseitig Frischluft miteingezogen wird. Die Temperatur innerhalb eines derartigen Ofens variiert folglich beträchtlich, da die Temperatur im allgemeinen nahe der Fasereintritts- und Austrittsöffnung niedriger ist. Die verschiedenen Temperaturgradienten entlang der Faserdurchlaufstrecke führen zu einer ungleichmäßigen Wärmebehandlung verschiedener Faserabschnitte, wodurch Spannungen aufgebaut werden, die zum Reißen der Fasern führen. Darüberhinaus muß ausgangsseitig der Faserdurchlaufstrecke ein gewisser Anteil der Heißgasströme austreten, um den Eintritt von Frischluft zu vermeiden, was eine hohe Energievernichtung bedeutet.

Aus der DE 26 14 258 C3 ist ein Warmluftdurchlaufofen zur Wärmebehandlung von Kunststoffbändern, -fäden und -seilen bekannt, bei dem das zu behandelnde Gut einen Arbeitskanal durchläuft, der von einem als Beruhigungs- und Temperaturausgleichsstrecke ausgebildeten Zufuhrkanal umgeben ist. In der Beruhigungs- und Temperaturausgleichsstrecke strömt die Warmluft außen an der Wandung des Arbeitskanals entgegen der Richtung des durchlaufenden Guts und der Luftströmung im Arbeitskanal entlang. Auch innerhalb eines derartigen Ofens variiert die Temperatur und ist insbesondere nahe der Fasereintritts- und -austrittsöffnung verschieden von der Temperatur im übrigen Bereich der Faserdurchlaufstrecke. Die mit einer ungleichmäßigen Wärmebehandlung verbundenen Nachteile treten folglich auf.

Aus der DE-PS 4 79 764 ist eine Lufttrocken-Schlichtmaschine bekannt, die einen Trockenraum umfaßt, in den vorgewärmte Luft einseitig durch einzelne Ausblaskanäle zwischen einzelnen Kettgarnbahnen und in deren Richtung einmündet und auf der Gegenseite wieder abzieht. Eine gleichmäßige Temperatur im Arbeitskanal des Warmluftdurchlaufofens wird auf diese Weise nicht sichergestellt. Die Bahnen werden zudem mehrere Male durch das Ofeninnere geführt. Demgemäß durchläuft das zu behandelnde Gut einen gegebenen Weg durch den Ofen, wobei darauf geachtet werden muß, daß ein Reißen aufgrund übermäßiger Spannung vermieden wird, wenn das Gut an einem Ende abgewickelt und am anderen Ende aufgewickelt wird. Unterschiedliche Temperaturen innerhalb eines derartigen Ofens bewirken, daß das zu behandelnde Gut häufig innerhalb des Ofengehäuses reißt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Faserbehandlungsofen zu schaffen, der eine im wesentlichen gleichmäßige Wärmebehandlungstemperatur entlang der Faserdurchlaufstrecke besitzt.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Unter "Fasern" werden hier langgestreckte faden-, garn- oder drahtartige Materialien, wie sie etwa aus Rayon, Polyacrylnitril, Baumwolle oder dergleichen hergestellt werden können, verstanden.

Durch eine Anordnung der Heißgaszuführeinrichtungen im mittleren Bereich der Länge der Faserdurchlaufstrecken können Heißgasströme in entgegengesetzten Richtungen entlang und zwischen den Faserdurchlaufstrecken abgegeben werden, so daß gezielt temperierte Heißgasströme eingespeist werden. Des weiteren sind eingangs- und ausgangsseitig des Gehäuses Heißgasabführeinrichtungen vorgesehen, die den Eintritt von Frischluft an den Fasereintritts- und Faseraustrittsöffnungen verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zur Heißgasabführung separate Heißgasabführeinrichtungen innerhalb des Gehäuses und benachbart zu dessen Enden zum Aufnehmen von heißen Gasen sowie äußere Heißgasausströmkammern außerhalb des Gehäuses, jedoch in Verbindung mit dem Inneren des Gehäuses zur Aufnahme von heißen Gasen hieraus, vorgesehen, wobei das Gehäuse unter einem ausreichenden Druck gehalten wird, um das Einziehen äußerer, nicht erwärmter Gase in die inneren Kammern zu verhindern, wobei über die Länge der Faserdurchführungsstrecken im Inneren des Gehäuses eine im wesentlichen konstante Heißgastemperatur geliefert wird. Aufgrund des Richtens der heißen Gase parallel zu den Faserdurchführungsstrecken wird die normale Durchführung der Fasern auf einer allgemein geraden Linie durch das Ofeninnere nicht wesentlich gestört.

