DE3638140A1 - Vorrichtung zum behandeln von breit gefuehrten warenbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behan­ deln von breit geführten Warenbahnen aus flächigem Faser­ material, insbesondere Textilbahnen, mit einem Behälter, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und mindestens einen Arbeitsbereich aufweist, in dem die Warenbahn an einem Ultraschallerzeuger vorbeiführbar ist.

Aus DE-GM 18 24 321 ist es bekannt, daß man beim Färben, Waschen, Tränken, Mercerisieren und anderen Behandlungen von Geweben, beim Aufbringen von Kunststoffen auf saug­ fähiges Material und dergleichen bessere Ergebnisse er­ hält, wenn die Warenbahn beim Durchgang durch die Behand­ lungsflüssigkeit mit Ultraschall beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck wird die Warenbahn über eine Leitwalze von oben in den Behälter geleitet, über eine untere Umlenkwal­ ze geführt und dann nach oben zu einer weiteren Leitwalze geleitet. An den senkrechten Behälterwänden, welche der Warenbahn benachbart sind, befinden sich Ultraschallerzeu­ ger, welche diese Wand in Schwingungen versetzen. Durch die so vorgegebenen Arbeitsbereiche wird die Warenbahn frei hindurchgeführt.

Es ist ferner bekannt (US-PS 42 68 929), Teppiche oder Matten zu reinigen, die eine Latex-Unterlage besitzen, aus welcher Fläche Plüsch- oder Noppenfäden heraustreten. Die Einzelstücke werden zwischen schmalen Transportbän­ dern, also ohne Längsspannung innerhalb der Einzelstücke, in einem Flüssigkeitsbad an einem Ultraschallerzeuger vorbeigeführt. Der Ultraschallerzeuger befindet sich auf der Noppenseite der Einzelstücke im Bereich einer Umlenkwalze. Hiermit soll erreicht werden, daß sich die Noppen während der Ultraschallbehandlung öffnen und daher besser gereinigt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit der die Behandlungsintensität gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Warenbahn im Arbeitsbereich mit der dem Ultraschall­ erzeuger abgewandten Seite auf einer konvex gekrümmten Fläche aus festem Material unter Druck aufliegt und zu diesem Zweck in Bahnlängsrichtung gespannt ist.

Diese Konstruktion beruht auf der Feststellung, daß die Ultraschallwirksamkeit an harten Oberflächen sehr viel besser ist als an nachgiebigen Flächen. Wenn nämlich die Ultraschallschwingung auf einem festen Gegenstand auftrifft, ist dessen Oberfläche praktisch nicht in der Lage, den Bewegungen der Flüssigkeitsmoleküle zu folgen, so daß die Flüssigkeit gezwungen ist, örtlich zu verdamp­ fen. Diese sogenannten Kavitationsblasen an der Oberflä­ che des festen Gegenstands implodieren dann wieder bei der nächsten Phase der Schwingungen. Ein frei geführtes textiles Flächengebilde bietet den Ultraschallschwingun­ gen nur geringen Widerstand. Die Fasern sind in der Lage, den Bewegungen der Flüssigkeitsmoleküle zu folgen, und die erstrebten Effekte können nur beschränkt auftreten.

Wenn aber die Warenbahn unter Druck auf einer festen Fläche aufliegt, sind die Fasern oder Fäden der Warenbahn praktisch festgelegt. Sie können nicht ausweichen und ermöglichen es daher, daß die Ultraschallschwingungen an der Oberfläche der Warenbahn in ähnlicher Weise einwir­ ken wie an einem festen Gegenstand. Insbesondere können Kavitationserscheinungen hervorgerufen werden. Hierdurch wird der Behandlungseffekt ganz erheblich gesteigert. Färben, Abkochen, Bleichen, Laugieren, Mercerisieren, Waschen und andere Behandlungen gehen wesentlich schneller vonstatten als bisher.

Die gekrümmte Fläche sollte vorzugsweise eine ununter­ brochene glatte Fläche sein. Die Warenbahn liegt somit über ihre gesamte Rückseite auf dieser Fläche auf. Es sind daher alle Teile der Warenbahn sicher abgestützt.

Mit Vorteil ist die gekrümmte Fläche die Oberfläche einer drehbaren zylindrischen Walze. Wenn sich die Walze mit­ dreht, kann die Reibung zwischen der gespannten Warenbahn und der gekrümmten Fläche reduziert oder sogar auf Null gebracht werden. Die zylindrische Walze erlaubt einen verhältnismäßig großen Umschlingungswinkel, also einen großen Arbeitsbereich.

