EP2904138A1 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung von endlosen fasern, fäden oder warenbahnen, insbesondere zur elektrolyse oder zur reinigung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur behandlung von endlosen fasern, fäden oder warenbahnen, insbesondere zur elektrolyse oder zur reinigung

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EP2904138A1
EP2904138A1 EP13736758.7A EP13736758A EP2904138A1 EP 2904138 A1 EP2904138 A1 EP 2904138A1 EP 13736758 A EP13736758 A EP 13736758A EP 2904138 A1 EP2904138 A1 EP 2904138A1
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EP
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bath
threads
webs
endless fibers
displacement body
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Truetzschler GmbH and Co KG
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    • D06C7/00—Heating or cooling textile fabrics
    • D06C7/04—Carbonising or oxidising

Definitions

  • the invention relates to a bath and a process for the treatment of endless fibers, filaments or webs, in particular for electrolysis or for cleaning, comprising a bath tank, which is at least partially filled with a process liquid and having means for introducing the endless fibers, threads or webs.
  • the invention relates to carbonization plants in which endless fibers, filaments or plastic webs are oxidized, carbonized and subjected to a surface treatment in a combined electrolysis and washing bath.
  • the fibers are introduced by means of deflection rollers in a bath, treated electrochemically or only chemically, and led out by means of deflection rollers from the bath.
  • the baths can - depending on the treatment time and the passage speed of the fibers - be over 50 meters long, which enormously increases the cost of producing the baths and the volume of liquid to be used.
  • a complete and uniform treatment of the fiber strands across the width of the bath is not always guaranteed, since uneven flows can occur within the bath. With the size of the resulting bathrooms, an easy-to-open cover of the baths and a reliable extraction of vapors are difficult to realize.
  • the bath comprises a bath container, which is at least partially filled with a process liquid and means for introducing the endless fibers, threads or webs, wherein the means are arranged such that the endless fibers, filaments or web in V-shape to be routed through the bath.
  • the means for introducing the endless fibers, threads or webs are two guide rollers and a dipping roller. These are also arranged in V-shape, wherein the guide rollers is arranged in each case in the region of an edge of the bath container, and the fountain roller retractable in the middle in the bath container. It can thus, compared to the prior art, be operated with a roller less the bath, which means a large cost advantage in the roll lengths and diameters. A further improvement is achieved in that the bath tank is formed in a V-shape.
  • a first volume reduction of the required process fluid can be achieved.
  • the process liquid such as electrolysis liquid or washing liquid
  • the associated components we pumps, piping, etc. can be made smaller, which makes the system more compact and cheaper.
  • a smaller amount of process liquid also means a smaller problem in the disposal or treatment of the process liquid, which lowers the operating costs for the system.
  • the dipping roller is arranged on a displacement body, results in a simple attachment for the fountain roller, which therefore does not have to be arranged on or in the bath tank.
  • the displacement body reduces the required process fluid, so that the advantages listed above come into their own again.
  • the displacer is arranged vertically movable and can move in and out of the bath container.
  • the displacer can be completely extended with the dip roller from the bath.
  • the endless fibers, threads or web can be inserted into the bath without the operator coming in contact with the process liquid.
  • the endless fibers can be introduced in an almost straight line between the deflection and dipping rollers. Only with the lowering of the displacement of the V-shaped passage of the endless fibers through the bath tank.
  • the displacer has a shape corresponding to the bath container, so that in shut down state of the displacer between the displacer and the bath tank forms a filled with process liquid channel through which the endless fibers, filaments or web are guided.
  • the channel serves to further reduce the required volume of process fluid.
  • advantageous flow conditions for the treatment of the endless fibers can be adjusted via the channel, which significantly reduce the residence time and thus contribute to the further reduction of the bath lengths.
  • the process fluid may be adjusted in the cocurrent or countercurrent process in the channel, which may affect the treatment of the continuous fibers.
  • the baths are advantageously designed so that a plurality of baths can be arranged in a modular manner next to each other.
  • the scaffolds of the baths can be arranged so that between two freestanding baths another bathroom is suspended, with only the horizontal scaffolding parts and two vertical supports are needed. Due to the arrangement of the guide rollers above the bath container, two bath tanks can divide a guide roller.
