EP0796934B1 - Beheizte Galette zum Erwärmen synthetischer Fäden - Google Patents

Beheizte Galette zum Erwärmen synthetischer Fäden Download PDF

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EP0796934B1
EP0796934B1 EP97101768A EP97101768A EP0796934B1 EP 0796934 B1 EP0796934 B1 EP 0796934B1 EP 97101768 A EP97101768 A EP 97101768A EP 97101768 A EP97101768 A EP 97101768A EP 0796934 B1 EP0796934 B1 EP 0796934B1
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casing
galette
heaters
heating
godet
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Matthias Bührer
Heinz Von Arx
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Retech AG
Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Original Assignee
Retech AG
Zinser Textilmaschinen GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/14Tools, e.g. nozzles, rollers, calenders
    • H05B6/145Heated rollers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02JFINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J13/00Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
    • D02J13/005Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass by contact with at least one rotating roll

Definitions

  • the invention relates to a heated godet for heating synthetic Threads.
  • GB-A-1 089 529 has therefore already proposed to use the godet in a short-wave infrared radiation emitter arranged inside heat.
  • This heater is said to have infrared radiation with a wavelength between 3.5 and Blast 4.2 ⁇ m. Between the one heater arranged in the axis of rotation of the godet there is a considerable distance. Because the radiation intensity with the square of the distance decreases, a very high heating output and heating density of the heater is required. she will further increased by the all-round radiation of only one heater.
  • the invention was therefore the object of a solution for Specify heating especially for large godets that are used in both Construction is simpler and more modest in terms of energy consumption. she solves this problem by the in the hallmark of the main claim specified characteristics.
  • the infrared radiant heater proposed according to the invention have the advantage that they directly coat the galette a radiation, the wavelength of which is at its maximum between approximately 1 ⁇ m and 2.5 ⁇ m after execution. This wavelength in the metallic cladding of the godet is low-loss in heat
  • Such infrared radiant heaters are, for example, by offered the Heraeus company. So far they are - also in textile Area - for direct, contactless heating of organic material in the form of one-dimensional (threads) or two-dimensional (Foils, fabrics, nonwovens etc.) products used in uniform Pass the distance in front of the infrared radiant heater.
  • Another application is direct, contactless heating of three-dimensional objects (e.g. burning in of Paintwork), the different distances to the infrared radiant heater exhibit. In both cases it is Non-contact heat transfer through radiation is essential.
  • the invention has recognized that indirect transfer of thermal energy by means of radiation from infrared radiant heaters also when heating inductively heatable heat carriers is advantageous, which is at a constant distance from the Radiant heaters move and heat up via convection the objects ultimately to be heated. It has shown, that energy loss due to scattered radiation is very low are, especially if the radiant heater on their the side to be heated facing away with a reflective coating are provided.
  • a shaft 4 of a godet 5 rotatably mounted.
  • the shaft 4 is in itself driven in a known manner, for example by means of an electric motor.
  • the hub 6 of the godet 5 is by means of a conical seat 7 and one only indicated screw 8 on the free end of shaft 4 attached.
  • the tubes 10 of infrared (IR) radiant heaters 11 or 12, 12 ', 12 "attached in protrude the interior of the godet 5 and close to the inner surface 13 of the jacket 14 of the godet.
  • IR infrared
  • Fig. 1 are the infrared radiant heaters 11 so long that its radiant area 15 over the extends the entire inner length of the godet 5 and accordingly the Heat the godet evenly along its entire length.
  • twelve IR radiation heaters 11 equidistant to the axis of rotation of the godet 5 and preferably also to each other on an imaginary, 5 coaxial to the axis of rotation of the godet Cylinder surface arranged.
  • the individual IR radiant heaters can, however, also be one larger or smaller number of the same can be used.
  • the jacket 14 of the godet 5 there is also at least one temperature sensor 16 arranged of a measurement signal of the temperature of the jacket 14 of the godet forms and known, not here in detail shown way, for example by means of contactless Transmission elements, to a temperature control device forwards.
  • the heat requirement of the godet 5 above their Length is usually not uniform, be it that the radiation in the edge areas is larger than in the middle area, be it that in the inlet area of the treated threads a greater heat requirement exists as in the drain area.
  • at least some of the infrared radiant heaters 12, 12 ', 12 "so are trained that their radiating area is each only extends over part of the inner length of the godet 5 and it accordingly the godet only in the opposite one Zone 17, 17 ', 17 "warm their entire length.