Insbesondere kann die zylindrische Walze eine Umlenkwalze sein, die über 150° bis 210°, vorzugsweise etwa 180°, von der Warenbahn umschlungen ist.

Die besten Ergebnisse zeigen sich, wenn die Normale auf der Abstrahlfläche mindestens eines Ultraschallerzeugers senkrecht auf der gekrümmten Fläche steht. Hier werden die betreffenden Abschnitte der Warenbahn mit der höch­ sten Ultraschallenergie behandelt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß der gekrümmten Fläche im Warenbahn-Auflageabschnitt zwei oder mehr in Bahnlängsrichtung versetzte Ultraschall­ erzeuger zugeordnet sind. Eine durchlaufende Warenbahn steht daher über längere Zeit unter Ultraschalleinfluß, was eine besonders intensive Behandlung ermöglicht.

Ferner empfiehlt es sich, daß über die Bahnbreite zwei oder mehr Ultraschallerzeuger in einer Reihe nebeneinan­ der angeordnet sind. Es können daher verhältnismäßig breite Bahnen behandelt werden.

Günstig ist es auch, daß die Ultraschallerzeuger einer in Bahnlängsrichtung folgenden Reihe mit den Lücken zwi­ schen den Ultraschallerzeugern der vorangehenden Reihe ausgerichtet sind. Dies ergibt eine gleichmäßige Behand­ lung der gesamten Warenbahn über die Breite.

Günstig ist es auch, daß ein Ultraschallerzeuger nahe der Einlauf- und/oder Auslauflinie der Warenbahn an der Walze angeordnet ist. Dies unterstützt eine Durchdringung des Gewebes mit Behandlungsflüssigkeit.

Besonders vorteilhaft ist eine Einstellvorrichtung zur Festlegung der mindestens einem Ultraschallerzeuger zuge­ führten Leistung. Durch Änderung der Leistung läßt sich die Beschallungsintensität den Gegebenheiten der augen­ blicklichen Behandlung anpassen. Man kann daher in Abhän­ gigkeit von dem Material der Warenbahn und von der ge­ wünschten Behandlung die Ultraschalleistung ändern.

In diesem Zusammenhang empfehlen sich auch dem Arbeits­ bereich vor- oder nachgeschaltete, Daten der Warenbahn aufnehmende Sensoren und ein Steuer- und Regelkreis, der die Einstellvorrichtung in Abhängigkeit von diesen Daten betätigt. Man kann daher während des Betriebes durch Änderung der Ultraschalleistung Einfluß auf die Behandlung nehmen, so daß die fertigbehandelte Warenbahn gleichmäßige Kenndaten aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Behandlungsvorrichtung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform,

Fig. 3 eine Abwicklung der Ultraschallerzeuger einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 4 die schematische Darstellung einer vierten Aus­ führungsform.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird eine Warenbahn 1 durch einen Behälter 2 geführt, der mit einer Behandlungs­ flüssigkeit 3 gefüllt ist. Die Warenbahn besteht aus flächigem Fasermaterial und ist insbesondere eine Textil­ bahn. Es kann sich daher um ein Gewebe, ein Gewirk, ein Vlies o. dgl. handeln. Die Behandlung umfaßt Prozesse wie das Abkochen, Bleichen, Laugieren, Mercerisieren, Waschen, Färben, Tränken u. dgl. Insbesondere handelt es sich um Prozesse, bei denen eine oder mehrere Substan­ zen, die in der Flüssigkeit in beliebiger Phase vorlie­ gen, oder die Flüssigkeit selber in Kontakt mit den Fa­ sern gebracht werden oder Substanzen, die auf der Faser vorhanden sind, von ihr entfernt werden sollen.

Die Warenbahn wird von einer Vorratsrolle 4 über eine Leitwalze 5, eine zylindrische Umlenkwalze 6, eine weite­ re zylindrische Umlenkwalze 7 und eine dritte zylindri­ sche Umlenkwalze 8 sowie eine Leitwalze 9 geführt und dann von einem Wickel 10 aufgenommen, der durch einen Motor 11 angetrieben ist. Die Drehzahl wird durch einen Regler 12 eingestellt, der von einem die Bahnspannung abtastenden Sensor 13 derart beeinflußt wird, daß die Warenbahn 1 eine vorgegebene Längsspannung besitzt. Zumin­ dest die Walzen 6 und 8 haben eine glatte ununterbrochene Zylinderfläche F, auf der die Warenbahn 1 wegen der Längs­ spannung mit einem vorgegebenen Druck aufliegt. Die Ultra­ schallerzeuger a und e sind nahe der Einlauf- und/oder Auslauflinie der Warenbahn 1 an der Walze 6 bzw. 8 ange­ ordnet, was die Durchdringung der Warenbahn mit Flüssig­ keit unterstützt.