  • the displacement body has a hood for covering the bath container.
  • the integration of the hood with the displacer creates a secure cover of the bath container. Contrary to the prior art, it is not necessary to first open the hood, and then move the displacer with the fountain roller. Another advantage is the cost-effective arrangement of the hood, which no longer needs to be attached to its own joints and opened.
  • a simultaneous vertical displacement of the displacer with the hood and the suction allows a reliable operation.
  • the bath container With the raising of the displacer, for example, to insert a new continuous fiber, the bath container is opened at the same time. In contrast to the prior art, this can be done automatically according to the invention, whereby a malfunction is excluded. In operation, the bathrooms are always closed, so that for example in an electrolysis this can never be operated with the hood open.
  • the bath is designed as a washing bath, it being possible to use, for example, water or demin water as the process liquid.
  • the bath can be performed completely electrically isolated.
  • the cathodes can be arranged on the displacement body, so that they can be exchanged when moving out of the displacement.
  • the cathodes are active in this design only when they dip into the process liquid and an electrical connection is made via the endless fibers to the guide roller, which is designed as an anode roller.
  • the inventive method for treating endless fibers, threads or webs, in particular for electrolysis or for cleaning, in which the endless fibers, filaments or webs in a bath tank with a process liquid are performed is characterized in that the endless fibers, filaments or web in V-shape are passed through the bath.
  • the residence time of the endless fibers in the bath can be increased, although the baths in the outer dimensions are significantly reduced.
  • a further advantageous improvement is achieved in that the endless fibers, threads or webs are passed through a channel in the bath tank, which is formed from a V-shaped bath tank and a corresponding thereto displacement body.
  • the displacement body serves to further reduce the required volume of process fluid.
  • advantageous flow conditions for the treatment of the endless fibers can be adjusted via the channel thus generated, which significantly reduce the residence time and thus contribute to the further reduction of the bath lengths.
  • the process fluid may be adjusted in the cocurrent or countercurrent process in the channel, which may affect the treatment of the continuous fibers.
  • the carbonization plant in which endless fibers, filaments or webs of plastic are oxidized, carbonized and subjected to surface treatment in a combined electrolysis and washing bath is characterized in that the endless fibers, filaments or webs in V-form by the electrolysis - And wash bath are passed.
  • the total carbonization plants can reach well over 100 m in length and are built in a separate hall. Each shortening of individual components significantly reduces the overall investment, so that shorter electrolysis and wash baths with the same residence time not only make the baths cheaper can be made, but this has a significant impact on the entire system.
  • a carbonization system with electrolysis and wash baths which have a V-shaped bath container with a corresponding displacement body, which can form a channel for the treatment of endless fibers, filaments or webs, has the advantage that the flow conditions in the channel can be adjusted in that the number of baths and their length can be reduced.
  • the entire system is thus shorter and it results in the entire carbonization process shorter throughput times, since the upstream memory, which should buffer the different operating times of the individual plant components, can be made smaller.
  • Figure 1 a side view of several electrolysis baths with subsequent washing baths
  • FIG. 2 an enlarged view of a washing bath
  • FIG. 3 is an enlarged view of an electrolytic bath
  • Figure 3a the free cross-section of an electrolysis
  • FIG. 1 shows a plant 1 for treating endless threads, fibers or webs, which consists inter alia of a combined electrolysis and washing bath.
  • the combined Electrolysis and washing bath can be part of an overall system in which, for example, endless fibers are carbonized from plastic.
  • the combined electrolysis and washing bath is then preceded by, for example, a memory and / or a pulling device, and arranged downstream of a winding device.
  • the combined electrolysis and washing bath comprises three electrolysis baths 2 arranged one behind the other and subsequently three washing baths 3 arranged one behind the other.
  • the baths 2, 3 can be arranged in a modular fashion one behind the other, wherein a part of a vertical stand 15 alone or in Connection with the skeleton of the next bath 2, 3 may be supporting. It can be seen that, depending on the materials to be processed, any other number of electrolysis and / or washing baths 2, 3 is possible or can be combined with one another.
