DE3816787A1 - Einrichtung fuer den laborgebrauch zur nassbehandlung von textilmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrich­ tung für den Laborgebrauch zur Nassbehandlung von Textil­ material; dabei wird ein Materialträger im wohldefinier­ ten Strömungsweg einer Behandlungsflüssigkeit in einem Behandlungsbehälter angeordnet, welcher seinerseits mit einer Fördervorrichtung für die Behandlungsflüssigkeit zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.

Solche Laboreinrichtungen ermöglichen es, die physikalischen und technischen Parameter eines Behandlungs­ vorganges mit wissenschaftlichen Methoden zu untersuchen und zu beeinflussen, bevor er in grosstechnischer Art angewandt wird.

Es ist eine Laboreinrichtung gemäss dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 bekannt (CH Patentschrift 5 38 303), bei welcher die Fördervorrichtung aus zwei nach entgegengesetzten Seiten offenen und nach aussen durch zwei synchron und gleichsinnig schwingend angetriebene Fördermembranen abgeschlossenen Förderräumen besteht.

Eine solche Fördervorrichtung gewährleistet ein Umsetzen der Behandlungsflüssigkeit ohne leckbedingte Verluste und ohne verunreinigende Verschleissteile.

Sie führt jedoch zwangsläufig zu einer pulsatilen Strömung der Behandlungsflüssigkeit, was im Hinblick auf einen realitätsbezogenen, die grosstech­ nischen Gegebenheiten wiederspiegelnden Behandlungsvor­ gang unbefriedigend ist. Die Reproduzierbarkeit von Ver­ suchen ist oft nicht gewährleistet.

Eine Umkehrung der Strömungsrichtung der Behandlungsflüssigkeit ist zudem nur bei zusätzlicher Verwendung eines Umkehrventils möglich, was sich negativ auf Förderleistung, Totvolumen und Kosten auswirkt.

Als nachteilig erweist sich im weiteren die Tatsache, dass die Förderkapazität einer solchen För­ dervorrichtung - unter Berücksichtigung der im Labor ver­ langten kleinen Dimensionen - den Anforderungen in be­ stimmten Fällen nicht zu genügen vermag. Die einfache Vergrösserung der Förderräume führt zudem zu einer Ver­ schlechterung des Flottenverhältnisses, was wiederum dem Wunsch nach einer realitätsgetreuen Laboreinrichtung zu­ widerläuft.

Es stellt sich damit die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche realitätsgetreue und reproduzierbare Resultate ergibt.

Die Erfindung gemäss Anspruch 1 bietet hierfür eine Lösung.

Damit lässt sich im Bereich des Textil­ materials eine definierte Strömung erzielen, welche in gewünschten zeitlichen Abständen umkehrbar ist, wobei das Totvolumen und damit das Flottenverhältnis in realistischen Grössenordnungen gehalten werden kann. Es gelingt auf diese Weise, im Labor ein getreues und reproduzierbares Abbild des grosstechnischen Behandlungsvorgangs zu er­ zielen.

Durch einfache Aenderung des Drehsinns der Förderpumpe kann ein Durchströmen des auf dem Materialträger befestigten Behandlungsgutes sowohl radial von innen nach aussen als auch in umgekehrter Richtung ermöglicht werden. Bei geeignetem Aufbau des Materialträ­ gers ist ferner eine Durchströmung von Behandlungsgut in Axialrichtung von unten nach oben oder von oben nach unten möglich.

Die Förderkapazität wird zudem bei gleich­ zeitiger Verbesserung des Flottenverhältnisses wesentlich erhöht, so dass sie den Laboranforderungen vollumfäng­ lich zu entsprechen vermag.

Anhand der Figuren werden nun zwei Aus­ führungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung der Einrichtung im Längs­ schnitt,

Fig. 2 die darin vorgesehene Fördervorrichtung in axialem Schnitt,

Fig. 3 eine Schnittansicht senkrecht auf die Achse der Fördervorrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4 eine zweite Ausführung der Einrichtung im Längs­ schnitt,

Fig. 5 eine axiale Schnittansicht der Fördervorrich­ tung in der Ausführung gemäss Fig. 4, und

Fig. 6 und 7 zwei Materialträgereinsätze im herausge­ nommenem Zustand in Schnittansicht.