Jeder der beiden Walzen 6 und 8 ist eine Ultraschaller­ zeuger-Anordnung 14 bzw. 15 zugeordnet. Jede Anordnung besteht aus fünf Reihen von Ultraschallerzeugern a bis e. Die Ultraschallerzeuger sind so gerichtet, daß die Norma­ le auf ihrer Abstrahlfläche 16 senkrecht auf der Oberflä­ che der Walze 6 bzw. 8 steht.

Weil die Warenbahn unter Druck auf der Zylinderfläche F der Walzen 6 und 8 aufliegt, haben die einzelnen Fasern eine feste Abstützung. Infolgedessen können sie den Ultra­ schallschwingungen nicht oder zumindest weniger als bis­ her folgen. Die Fasern ergeben eine quasi-harte Oberflä­ che, an der die gleichen Wirkungen des Ultraschalls auf­ treten wie an einer festen Oberfläche. Es werden Gasbla­ sen gebildet, die anschließend implodieren. Es können Kavitationserscheinungen auftreten. Auf jeden Fall wird die Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Warenbahn, die bisher den Stofftransport zwischen den Fasern und der Flüssigkeit behindert hat, aufgebrochen, so daß ein wesentlich verbesserter Stoffaustausch die Folge ist. Weil die Ultraschallschwingungen annähernd senkrecht auf die Warenbahn auftreffen, ergibt sich eine hohe Be­ schallungsintensität.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 läuft eine Warenbahn 21 wiederum durch einen Behälter 22, der mit Behandlungs­ flüssigkeit 23 gefüllt ist. Leitwalzen 24, 25, 26 und 27 führen die Warenbahn über einen festen Körper 28 mit einer gekrümmten Fläche F. Ultraschallerzeuger 29 sind der gekrümmten Fläche 28 gegenüber eingebaut. Eine Ein­ stellvorrichtung 30 vermag die Eingangsleistung der Ultra­ schallerzeuger in Abhängigkeit von einem Regelkreis 31 zu beeinflussen. Der Regelkreis 31 wird gesteuert von einem vorgeschalteten Sensor 32 und einem nachgeschalteten Sensor 33, welche den Istwert bestimmter Bahndaten fest­ stellen, beispielsweise die Farbe oder die Helligkeit, und in Abhängigkeit hiervon die Ultraschalleistung regeln.

Fig. 3 zeigt eine Warenbahn 41 mit einer Ultraschallerzeu­ ger-Anordnung 42, die aus einer Vielzahl von einzelnen Ultraschallerzeugern 43 besteht. Diese sind in vier Rei­ hen zu je vier Ultraschallerzeugern angeordnet, wobei die Ultraschallerzeuger einer in Bahnlängsrichtung folgen­ den Reihe mit den Lücken 44 zwischen den Ultraschallerzeu­ gern der vorangehenden Reihe ausgerichtet sind. Dies ergibt eine sehr gleichmäßige Behandlung der Bahn über ihre Breite.

In Fig. 4 ist eine Warenbahn 51 durch einen Behälter 52 mit einer Behandlungsflüssigkeit 53 geführt. Die Waren­ bahn wird um eine Walze 54 mit einer Zylinderfläche F umgelenkt. Ultraschallerzeuger 55, 56 und 57 sind außen an der dünnen Wand des Behälters 52 angebracht. Die Ultra­ schallschwingungen werden über die Behälterwand auf die Flüssigkeit übertragen und treffen in ähnlicher Weise wie in den vorangehenden Beispielen auf die abgestützte Warenbahn auf.