  • Each bath 2, 3 has a bath tank 4, which is formed in this embodiment as an inverted trapezoid or triangle, that is substantially a V-shape, wherein in the lower tip of the trapezoid or the triangle, the inflow control 5 for the liquid of the bath 2, 3 is arranged.
  • a bath tank 4 which is formed in this embodiment as an inverted trapezoid or triangle, that is substantially a V-shape, wherein in the lower tip of the trapezoid or the triangle, the inflow control 5 for the liquid of the bath 2, 3 is arranged.
  • the guide rollers 6 are arranged in the upper region of the trapezoid or triangle in the region of the edges. Due to the modular design and the trapezoidal or triangular shape, it is sufficient that two juxtaposed baths 2, 3 divide a guide roller 6.
  • a displacement body 7 is arranged in each case, which can be completely pulled out of the bath tank 4. This can be done with a drive 8 such as a spindle or an automatic drive.
  • the displacer 7 also has a trapezoidal or triangular shape and can be completely immersed in the bath tank 4. This results in a very narrow channel 9 between displacer 7 and bath tank 4, which must absorb much less liquid than a bath 2, 3 without displacer 7.
  • Another decisive advantage is the concrete influence on the flow conditions in this narrow channel 9, so that, for example the fibers can be moved cocurrently or countercurrently through the liquid.
  • each trapezoidal or triangular displacement body 7 has in the region of its lower tip a fountain roller 11 which dips into the bath liquid and deflects the fibers within the bath 2, 3.
  • the fountain roller 11 may be rotatably integrated within the displacement body 7, or spaced from it rotatably attached.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a single washing bath 3.
  • a bath container 4 is arranged, into which a displacer body 7 can vertically move.
  • Both the bath container 4 as well as the displacement body 7 have in this embodiment a V-shaped form, which is similar to an inverted trapezoid.
  • a channel 9 is formed with an approximately constant cross-section.
  • the inflow control 5 is arranged, can be introduced into the bath tank 4 with the washing liquid.
  • a deflection roller 6 are arranged on both sides, on the additional pressing rollers 17 may be arranged.
  • the fibers 20 then pass between the deflection rollers 6 and the pressure rollers 17, which provide additional stripping of cleaning liquid from the washing bath 3.
  • This stripped cleaning liquid is supplied to the washing bath 3 again.
  • an overflow 10 is respectively arranged, with which the washing liquid from the channel 9 is supplied into or from the adjacent washing bath, so that over a plurality of series arranged in washing baths 3, a continuous flow can be generated.
  • the washing baths 3 are usually designed without electrical insulation.
  • a circulation medium can water or Demin water can be used, with an increased pump power can be used to increase the flow rate to increase the washing effect.
  • the displacement body 7 has at its lower end to a fountain roller 11 which is rotatably mounted on the displacement body 7, and is lowered at the same time in the bath tank 4.
  • a drive 8 which can be operated mechanically or automatically.
  • the fibers 20 are drawn in by the dipping roller 11 into the bath container 4, so that the fibers 20 run in a triangular or V-shaped course through the washing baths 3.
  • the large deflection of the fibers, together with a specially designed between the fountain roller 11 and the inflow control 5 Einströmer with an integrated flow straightener leads to a uniform loading and penetration of the individual fiber bundles with the liquid.
  • washing baths 3 can be modularly mounted in series, wherein the washing baths, not shown, then use the deflection rollers 6 of the washing bath 3 shown in FIG. Not shown but also a useful option is the cover of the washing baths 3 with a hood. 3
  • FIG. 3 shows an enlarged view of an electrolytic bath 2. Without repeating all the details of the almost identical construction of FIG. 2, the following differences should be pointed out here essentially:
  • the guide rollers 6 are designed for the electrolysis process as anode rollers 6a, whereas the cathodes 12 are arranged in the form of electric plates on the lateral walls of the displacer 7, so that they come into contact with the liquid when lowering the displacer 7 in the baths 2, ie are arranged in the resulting channel 9.
  • the fibers 20 In the upper position there is a free passage for the fibers 20 between the anode rollers 6a and the dipping roller 11 without the operators coming into contact with the electrolysis fluid.