In der Fig. 1 ist eine erste Laboreinrichtung zur Nassbehandlung von Textilmaterial dargestellt, welche im wesentlichen aus einem mit einer Fördervorrichtung 1 zu einer Baueinheit verbundenen Behandlungsbehälter 2 besteht, in welchem ein Materialträger 3 im wohldefinierten Strö­ mungsweg der Behandlungsflüssigkeit angeordnet ist. Der Behandlungsbehälter 2 besteht aus drei Teilen:

Aus einem nach oben offenen Zylinder 4, der im Zentrum des unteren Abschlusses zwei kreisförmig koaxial angeordnete Oeffnungen für die beiden Förder- respektive Absaugkanäle 7, 8 aufweist. Die gewählte Anord­ nung bewirkt eine in beiden Förderrichtungen radial gleichmässig ausgebildete Strömungscharakteristik. Heiz- respektive Kühlwicklungen 9, 10 umgeben diesen Zylinder mit relativ kleiner Masse seitlich und unten, wodurch steile Heiz- und Kühlgradienten bei gleichzeitig spar­ samem Energieeinsatz erzielt werden.

In seinem mittleren Teil besteht der Behand­ lungsbehälter 2 aus einem transparenten zylindrischen Zwischenstück 5, welches mit einer Spannvorrichtung 11 fixiert und durch einfaches Lösen derselben - bei entfern­ tem Materialträger 3 - seitlich herausgezogen bzw. ausge­ wechselt werden kann. Das Füllvolumen des Behandlungsbe­ hälters 2 wird durch Wahl des entsprechenden Zwischen­ stücks 5, welches bei konstanter Höhe in Ausführungen mit verschiedenen Durchmessern zur Verfügung steht, variiert. Ein Dichtungssystem 12 gewährleistet den einwandfreien Einsatz dieser modularen Bauweise. Den oberen Teil des Behandlungsbehälters 2 bildet ein Zylinder 6, welcher an seinem oberen Ende durch einen Deckel 13 mit integriertem Dampfschutz geschlossen wird. Die Unterseite des Deckels ist mit einer Kante 14 zur definierten Tropfenbildung ver­ sehen.

Der Materialträger 3 ist nach Oeffnen des Deckels 13 frei entnehmbar. Mit seinem unteren, röhrenförmig aus­ gebildeten Ende 15 wird er in der Materialträgeraufnahme zwangsweise zentriert. Zugleich bildet dieses röhrenförmige Stück den inneren Förderkanal 8 und wird gegen den äusseren Kanal 7 mittels einer Dichtung 16 abgesichert.

Die Behandlungsflüssigkeit tritt durch eine ring­ förmige Oeffnung 17 aus dem Förderkanal 8 aus (respektive wird bei umgekehrter Förderrichtung durch diese angesogen) und wird durch einen Verdrängungskörper 18 gegen eine mit Oeffnungen versehene Materialtrommel 19 gedrückt und durch­ strömt gleichmässig das auf dieser aufgewickelte Behand­ lungsgut 20.

Der Materialträger 3 ist an seinem oberen Ende mit einem scheibenförmigen Abschluss 21 ausgerüstet, der den Materialträger gegenüber dem Behandlungsraum mittels einem Führungsring 22 zentriert. Von einem Ueberlaufven­ til 23 führt eine - in der Zeichnung nicht dargestellte - Leitung durch den Deckel 13 oder den Zylinder 6, wodurch dad Ueberlaufspülen der Anlage ermöglicht wird (vgl. Fig. 4).

Durch Unterbrechen des Förderstromes mittels einer Vorrichtung 24 kann das Behandlungsgut, ohne Beein­ flussung der Behandlungsflüssigkeit, direkt im Durchlauf­ verfahren mit externen Medien (z.B. Kaltwasser/Dampf), deren Einspeisung über eine Zuleitung 25 erfolgt, kon­ taktiert werden.

Weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung und Ueberwachung des Behandlungsvorganges bilden eine Ein­ richtung zur Flüssigkeitsentnahme 26 sowie eine Vorrich­ tung 27, für die definierte Zugabe von Hilfsstoffen.

Die Prozessüberwachung wird im weiteren unterstützt durch zwei Drucksensoren 28, 29 in den Förder- respektive Ansaugkanälen 7, 8, einer Vorrichtung zur in­ duktiven Durchflussmessung 30, einem Temperatursensor 31 sowie einer By-Pass-Einrichtung 32, zur Ermittlung des aktuellen Farbauszugs der Behandlungsflüssigkeit mittels einer Farbmetriksonde.

Der untere Teil der Einrichtung ist umgeben von einer einteiligen, stülpbaren Verschalung 33, welche ohne Demontage von festverbundenen Apparateteilen entfernt werden kann, was einen problemlosen Unterhalt gewähr­ leistet.

Die Verschalung 33 wird unten durch ein als Auffangwanne ausgebildetes Bodenblech 34 abgeschlossen.

Ein mit der Pumpe verbundenes Reinigungs- und Einspeise- bzw. Entleerungssystem 35 gewährleistet eine komplette Systementleerung und einwandfreie Reini­ gung.

In die Apparateverschalung ist eine schwenk­ bare Bedienungseinheit 36 integriert.

Die Fördervorrichtung 1 besteht, wie aus der Fig. 2 respektive 3 ersichtlich, in ihrem prinzipiellen Aufbau aus einer Drehschieberpumpe 37 und einem Magnet­ läufermotor 38, welche über eine Welle 39 miteinander verbunden sind. Der Permanentmagnet-Läufer 40 des Antriebs 38 ist von einem Gehäuse 41 vollständig eingeschlossen. Er wird durch einen ausserhalb des Gehäuses angeordneten, rotierenden Topf-Magneten angetrieben. Das Totvolumen des Motors kann damit klein gehalten werden und es entstehen keine Dichtungsprobleme.

Durch den Einbau von Verdrängungskörpern 42 wird das Totvolumen der Fördervorrichtung weiter ver­ kleinert werden.

Die beiden Förder- respektive Absaugkanäle 7, 8 sind durch Bohrungen 43 über den Antriebsraum kurzge­ schlossen, wodurch bei Umkehrung der Förderrichtung ein rascher Druckausgleich erzielt und somit eine Schonung des Antriebsmotors erreicht wird.

Um eine Verunreinigung der Behandlungsflüssig­ keit durch Verschleissteile zu verhindern, werden die Schieber 44, die Reibpartie 45, die Rollen- bzw. Gleit­ lager 46, der Rotor 47 sowie die Lager- und Auflaufpartie 48 der Welle 39 mit abriebfesten und chemisch beständigen Materialien (Keramik, Glas, Legierungen auf Eisen-Chrom- Nickel/Triboloy-Basis) beschichtet respektive durch solche ersetzt.