Die Ultraschallerzeuger können auch eine andere Abstrahl­ richtung mit Bezug auf die gekrümmte Fläche F haben als es in den Fig. 1, 2 und 4 veranschaulicht ist; beispiels­ weise können sie in einer horizontalen Ebene unterhalb der Walzen 6 und 8 vorgesehen sein. Die gekrümmten Flä­ chen bestehen vorzugsweise aus Metall. Sie können aber auch aus Holz, Keramik, Kunststoff oder einem anderen festen Werkstoff gebildet sein. In manchen Fällen ist es von Interesse, daß zusätzlich die feste Oberfläche selbst zu einem Ultraschallerzeuger gehört. Die Waren­ bahn braucht nicht kontinuierlich durch den Behälter zu laufen, sondern kann auch abschnittsweise vorgerückt werden. Als Flüssigkeit dient in erster Linie Wasser; es kann sich aber auch um ein organisches Lösungsmittel oder um Mischungen mehrerer unterschiedlicher Substanzen in fester, flüssiger oder gasförmiger Form handeln, die Ultraschallschwingungen zu übertragen in der Lage sind. Die Umlenkwalzen 6, 8 können auch angetrieben werden, beispielsweise durch einen elektrischen oder hydrauli­ schen Motor. Der Umschlingungswinkel, der hier mit 180° dargestellt ist, kann auch wesentlich größer oder kleiner sein. Die Walze sollte eine Breite haben, daß die brei­ teste Warenbahn behandelt werden kann. Bei schmaleren Bahnen können dann am Rand der Walze liegende Ultraschall­ erzeuger abgeschaltet werden.

Bezüglich der Abmessungen haben sich zylindrische Walzen mit einem Durchmesser von 50 mm bis 2000 mm und mit einer Breite von 100 mm bis 5000 mm als zweckmäßig erwiesen. Die Frequenz der Ultraschallschwingungen kann insbesonde­ re zwischen 15 kHz und 80 kHz liegen. Der Abstand zwi­ schen dem Mittelpunkt der Abstrahlfläche der Ultraschall­ erzeuger und der Oberfläche der zylindrischen Walze kann sehr klein sein, beispielsweise nur 1 mm, aber auch Werte von 500 mm annehmen. Die Warenbahn kann mehrere Behälter, die mit unterschiedlicher Behandlungsflüssigkeit gefüllt sind, nacheinander durchlaufen, wobei dort, wo es erfor­ derlich ist, die Ultraschallbeaufschlagung erfolgt.

Wenn das Material der Warenbahn oder die Behandlungsart gewechselt wird, kann die Ultraschalleistung von vornher­ ein diesen neuen Verhältnissen angepaßt werden. Während des Betriebes kann dann eine Regelung in Abhähgigkeit von den Sensoren 31 und 32 erfolgen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Behandeln von breit geführten Waren­ bahnen aus flächigem Fasermaterial, insbesondere Tex­ tilbahnen, mit einem Behälter, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und mindestens einen Arbeitsbereich auf­ weist, in dem die Warenbahn an einem Ultraschallerzeu­ ger vorbeiführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Warenbahn (1; 21; 41; 51) im Arbeitsbereich mit der dem Ultraschallerzeuger (a bis e; 29; 43; 55 bis 57) abgewandten Seite auf einer konvex gekrümmten Fläche (F) aus festem Material unter Druck aufliegt und zu diesem Zweck in Bahnlängsrichtung gespannt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche (F) eine ununterbrochene glatte Fläche ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gekrümmte Fläche (F) die Oberfläche einer drehbaren zylindrischen Walze (6, 8; 54) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Walze (6, 8; 54) eine Umlenkwal­ ze (51) ist, die über 150° bis 210°, vorzugsweise etwa 180°, von der Warenbahn (1) umschlungen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale auf der Abstrahlflä­ che (16) mindestens eines Ultraschallerzeugers (a bis e) senkrecht auf der gekrümmten Fläche (F) steht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmten Fläche (F) im Warenbahn-Auflageabschnitt zwei oder mehr in Bahn­ längsrichtung versetzte Ultraschallerzeuger (a bis e; 55 bis 57) zugeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß über die Bahnbreite zwei oder mehr Ultraschallerzeuger (43) in einer Reihe neben­ einander angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallerzeuger (43) einer in Bahnlängs­ richtung folgenden Reihe mit den Lücken (44) zwischen den Ultraschallerzeugern der vorangehenden Reihe ausgerichtet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallerzeuger (a, e) nahe der Einlauf- und/oder Auslauflinie der Warenbahn an der Walze angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn­ zeichnet durch eine Einstellvorrichtung (30) zur Festlegung der mindestens einem Ultraschallerzeuger (29) zugeführten Leistung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch dem Arbeitsbereich vor- oder nachgeschaltete, Daten der Warenbahn (1) aufnehmende Sensoren (32, 33) und durch einen Steuer- oder Regelkreis (31), der die Einstellvorrichtung (30) in Abhängigkeit von diesen Daten betätigt.