  • the godet 5 be designed to be radiating and thus the base load of the Provide heating while only part of it the length of the infrared radiation heater 12 radiating from the godet, 12 ', 12 "the respective additional requirement in the individual zones 17, 17 ', 17 "cover.
  • the IR radiation heaters 12, 12 ', 12 each only one Heating part of the length of the godet 5 is particularly with this Embodiment usually a larger number of IR radiation heaters required. Since the number of usable IR radiant heaters, however, are limited due to space constraints here also preferably IR radiation heaters of greater radiation density used per unit length. Because here only zones 17, 17 ', 17 “the length of the godet by groups of IR radiant heaters are heated, at least each of these zones a separate temperature sensor 16, 16 'and (not visible) 16 "assigned.
  • the zone-wise supply and regulation of the heating output is however not only an advantage if the heating is even Galette is aimed for over its entire length. Rather, it is also expedient if, for example, different zones along the Length of the godet should have 5 different temperatures.
  • the infrared radiation heaters 11, 12, 12 ', 12 heat the jacket 14 of the godet 5 from the inside to the desired temperature of e.g. 250 ° C. To reach this temperature and also below to be able to keep up with the changing demand for heat output actual measured values given by the temperature sensors 16, 16 ', 16 " in a temperature control device with a predetermined Setpoint value compared and, in the event of deviations, the duty cycle or the supply voltage of the infrared radiant heaters 11, 12, 12 ', 12 " controlled so that the required temperature of the jacket 14 of the Galette 5 is reached and held.
  • the IR radiation heaters 11, 12, 12 ', 12 can be used as simple Quartz glass tubes can be formed, in which the wire coil electrical resistance heating is arranged.
  • the wire coil electrical resistance heating is arranged to a high Heating output per unit length or per irradiated area unit to achieve, however, are advantageously those in FIG. 4 shown double IR radiant heater used.
  • these IR radiant heaters show in cross section about 8-shaped, made of quartz glass tubes 10 'in which two wire coils 19 are arranged.
  • a typical assembly of a godet with the above Dimensions consists, for example, of six heating elements with 750 W each heat the rear zone 17 ", six heating elements with 1000 W each, which heat the middle zone 17 'and 4 heating elements with 600 W each, which heat the front zone 17.
  • the infrared radiation heaters 11, 12, 12 ', 12 are on one side with a reflective coating 20, for example made of evaporated metal such as gold, the radiation towards the jacket 14 of the godet 5 bundles. This makes useless scattered radiation against wave 4 the godet 5 avoided and reduced energy consumption.

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Description

Die Erfindung betrifft eine beheizte Galette zum Erwärmen synthetischer Fäden.
Es ist bekannt, Galetten der genannten Art mittels erhitzter flüssiger oder gasförmiger, gegebenenfalls verdampfter Medien zu beheizen. Auch das Beheizen mittels elektrischer Widerstandsheizungen ist bekannt. Ganz überwiegend erfolgt das Erwärmen der Galetten jedoch durch Induktionsheizungen, bei denen im Innern der Galette wechselstromgespeiste Primärwicklung angeordnet wird, die in dem aus magnetostriktivem Material wie Stahl oder Kupfer bestehenden Mantel der Galette durch induzierte Wirbelstrombildung Wärme erzeugt. Hierbei ist es auch schon bekannt (DE 43 13 837 C1), verschiedene Zonen der Galette unterschiedlich zu erwärmen oder unterschiedlichen Wärmebedarf derartiger Zonen durch geregelte Zufuhr von Energie zu befriedigen.
Der technische Aufwand für solche induktive Heizungen ist jedoch insbesondere bei Galetten mit großem Durchmesser von bspw. 300 mm und großer Baulänge von bspw. 500 mm sehr hoch. Auch der Energieverbrauch ist infolge der mit Heizungen dieser Art verbundenen hohen Verlustleistungen sehr hoch.
In der GB-A-1 089 529 ist daher schon vorgeschlagen wurden, die Galette mittels eines in ihrem Innern angeordneten, kurzwellige Infrarotstrahlung aussendenden Heizers zu erwärmen. Dieser Heizer soll Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 3,5 und 4,2 µm abstrahlen. Zwischen dem einen, in der Drehachse der Galette angeordneten Heizer besteht ein erheblicher Abstand. Da die Strahlungsintensität mit dem Quadrat des Abstandes abnimmt, ist eine sehr hohe Heizleistung und Heizdichte des Heizers erforderlich. Sie wird durch das Rundum-Abstrahlen des nur einen Heizers weiter erhöht.