Die Heißgaszuführeinrichtungen umfassen vorzugsweise ferner Mittel zum Richten von Strömen oder Vorhängen aus Heißgas innerhalb, jedoch benachbart der Innenwandungen des Gehäuse zur Verbesserung der Temperaturgleichmäßigkeit innerhalb des Gehäuses, wobei die Heißgasvorhänge ein Rohr oder einen Tunnel der Bewegung heißer Gase um die Fasern bilden, wenn letztere sich längs der Faserdurchführungsstrecken bewegen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Draufsicht eines Faserbehandlungsofens.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 1.

Fig. 5 zeigt ausschnittweise einen Teil des Ofens von Fig. 1-4.

Fig. 6 zeigt weitgehend schematisch einen Teil des Ofens von Fig. 1-4.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ofen 10 mit einem allgemein langgestreckten Gehäuse 12 mit einer Ober- und einer Bodenwandung 12.1 bzw. 12.2, Seitenwandungen 12.3, bzw. 12.4 und Stirnwandungen 12.5 bzw. 12.6. dargestellt. Im Mittelbereich ist ein zusätzliches Gehäuse 14 benachbart zu der Seitenwandung 12.3 vorgesehen, wobei das Gehäuse 14 ein motorbetriebenes Gebläse 16, einen Filter 18 zum Filtrieren der Ausströmgase und eine Heizvorrichtung 20 (schematisch dargestellt) aufweist. Zu erhitzende Luft, Stickstoff oder anderes Gas kann durch ein Drosselklappenteil 14.1 eintreten.

Der Ofen kann mit Temperatursensoren in seinem Inneren versehen sein, die in bekannter Weise die Temperatur der Warmluft, die durch das Gebläse 16 in das Ofeninnere geblasen wird, steuern. Die Heizvorrichtung 20 kann gasgefeuert oder elektrisch, je nach den Erfordernissen, und von bekannter Ausführung sein. Der Ofen kann ferner andere Überwachungseinrichtungen, etwa zum Messen der Gaskonzentration oder dergleichen besitzen.

Die Ober- und Bodenwand 12,1, 12.2 und die Seitenwände 12.3, 12.4 erstrecken sich wünschenswerterweise über die Stirnwände 12.5, 12.6 hinaus und enden in Außenwänden 12.7, 12.8, um äußere Ausströmkammern 22, 22.1 zu definieren. Die Stirnwände 12.5, 12.6 sind mit einer Reihe von engen, allgemein horizontalen Schlitzen 24 und die Außenwandungen 12.7, 12.8 mit ähnlichen Schlitzen 24.1 zum gleichen Zweck versehen.

Auf der Innenseite der Stirnwandungen 12.5, 12.6 und sich über die Breite des Ofens benachbart zu den Stirnwandungen 12.5, 12.6 erstreckend sind Ausströmkammermittel, umfassend eine Reihe von sich horizontal erstreckender, vertikal übereinander und mit Abstand zueinander angeordneter perforierter Rohre (Heißgaszuführeinrichtungen) 26, die allgemein rechteckig im Querschnitt sind, wie sich etwa aus Fig. 6 ergibt, und benachbart zu der Seitenwand 12.3 mit einem Rückführungsraum 26.1 zum Rückführen heißer Gase aus dem Inneren des Gehäuses 12 in das Gehäuse 14 in Verbindung stehen. Die Rohre 26 sind in Vertikalrichtung mit Abstand zueinander angeordnet, um Faserdurchgänge 26.2 zu bilden, die mit den Schlitzen 24 in den Stirnwandungen und den Schlitzen 24.1 in den äußeren Wandungen ausgerichtet sind.