  • the fibers can be pulled freely between the rollers 6a, 11 or they are alternatively, as shown here, quite easily on the rollers 6a, 11 on.
  • the fibers 20 When descending the displacer 7 by means of the drive 8 in the electrolytic bath 2, the fibers 20 are pressed by the fountain roller 11 into the electrolysis liquid.
  • a channel 9, in which the fibers pass through 20 forms. Simultaneously with the lowering of the displacement body 7, the electrolysis bath 2 is closed by the hood 13.
  • the Electrolysis baths 2 completely electrically isolated.
  • the bath container 4 and the subsequent piping may be at least partially made of plastic.
  • an electrolyte is used as a circulation medium.
  • FIG. 3 a shows in simplified form how a washing or electrolysis liquid is distributed in the bath container 4.
  • the bath container 4 may have a cross section 18 of, for example, 0.5 m 2 .
  • the volume of the bath container of course depends on the working width of the entire production plant, which can be between 0.5 and 5 m. Without displacer 7 as shown in Figure 3a, would thus require a lot of washing or electrolysis liquid, which covers the entire surface of the bath container 4 of 0.5 m 2 in a lateral view.
  • the cross section liquid 19 the amount of process liquid is shown, which is required when using a displacement body 7. This is shown in FIG. 3b. Due to the displacer 7 with the attached fountain roller 11, the required amount of liquid is much less than in the prior art, so that a cross-section liquid 19 of only 0.2 m 2 , so only 40% of the previous volume is needed.
  • V-shape of the baths 2, 3 and the displacer 7 creates a V-shaped channel 9, which has a much greater flow length, as can be seen by the outer dimensions of the combined electrolysis and wash bath.
  • the length of the electrolysis and wash baths can be drastically reduced.
  • the vertical mobility of the displacement body 7 allows unhindered insertion of fibers 20 into the plant without the operators coming in contact with the process liquid.
  • the baths shown here can be used not only as an electrolysis and washing bath, but also as a sizing bath, for example.
  • the design then corresponds to that of the washing bath 3 shown here, wherein the choice of material and the pump circuit are adjusted according to the liquid used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bad und ein Verfahren zur Behandlung von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zum Reinigen, umfassend einen Badbehälter (4), der zumindest teilweise mit einer Prozessflüssigkeit gefüllt ist und Mittel zum Einführen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel derart angeordnet sind, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn in V-Form durch das Bad geleitet werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage zu Carbonisierung.

Description

Titel: Bad und Verfahren zur Behandlung von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zur Reinigung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Bad und ein Verfahren zur Behandlung von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zur Reinigung, umfassend einen Badbehälter, der zumindest teilweise mit einer Prozessflüssigkeit gefüllt ist und Mittel zum Einführen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung Anlagen zum Carbonisieren, bei dem endlose Fasern, Fäden oder Warenbahnen aus Kunststoff oxidiert, carbonisiert und einer Oberflächenbehandlung in einem kombinierten Elektrolyse- und Waschbad unterzogen werden.
Bei bekannten Bädern zur Elektrolyse oder der nachfolgenden Reinigung von endlosen Fasern werden die Fasern mittels Umlenkrollen in ein Bad eingeleitet, elektrochemisch oder nur chemisch behandelt, und mittels Umlenkrollen aus dem Bad herausgeführt. Die Bäder können - in Abhängigkeit der Behandlungsdauer und der Durchlaufgeschwindigkeit der Fasern - bis über 50 Meter lang sein, was den Aufwand zur Herstellung der Bäder und des Volumens an zu verwendender Flüssigkeit enorm verteuert. Weiterhin ist eine vollständige und gleichmäßige Behandlung der Faserstränge über die Breite des Bades nicht immer sichergestellt, da sich auch innerhalb des Bades ungleichmäßige Strömungen einstellen können. Bei der Größe der dann entstehenden Bäder sind eine leicht zu öffnende Abdeckung der Bäder und eine zuverlässige Absaugung von Dämpfen nur schwer zu realisieren. Es ist Aufgabe der Erfindung ein Bad und ein Verfahren zur Behandlung von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zur Reinigung zu schaffen, dass eine verkürzte Baulänge aufweist, bei dem die Strömungsverhältnisse einstellbar sind und bei dem das Einlegen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen leicht möglich ist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch die Lehre nach Anspruch 1 , 16 und 18; weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
Gemäß der technischen Lehre nach Anspruch 1 umfasst das Bad einen Badbehälter, der zumindest teilweise mit einer Prozessflüssigkeit gefüllt ist und Mittel zum Einführen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen aufweist, wobei die Mittel derart angeordnet sind, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn in V-Form durch das Bad geleitet werden. Dadurch, dass die endlosen Fasern in V-Form durch das Bad geleitet werden, können die Bäder in den Außenabmessungen deutlich reduziert werden, obwohl die Verweilzeit der zu behandelnden Fasern gleich bleibt oder deutlich erhöht werden kann. Mit der Verkürzung der Badlänge ergeben sich viele weitere Vorteile, wie beispielsweise eine konstruktiv einfachere Badabdeckung, da eine viel geringere Fläche abgedeckt werden muss.