Der Erfindung war daher die Aufgabe gestellt, eine Lösung für das Beheizen insbesondere großer Galetten anzugeben, die sowohl im Aufbau einfacher als auch im Energiebedarf bescheidener ist. Sie löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale.
Es ist zwar schon bekannt (GB 2 216 457 B), einen rotierenden Streckstift mittels eines Heizkörpers zu erwärmen, in dessen Innerem ein elektrischer Widerstandsheizer angeordnet ist und von dem aus der Mantel des Streckstiftes durch Strahlung erwärmt wird. Die hierdurch bewirkte Strahlung besteht jedoch aus sehr langwelliger Wärmestrahlung, die für den vorliegenden Anwendungsfall einen ungünstigen Wirkungsgrad hat. Die Heizeinrichtung ist ferner träge, da der Widerstandsheizer zunächst den Heizkörper erwärmen muß, bevor dieser durch Strahlung den Mantel des Streckstiftes erwärmen kann.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Infrarot-Strahlungsheizer haben den Vorteil, daß sie den Mantel der Galette unmittelbar mit einer Strahlung beaufschlagen, deren Wellenlänge ihr Maximum je nach Ausführung zwischen etwa 1 um und 2,5 µm hat. Diese Wellenlänge wird im metallischen Mantel der Galette verlustarm in Wärme umgesetzt.Derartige Infrarot-Strahlungsheizer werden bspw. durch die Firma Heraeus angeboten. Sie werden bisher - auch im textilen Bereich - zum direkten berührungslosen Erwärmen organischen Materials in Form eindimensionaler (Fäden) oder zweidimensionaler (Folien, Gewebe, Vliese usw.) Produkte verwendet, die in gleichmäßigem Abstand vor den Infrarot-Strahlungsheizer vorbeilaufen. Ein anderer Anwendungsfall ist das direkte berührungslose Erwärmen von dreidimensionalen Objekten (bspw. Einbrennen von Lackierungen), die unterschiedliche Abstände zu den Infrarot-Strahlungsheizer aufweisen. In beiden Fällen ist die berührungslose Wärmeübertragung durch Strahlung wesentliche Voraussetzung.
Die Erfindung hat erkannt, daß das indirekte Übertragen der Wärmeenergie mittels der Strahlung von Infrarot-Strahlungsheizern auch beim Erwärmen von an sich induktiv beheizbaren Wärmeträgern von Vorteil ist, die sich in gleichbleibendem Abstand vor den Strahlungsheizern bewegen und die ihre Wärme über Konvektion an die letztlich zu erwärmenden Objekte übertragen. Es hat sich gezeigt, daß Energieverlust durch Streustrahlung hierbei sehr gering sind, insbesondere dann, wenn die Strahlungsheizer auf ihrer der zu beheizenden Oberfläche abgekehrten Seite mit einem Reflexbelag versehen sind.
In den Figuren der Zeichnung ist die Erfindung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
Fig. 1
den Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Galette;
Fig. 2
den Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Galette;
Fig. 3
den Querschnitt durch die Galette der Fig. 1 in der Ebene A-A dieser Figur;
Fig. 4
den Querschnitt durch einen Doppel-IR-Strahlungsheizer.
In der Lagerbüchse 1 einer ortsfesten Tragplatte 2 ist mittels zweier Wälzlager 3 eine Welle 4 einer Galette 5 drehbar gelagert. Die Welle 4 ist an ihrem gebrochen dargestellten Ende in an sich bekannter Weise angetrieben, bspw. mittels eines Elektromotors. Die Nabe 6 der Galette 5 ist mittels eines Kegelsitzes 7 und einer nur angedeuteten Schraube 8 auf dem freien Ende der Welle 4 befestigt.
In Bohrungen 9 der Tragplatte 2 sind die Rohre 10 von Infrarot(IR)-Strahlungsheizern 11 bzw. 12, 12', 12" befestigt, die in den Innenraum der Galette 5 ragen und dicht vor der Innenfläche 13 des Mantels 14 der Galette stehen.