Die beiden Oeffnungen 49 im Pumpen- und An­ triebsteil dienen der Entleerung und Reinigung.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das bis auf die Fördervorrichtung 1 der ersten Ausführung im wesentlichen entspricht. Des­ halb kann auf die Beschreibung der entsprechenden, mit gleichen Bezugsziffern versehenen Elementen verzichtet werden. Die Fördervorrichtung 1 ist als Peripheralrad­ pumpe ausgebildet (vgl. auch Fig. 5). Das Peripheralrad 50 weist an seinem Umfang seitliche, an der Vorder- und Rückseite versetzt angeordnete Ausnehmungen 52 auf, die mit einem Pumpenkanal 53 zusammenwirken. In den Pumpen­ kanal 53 münden Förder- und Absaugkanal 7 und 8 (in Fig. 5 strichliert angedeutet). Das Peripheralrad 50 kann mittels einem Antriebsmotor 54 in beiden Rotationsrichtungen rotiert werden, womit die Förderrichtung umkehrbar ist. Die Einrichtungen 26, 27 zur Flüssigkeitsentnahme und für die Zugabe von Hilfsstoffen münden direkt in den Kanal 53 der Pumpe womit gewährleistet ist, dass die Hilfs­ stoffe sich gut in der Behandlungsflüssigkeit verteilen. Dasselbe gilt für die By-Pass-Einrichtung 32 zur Ermitt­ lung des aktuellen Farbauszugs der Behandlungsflüssigkeit. Um die Verunreinigung der Behandlungsflüssigkeit zu ver­ meiden, ist ebenfalls die Reibpartie 55 des Pumpengehäuses sowie das Gleitlager 56 für die Antriebswelle 57 mit einem chemisch beständigen Material beschichtet. Die Antriebswelle 57 ist an ihrem Austritt aus dem Pumpenge­ häuse mittels einer Gleitringdichtung 58 abgedichtet und mittels einer Kupplung 59 an die Motorwelle angeschlossen.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, sind in beiden Ausführungen Pumpen mit kleinem Tot­ volumen vorhanden, die reversierbar und pulsfrei arbeiten und auch bei agressiven Behandlungsflüssigkeiten gut ab­ dichtbar sind. Damit lassen sich praxisnahe und vor allem reproduzierbare Versuchsergebnisse erzielen, indem kon­ trollierte Flüssigkeitsströmungen erzeugbar sind.

Dem selben Zweck dient die Ausgestaltung der Materialträger 3, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt sind. Die zentral und koaxial angeordneten Förder- und Absaugkanäle 7, 8 ergeben eine Gleichverteilung der Strömung im Behandlungsbehälter.

In Fig. 6 und 7 sind zwei Materialträgereinsätze 3 dargestellt, die wahlweise einsetzbar sind. Die Aus­ führung in Fig. 6 ist zur Aufnahme eines Textilwickels mit einer starren Materialträgerhülse 60 (links in der Figur) oder einer flexiblen Materialträgerhülse 61 wähl­ barer Höhe versehen. Die Materialträgerhülse besitzt Durchbrechungen für den Durchtritt der Behandlungsflüssig­ keit. Sie ist mittels einem ge­ schlossenen, der Hülsenhöhe jeweils angepassten Distanz­ rohr 62 über einen Dichtungsring 63 gehalten. Die Wickel­ höhe ist damit bei gleichbleibendem Verdrängungskörper 18 wählbar. Aussen an der Materialträgerhülse 60, 61 ist eine nach oben offene Strömungshülse 64 vorgesehen, welche sich etwa über die Höhe der Materialträgerhülse bzw. des Wickels erstreckt. Damit wird der Strömungsweg der Behand­ lungsflüssigkeit festgelegt. Die Strömungsumlenkung zwischen zentralem Einlass 8 und Zylinder 4 erfolgt nicht im und durch den Wickel, sondern durch das Strömungsrohr (vgl. Fig. 4), womit weniger Turbulenzen entstehen, welche zu ungewollten Unterschieden in der Strömungsgeschwindig­ keit bzw. der Temperaturen durch den Wickel führen können. Die gleichmässige Temperaturverteilung über den Wickel ergibt sich ferner durch einen Wärmetauschereffekt, ins­ besondere bei grossem Wickeldurchmesser oder wenn die Wickelhöhe über die direkt beheizte Höhe des Zylinders 4 reicht. Die Strömungshülse 64 ist austauschbar und kann der Wickelhöhe angepasst werden. Sie gewährleistet eine gute Reproduzierbarkeit der Versuchsresultate.