Emissionskammermittel, bestehend aus einer Reihe von individuellen, geeignet geformten und allgemein horizontalen Rohren (Heißgaszuführeinrichtungen) 28 sind zentral in dem Ofen zwischen dessen Enden vorgesehen. Jedes Rohr 28 ist allgemein rechteckig im Schnitt und erstreckt sich horizontal zwischen den Seitenwänden 12.3, 12.4, jedoch mit Abstand hierzu, wobei jedes Rohr 28 mit einem sich verjüngenden Düsenabschnitt 28.1 versehen ist, der sich allgemein in Richtung zu den jeweiligen Schlitzen 24, 24.1 in den Stirn- und äußeren Wandungen des Gehäuses öffnet. Die Öffnungen 28.1 bilden Düsen zum Richten des heißen Gases und erstrecken sich über die Breite der Rohre 28. Wie in Fig. 4 dargestellt, sind die Düsen so konstruiert und angeordnet, daß sie Heißgasströme in Richtung der Pfeile J in den Fig. 2 und 4 liefern. Jedes Rohr 28 steht an einem oder beiden Enden mit einer zentralen Zuführkammer 30 in Verbindung, die ihrerseits mit dem Gebläse 16 in Verbindung steht. Die Zuführkammer 30 kann geeignet verjüngt oder mit einstellbaren Schlitzen (nicht dargestellt) versehen sein, um auf diese Weise die Geschwindigkeit der heißen Gase, die über die Breite der Düsen 28.1 austreten, zu vergleichmäßigen.

Die Rohre 28 sind in Vertikalrichtung mit Abstand zueinander angeordnet, wie in Fig. 4 dargestellt, um zwischen sich Faserdurchlaßschlitze 28.2 zu bilden, die horizontal ausgerichtet mit den Schlitzen 24, 24.1 sind.

Bei der bevorzugten, in den Abbildungen dargestellten Ausführungsform sind die Emissionskammermittel 28 zwischen und vorzugsweise zentriert zwischen den Stirnwandungen 12.5, 12.6 angeordnet und mit Düsenabschnitten 28.1 versehen, die so angeordnet sind, daß sie Heißgasströme in entgegengesetzten Richtungen, jedoch parallel zu den Faserdurchführungsstrecken liefern, so daß die heißen Gasen in Richtung auf beide Stirnwandungen 12.5, 12.6 gerichtet sind und durch die Ausströmkammermittel 26 abgeführt werden. Auf diese Weise verbessern die heißen Gase, die so zu jedem Ende des Gehäuses 12 strömen, die Gleichmäßigkeit der Temperatur von einem Ende zum anderen innerhalb des Gehäuses 12 und führen ferner dazu, daß ein Einströmen von Außenluft oder von anderen nicht erwärmten Gasen in das Innere des Gehäuses 12 an seinen Enden vermieden wird.

Ferner wurde festgestellt, daß Temperaturänderungen von einer Seite zur anderen des Gehäuses 12 minimalisiert werden können, indem Düsen verwendet werden, die sanfte Schleier oder Vorhänge aus Luft innenseitig zu und benachbart von der Ober-, Boden- und den Seitenwandungen des Gehäuses 12 liefern. Solche Mittel sind typischerweise Schlitze 32, die am Umfang der Zuführkammer 30 benachbart den Innenwandungen des Gehäuses 12 und zu jeder Stirnwandung 12.5, 12.6 gerichtet gebildet sind, wobei die Schlitze 32 Heißgasströme S allgemein parallel zu den inneren Gehäusewandungen abgeben und daher einen allgemein schlauch- oder tunnelartigen Luftstrom benachbart zu den Gehäusewandungen erzeugen, der sich parallel zu den Fasern in den Faserdurchführungsstrecken erstreckt und die Fasern umhüllt, wenn diese zwischen den Emissionskammermitteln 28 und den Ausströmkammermitteln 26 an jedem Ende des Gehäuses 12 verlaufen. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die Schlitze 32 wünschenswerterweise im wesentlichen parallel zu den Gehäusewandungen gebildet. Die Schlitze 32 können natürlich mit düsenartigen Öffnungen versehen sein, etwa wie die Düsen 28.1 in Fig. 4. Verschiedene andere Konfigurationen, wie perforierte Rohre, können ebenfalls verwendet werden, um die Heißgasströme von den Emissionskammermitteln 28 zu liefern. Ferner können die Stirnwandungen 12.5, 12.6 des Gehäuses 12 in ähnlicher Weise mit Öffnungen versehen sein, wie sie bei 32 benachbart zu den Seiten-, der Ober- und Bodenwandung des Gehäuses dargestellt sind, um die Heißgasströme S, die parallel zu diesen Wandungen verlaufen, aufzunehmen und abzuführen, wobei ein Teil dieser Gase durch die inneren Ausströmkammermittel 26 aufgenommen werden kann.