In der Ausführungsform der Fig. 1 sind die Infrarot-Strahlungsheizer 11 so lang, daß sich ihr strahlender Bereich 15 über die ganze innere Länge der Galette 5 erstreckt und sie demgemäß die Galette auf deren ganzer Länge gleichmäßig erwärmen. In der dargestellten Ausführungsform sind zwölf IR-Strahlungsheizer 11 äquidistant zur Drehachse der Galette 5 und vorzugsweise auch zueinander auf einer gedachten, zur Drehachse der Galette 5 koaxialen Zylinderfläche angeordnet. Je nach Wärmebedarf und Heizleistung der einzelnen IR-Strahlungsheizer kann jedoch auch eine größere oder kleinere Anzahl derselben eingesetzt werden.
Im Mantel 14 der Galette 5 ist ferner mindestens ein Temperaturfühler 16 angeordnet, der ein Meßsignal der Temperatur des Mantels 14 der Galette bildet und auf bekannte, hier nicht im einzelnen dargestellte Weise, bspw. mittels berührungsloser Übertragungsglieder, an eine Temperatursteuerungs-Einrichtung weiterleitet.
Es hat sich gezeigt, daß der Wärmebedarf der Galette 5 über deren Länge meist nicht gleichmäßig ist, sei es, daß die Abstrahlung in den Randbereichen größer ist als im mittleren Bereich, sei es, daß im Zulaufbereich der behandelten Fäden ein größerer Wärmebedarf besteht als im Ablaufbereich. Um dem Rechnung zu tragen, kann gemäß der Ausführungsform der Fig. 2 vorgesehen sein, daß zumindest einige der Infrarot-Strahlungsheizer 12, 12', 12" so ausgebildet sind, daß ihr strahlender Bereich sich jeweils nur über einen Teil der inneren Länge der Galette 5 erstreckt und sie demgemäß die Galette nur in der ihnen jeweils gegenüberliegenden Zone 17, 17', 17" deren ganzer Länge erwärmen. Dabei können zumindest einige der Infrarot-Strahlungsheizer über die ganze Länge der Galette 5 strahlend ausgebildet sein und so die Grundlast der Beheizung zur Verfügung stellen, während die nur über einen Teil der Länge der Galette strahlenden Infrarot-Strahlungsheizer 12, 12', 12" den jeweiligen Zusatzbedarf in den einzelnen Zonen 17, 17', 17" decken.
Da hier die IR-Strahlungsheizer 12, 12', 12" jeweils nur einen Teil der Länge der Galette 5 beheizen, ist insbesondere bei dieser Ausführungsform in der Regel eine größere Anzahl von IR-Strahlungsheizern erforderlich. Da die einsetzbare Anzahl von IR-Strahlungsheizer jedoch aus Platzgründen begrenzt ist, werden hier auch vorzugsweise IR-Strahlungsheizer größerer Strahlungsdichte je Längeneinheit verwendet. Da hier auch jeweils nur Zonen 17, 17', 17" der Länge der Galette durch Gruppen von IR-Strahlungsheizer beheizt werden, ist jeder dieser Zonen mindestens ein gesonderter Temperaturfühler 16, 16' und (nicht sichtbar) 16" zugeordnet.
In der Ausführungsform der Fig. 2 ist von drei Zonen 17, 17' und 17" ausgegangen. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, nur zwei oder aber auch mehr als drei Zonen vorzusehen.
Die zonenweise Zuführung und Regelung der Heizleistung ist jedoch nicht nur dann von Vorteil, wenn eine gleichmäßige Erwärmung der Galette über deren ganze Länge angestrebt ist. Sie ist vielmehr auch dann zweckmäßig, wenn bspw. verschiednen Zonen entlang der Länge der Galette 5 unterschiedliche Temperaturen aufweisen sollen.
Die elektrischen Energiezuleitungen zu den Infrarot-Strahlungsheizern 11, 12, 12', 12" sind bei 18 angedeutet.
Die Infrarot-Strahlungsheizer 11, 12, 12', 12" erhitzen den Mantel 14 der Galette 5 von innen auf die gewünschte Temperatur von bspw. 250 C°. Um diese Temperatur zu erreichen und auch unter wechselndem Bedarf an Wärmeleistung halten zu können, werden die von den Temperaturfühlern 16, 16', 16" abgegebenen Ist-Meßwerte in einer Temperatur-Regelvorrichtung mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und bei Abweichungen die Einschaltdauer oder die Speisespannung der Infrarot-Strahlungsheizer 11, 12, 12', 12" so gesteuert, daß die erforderliche Temperatur des Mantels 14 der Galette 5 erreicht und gehalten wird.