Alternativ dazu kann der Materialträgerein­ satz 3 als Korb ausgebildet sein, wie in Fig. 7 gezeigt. Der Korb 65 besitzt unten und oben eine durchbrochene Wand 66, 67 und ist seitlich durch eine Hülse 68 ge­ schlossen, welche das Volumen des Korbes festlegt. Der Korb, bzw. das darin enthaltene Textilmaterial wird damit von unten nach oben oder umgekehrt von der Behandlungs­ flüssigkeit durchströmt. Da sein Volumen durch die je­ weilige Hülsenhöhe festgelegt ist, lässt sich eine repro­ duzierbare Textilmaterialdichte erzielen. Verschiedene Volumina lassen sich durch die Wahl der Hülsenhöhe ein­ stellen.

Mit der beschriebenen Laboreinrichtung wird ein Gerät geschaffen, mit welchem mittels nur weniger Austauschteile ein weiter Versuchsbereich abdeckbar ist. Die in allen Anwendungsfällen wohldefinierten Strömungs- und Temperaturverhältnisse gestatten es, Versuche mit sehr guter Reproduzierbarkeit realitätsgetreu durchzu­ führen.

Claims (12)

1. Einrichtung für den Laborgebrauch zur Nassbehandlung von Textilmaterial, wobei ein Materialträger (3) im wohldefinierten Strömungsweg einer Behandlungs­ flüssigkeit in einem Behandlungsbehälter (2) angeordnet ist, welcher seinerseits mit einer Fördervorrichtung (1) für die Behandlungsflüssigkeit zu einer Baueinheit zu­ sammengefasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die För­ dervorrichtung eine Pumpe mit rotierendem Förderteil für die Erzeugung einer pulsationsfreien Strömung der Be­ handlungsflüssigkeit aufweist, deren Rotationsrichtung zum Reversieren der Strömung im Strömungsweg umkehrbar ist.

2. Einrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Zentrifugalpumpe ist.

3. Einrichtung nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Behandlungsflüssigkeit in Kontakt stehenden Teile der Pumpe mit abriebfesten und bezüglich der Behandlungs­ flüssigkeit chemisch beständigen Beschichtungen versehen sind, respektive aus solchen Materialien bestehen.

4. Einrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bei­ den Förder- bzw. Absaugkanäle (7, 8) kurzgeschlossen sind, um beim Reversieren der Strömung einen Druckausgleich in der Pumpe zu erzielen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Fördervorrichtung (1) und Behand­ lungsbehälter (2) durch zentral und koaxial angeordnete Förder- und Absaugkanäle (7, 8) verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, da­ durch gekennzeichnet, dass der Materialträger (3) mit einer röhrenförmigen Spitze (15) ausgebildet ist, mittels welcher er in den Behandlungsbehälter einsetzbar ist und so zwangsweise zentriert wird, wobei diese Spitze gleich­ zeitig das Endstück des inneren der koaxial angeordneten Förder- und Absaugkanäle darstellt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Material­ trägers (3) zur Reduktion des Totvolumens mindestens im Bereich einer Materialtrommel (19) zu einem Verdrängungskörper (18) erweitert ist.

8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Materialträger eine seitlich durchbrochene Materialträgerhülse besitzt zur Aufnahme eines Textilmaterialwickels, durch welche der Strömungs­ weg hindurch verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Materialträgerhülse eine aussen am Textilmaterialwickel angeordnete, oben offene Strömungshülse vorgesehen ist, wobei der Strömungsweg um die Oberseite der Strömungshülse herum geführt wird.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialträger einen Materialkorb besitzt, der unten und oben von einer durchbrochenen Wand und seitlich von einer geschlossenen Hülse begrenzt ist, wobei durch die Wahl der Hülsenhöhe das Volumen des Materialkorbs einstell­ bar ist und wobei der Strömungsweg vertikal durch den Materialkorb hindurch verläuft.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (24) zur Unter­ brechung des Flottenkreislaufs vorgesehen ist, um das Behandlungsgut direkt mit externen Medien in Kontakt zu bringen.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass im Kreislauf der Behandlungsflüssig­ keit eine Vorrichtung (32) zur direkten farbmetrischen Analyse derselben angeordnet ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Behandlungsbehälter (2) seit­ lich und unten in direktem Kontakt umgebende Heiz- respektive Kühlwicklungen (9, 10) vorgesehen sind.