Im Betrieb wird ein heißes Gas, wie Luft, den Rohren 28, die die Emissionskammern im mittleren Teil des Ofens bilden, zugeführt, wobei die heißen Gase als Ströme oder Strahlen aus den Düsen 28.1 in allgemein horizontaler Richtung gegen die Ausströmkammern 26 austreten, wobei die Geschwindigkeit des heißen Gases und die Konfiguration der Düsen einen allgemein horizontalen Heißgasfluß sicherstellen. Eine vorbestimmte Menge an heißen Gasen tritt durch die Ausströmkammern 26 aus und wird durch die Heizvorrichtung und das Gebläse 16 erneut in den Ofen zurückgeführt. Ein verbleibender Anteil an heißen Gasen strömt aufgrund des erhöhten Druckes innerhalb des Gehäuses 12 an den Stirnwänden 12.5, 12.6 nach außen, wird mit Umgebungsluft gemischt, die durch die Öffnungen 24.1 eingesaugt wird, und wird dann durch Öffnungen 24.2 entweder an die Atmosphäre abgegeben oder einer Einrichtung zum Waschen oder zum Reinigen des Gases in anderer Weise zugeführt. Der Druck der heißen Gase innerhalb des Gehäuses 12 ist derart, daß die Öffnungen 24 in den Stirnwandungen 12.5, 12.6 nur heiße Gase nach außen lassen, so daß Umgebungsluft daran gehindert wird, einwärts in den Ofen durch die Öffnungen 24 zu gelangen. Als Ergebnis hiervon wird die Temperatur der heißen Gase zwischen den Stirnwandungen 12.5, 12.6 im wesentlichen konstant gehalten. Gleichzeitig geben die Emissionskammermittel Vorhänge S aus Heißgas benachbart zu der Ober-, Boden- und den Seitenwandungen des Gehäuses in Richtung parallel zu den Faserdurchführungsstrecken in Richtung auf die Stirnwandungen des Gehäuses ab, die die Faserdurchführungsstrecken einhüllen und umgeben.

Fasern F verlaufen von einem Ende des Ofens zum anderen durch die Faserdurchführungsstrecken, definiert durch die horizontalen Schlitze in den Außenwandungen 12.7, 12.8, den Endwandungen 12.5, 12.6 und zwischen den Rohren 28, die die Emissionskammermittel im Mittelteil des Ofens bilden. Einrichtungen zum Aufwickeln und Abwickeln von Fasern der verschiedensten Art können außerhalb der Außenwandungen 12.7, 12.8 verwendet werden. Auch kann eine Faser den Ofen mehrmals durchsetzen, oder eine Reihe von Fasern können einmal durch den Ofen hindurchgeführt werden. Auch können Öfen dieses Typs aneinander angrenzend verwendet werden, um eine Reihe von Bereichen unterschiedlicher Temperatur, etwa für eine längerzeitliche Hochtemperaturbehandlung von Fasern zu liefern.

Um die Strömungsrate der Heißgase durch die Schlitze 24 in den Stirnwandungen des Gehäuses oder von Außenluft durch die äußeren Endwandungsschlitze 24.1 zu reduzieren, kann eine Abschirmeinrichtung verwendet werden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Am Boden von jedem horizontalen Schlitz 24.1 ist eine sich aufwärts erstreckende Platte 34 mit einer gekrümmten glatten Oberseite 34.1 montiert, auf der die Fasern gleiten können. An der Oberseite jedes Schlitzes 24.1 kann ein sich abwärts erstreckender flexibler Lappen 36 aus Silikongummi oder dergleichen montiert sein, unter dem die Fasern F hindurchlaufen, wobei der Lappen 36 und die Platte 34 zusammenwirken, um die Breite des für den Gasdurchfluß verfügbaren Schlitzes zu verengen, jedoch die Bewegung der Fasern durch den Schlitz nicht zu behindern.