Die IR-Strahlungsheizer 11, 12, 12', 12" können als einfache Quarzglasrohre ausgebildet sein, in denen die Drahtwendel der elektrischen Widerstandsheizung angeordnet ist. Um eine hohe Heizleistung je Längeneinheit oder je bestrahlter Flächeneinheit zu erreichen, werden jedoch vorteilhafterweise die in Fig. 4 dargestellten Doppel-IR-Strahlungsheizer verwendet. Wie aus der Figur erkennbar, weisen diese IR-Strahlungsheizer im Querschnitt etwa 8-förmige, aus Quarzglas bestehende Rohre 10' auf, in denen zwei Drahtwendeln 19 angeordnet sind.
Eine typische Bestückung einer Galette mit den oben genannten Abmessungen besteht bspw. aus sechs Heizstäben mit je 750 W, die die hintere Zone 17" beheizen, sechs Heizstäben mit je 1000 W, die die mittlere Zone 17' beheizen und 4 Heizstäben mit je 600 W, die die vordere Zone 17 beheizen.
Die Infrarot-Strahlungsheizer 11, 12, 12', 12" sind einseitig mit einem Reflexbelag 20 bspw. aus aufgedampftem Metall wie Gold belegt, der die Strahlung in Richtung auf den Mantel 14 der Galette 5 bündelt. Damit wird nutzlose Streustrahlung gegen die Welle 4 der Galette 5 vermieden und der Energieverbrauch vermindert.
Bezugszahlenliste
1
Lagerbüchse
2
Tragplatte
3
Wälzlager
4
Welle
5
Galette
6
Nabe
7
Kegelsitz
8
Schraube
9
Bohrungen
10, 10'
Rohre
11
Infrarot-Strahlungsheizer
12, 12', 12"
Infrarot-Strahlungsheizer
13
Innenfläche
14
Mantel
15
Strahlender Bereich
16, 16'
Temperaturfühler
17, 17', 17'
Zonen
18
Energiezuleitung
19
Drahtwendel
20
Reflexbelag

Claims (6)

  1. Beheizte Galette (5) zum Erwärmen synthetischer Fäden, mit einem hohlen, thermisch leitenden, um ein Achse drehbaren Mantel (14), der eine Umfangsfläche zum Aufnehmen mindestens einer Windung eines zu erwärmenden synthetischen Fadens aufweist und in dessen Innerem ein kurzwellige Infrarotstrahlung abgebender, in ein Quarzrohr eingebetteter Strahler parallel zur Drehachse der Galette angeordnet ist, wobei Mittel zum drehbaren Lagern der Galette vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl parallel zueinander und in gleichem Winkelabstand angeordneter kurzwelliger Infrarot-Strahler (11; 12, 12', 12") mit einem Wellenlängen-Maximum zwischen etwa 1 und 2,5 um im Innern des Mantels, der Innenfläche (13) des Mantels zugekehrt und zum Beheizen des Mantels angeordnet sind, wobei die Heizer jeweils mindestens ein in das geschlossene Quarzrohr (10, 10') eingebettetes Heizelement (19) aufweisen.
  2. Galette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum drehbaren Lagern der Galette (5) eine ortfeste Tragplatte (2) aufweisen, an der die Heizer (11; 12, 12', 12") mit ihrem einen Ende befestigt sind und sich in Längsrichtung parallel zur Drehachse und dicht an dessen Innenfläche (13) in den Mantel (14) erstrecken.
  3. Galette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizer (11; 12, 12', 12") mit einem Reflexbelag (20) versehen sind, der die Infrarotstrahlung sammelt und auf die Innenfläche (13) des Mantels (14) wirft.
  4. Galette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel (14) mindestens ein Temperaturfühler (16, 16') angeordnet ist, der mit den Heizern (11; 12, 12', 12") zum Steuern von deren Heizleistung verbunden ist/sind.
  5. Galette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von kurzwelligen Heizern (12, 12', 12") aufweist, die so ausgebildet und im Mantel (14) in axialer Richtung der Galette (5) so versetzt angeordnet sind, daß sie diesen in axialer Richtung der Galette (5) versetzten Zonen (17, 17', 17") auf unterschiedliche Temperaturen aufzuheizen gestatten.
  6. Galette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zone (17, 17', 17") des Mantels (14) mindestens ein Temperaturfühler (16, 16') angeordnet ist, der mit den Heizern (12, 12', 12") zum unabhängigen Steuern der Heizleistung in der betreffenden Zone verbunden ist.
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