In vorteilhafter Ausführungsform sind die Mittel zum Einführen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen zwei Umlenkwalzen und eine Tauchwalze. Diese sind ebenfalls in V-Form angeordnet, wobei die Umlenkwalzen jeweils im Bereich einer Kante des Badbehälters angeordnet ist, und die Tauchwalze einfahrbar mittig im Badbehälter. Es kann damit, im Vergleich zum Stand der Technik, mit einer Walze weniger das Bad betrieben werden, was bei den Walzenlängen und - Durchmessern einen großen Kostenvorteil bedeutet. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, dass der Badbehälter in V-Form ausgebildet ist. Damit kann eine erste Volumenreduzierung der benötigten Prozessflüssigkeit erreicht werden. Mit der Volumenreduzierung der Prozessflüssigkeit wie beispielsweise Elektrolyseflüssigkeit oder Waschflüssigkeit, können auch die zugehörigen Komponenten wir Pumpen, Rohrleitungen etc. kleiner dimensioniert werden, was die Anlage kompakter und preiswerter macht. Weiterhin bedeutet eine geringere Menge an Prozessflüssigkeit auch ein kleineres Problem bei der Entsorgung bzw. Aufbereitung der Prozessflüssigkeit, was die Betriebskosten für die Anlage senkt.
Dadurch, dass die Tauchwalze an einem Verdrängerkörper angeordnet ist, ergibt sich eine einfache Befestigung für die Tauchwalze, die damit nicht am oder im Badbehälter angeordnet werden muss. Gleichzeitig reduziert der Verdrängerkörper die benötigte Prozessflüssigkeit, so dass die zuvor aufgeführten Vorteile noch einmal besonders zur Geltung kommen.
Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, dass der Verdrängerkörper vertikal verfahrbar angeordnet ist und in den Badbehälter ein- und ausfahren kann. Beim Anfahren der Bäder, beispielsweise eines Elektrolysebades, kann der Verdrängerkörper mit der Tauchwalze vollständig aus dem Bad ausgefahren werden. Die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn können in das Bad eingelegt werden, ohne dass der Bediener mit der Prozessflüssigkeit in Berührung kommt. Die endlosen Fasern können dabei in fast gerader Linie zwischen die Umlenk- und Tauchwalzen eingeführt werden. Erst mit dem Absenken des Verdrängerkörpers erfolgt der v-förmige Durchlauf der endlosen Fasern durch den Badbehälter.
In vorteilhafter Ausführungsform weist der Verdrängerkörper eine zum Badbehälter korrespondierende Form auf, so dass sich im heruntergefahrenen Zustand des Verdrängerkörpers zwischen dem Verdrängerkörper und dem Badbehälter ein mit Prozessflüssigkeit gefüllter Kanal bildet, durch den die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn geführt werden. Der Kanal dient zur weiteren Reduzierung des benötigten Volumens an Prozessflüssigkeit. Gleichzeitig können über den Kanal vorteilhafte Strömungsverhältnisse zur Behandlung der endlosen Fasern eingestellt werden, die die Verweilzeit deutlich reduzieren und damit zur weiteren Reduzierung der Badlängen beitragen. Beispielsweise kann die Prozessflüssigkeit im Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren in dem Kanal eingestellt werden, womit die Behandlung der endlosen Fasern beeinflusst werden kann.