Fasern, die in den Ofen von einem Ende her eintreten, werden sofort einer gleichmäßigen Erwärmung durch erhitzte Gase unmittelbar nach dem Eintritt in den Ofen und während des gesamten Durchgangs der Fasern durch den Ofen unterworfen, wobei die Temperatur im wesentlichen zwischen den Stirnwandungen 12.5, 12.6 und in Querrichtung zu den Fasern in der Umhüllung aus Heißgas konstant gehalten wird. Obwohl die Geschwindigkeit der Heißgase in dem Ofen recht groß sein kann und die Gase sich in einer turbulenten Strömung befinden können, werden die Fasern selbst, die parallel zu den Heißgasströmen verlaufen, keinen wesentlichen Querkräften unterworfen, die dazu neigen, die Beschaffenheit der Fasern zu beeinträchtigen und sie zu zerreißen.

Claims (9)

1. Faserbehandlungsofen zum Erhitzen von Fasern mittels heißen Gasen mit einem Gehäuse, in dem eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten parallelen Durchlaufstrecken für eine Vielzahl von Fasern und Heißgaszuführeinrichtungen zum Liefern einer Vielzahl von Heißgasströmen parallel zu und zwischen den Faserdurchlaufstrecken angeordnet sind, und einer Einrichtung zum Erzeugen von heißen Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgaszuführeinrichtungen (28) im mittleren Bereich der Länge der Faserdurchlaufstrecken angeordnet sind und Heißgasströme in entgegengesetzten Richtungen entlang und zwischen den Faserdurchlaufstrecken abgeben und Heißgasabführeinrichtungen (26) eingangs- und ausgangsseitig des Gehäuses (12) zum Abführen der zugeführten Heißgasströme angeordnet sind.

2. Faserbehandlungsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasabführeinrichtungen (26) als getrennte Abführkammern innerhalb des Gehäuses (12) zum Abführen des heißen Gases ausgebildet sind.

3. Faserbehandlungsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß äußere, mit dem Inneren des Gehäuses (12) in Verbindung stehende Heißgasausströmkammern (22, 22.1) zur Aufnahme von nicht durch die Heißgasabführeinrichtungen (26) im Inneren des Gehäuses (12) abgeführten heißen Gas vorgesehen sind.

4. Faserbehandlungsofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuses (12) mit äußeren Heißgasausströmkammern (22, 22.1) in Verbindung steht, derart, daß innerhalb des Gehäuses (12) der Druck auf einem Wert gehalten wird, der ausreicht, um das Eintreten von Umgebungsluft ins Innere des Gehäuses (12) zu verhindern.

5. Faserbehandlungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgaszuführeinrichtungen (28) Emissionskammern umfassen, die eine Vielzahl von Emissionskanälen umfassen, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie Heißgasströme parallel zu benachbarten Faserdurchlaufstrecken richten.

6. Faserbehandlungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgaszuführeinrichtungen (28) Einrichtungen (32) zum Abgeben von Heißgasströmen, die parallel zu den Faserdurchlaufstrecken verlaufen und die diese im wesentlichen einhüllen, umfassen.

7. Faserbehandlungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (32) zum Richten von Heißgasströmen, die parallel zu den Faserdurchlaufstrecken verlaufen und die diese im wesentlichen einhüllen, benachbart zu den Innenflächen der Ober- (12.1), Boden- (12.2) und Seitenwandungen (12.3, 12.4) des Gehäuses (12) angeordnet sind.

8. Faserbehandlungsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasabführeinrichtungen (26) eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Abführleitungen umfassen, die zwischen den Faserdurchlaufstrecken benachbart zu und in den entsprechenden Stirnwandungen des Gehäuses (12) angeordnet und mit den entsprechenden Abgabeleitungen in Richtung der Faserdurchlaufstrecke ausgerichtet sind.

9. Faserbehandlungsofen nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Heißgasausströmkammern (22, 22.1) mit Mitteln zum Halten eines Unterdrucks gegenüber dem Inneren des Gehäuses (12), vorgesehen sind, um den Eintritt von Gas von den Heißgasausströmkammern (22, 22.1) in das Gehäuseinnere zu verhindern.