Weiterhin kann durch die Verbindung eines Überlaufes mit dem Kanal eine kontinuierliche Strömung zwischen mehreren nebeneinander angeordneten Bädern erzeugt werden. Die Prozessflüssigkeit strömt dabei kontinuierlich durch die Kanäle aller Bäder, ohne dass eine Höhenstaffelung dieser Bäder notwendig ist.
Die Bäder sind vorteilhafterweise so ausgebildet, dass mehrere Bäder modulartig nebeneinander angeordnet werden können. Hierzu können die Gerüste der Bäder so angeordnet werden, dass zwischen zwei freistehenden Bädern ein weiteres Bad aufgehängt wird, wobei lediglich die horizontalen Gerüstteile und zwei vertikale Stützen benötigt werden. Aufgrund der Anordnung der Umlenkwalzen oberhalb der der Badbehälter können sich zwei Badbehälter eine Umlenkwalze teilen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform wird dadurch geschaffen, dass der Verdrängerkörper eine Haube zur Abdeckung des Badbehälters aufweist. Die Integration der Haube mit dem Verdrängerkörper schafft eine sichere Abdeckung des Badbehälters. Entgegen dem Stand der Technik ist es nicht erforderlich, zuerst die Haube zu öffnen, und dann den Verdrängerkörper mit der Tauchwalze zu verfahren. Ein weiterer Vorteil ist die kostengünstige Anordnung der Haube, die nicht mehr an eigenen Gelenken befestigt und geöffnet werden muss.
Dadurch, dass die Haube eine Absaugung aufweist, können unerwünschte Dämpfe abgesaugt werden.
Ein gleichzeitiges vertikales Verfahren des Verdrängerkörpers mit der Haube und der Absaugung, ermöglicht eine betriebssichere Funktionsweise. Mit dem Hochfahren des Verdrängerkörpers, um beispielsweise eine neue endlose Faser einzulegen, wird gleichzeitig der Badbehälter geöffnet. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann dies erfindungsgemäß automatisch erfolgen, wobei eine Fehlfunktion ausgeschlossen ist. Im Betrieb sind damit die Bäder immer geschlossen, so dass beispielsweise bei einem Elektrolysebad dieses nie mit geöffneter Haube betrieben werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Bad als Waschbad ausgebildet, wobei als Prozessflüssigkeit beispielsweise Wasser oder Demin-Wasser verwendet werden kann.
Für die Ausführung als als Elektrolysebad kann das Bad vollständig elektrisch isoliert ausgeführt werden.
Die Kathoden können dabei an dem Verdrängerkörper angeordnet sein, so dass bei einem Herausfahren des Verdrängerkörpers diese getauscht werden können. Die Kathoden werden bei dieser Gestaltung erst dann aktiv, wenn diese in die Prozessflüssigkeit eintauchen und eine elektrische Verbindung über die endlosen Fasern zur Umlenkwalze hergestellt wird, die als Anodenwalze ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zum Reinigen, bei dem die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen in einen Badbehälter mit einer Prozessflüssigkeit geführt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn in V- Form durch das Bad geleitet werden. Damit kann die Verweilzeit der endlosen Fasern im Bad erhöht werden, obwohl die Bäder in den Außenabmessungen deutlich reduziert sind. Mit der Verkürzung der Badlänge ergeben sich viele weitere Vorteile, wie beispielsweise eine konstruktiv einfachere Badabdeckung, da eine viel geringere Fläche abgedeckt werden muss.
Eine weitere vorteilhafte Verbesserung wird dadurch erreicht, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen durch einen Kanal im Badbehälter geleitet werden, der aus einem v-förmigen Badbehälter und einem dazu korrespondierenden Verdrängerkörper gebildet wird. Der Verdrängungskörper dient zur weiteren Reduzierung des benötigten Volumens an Prozessflüssigkeit. Gleichzeitig können über den dadurch erzeugten Kanal vorteilhafte Strömungsverhältnisse zur Behandlung der endlosen Fasern eingestellt werden, die die Verweilzeit deutlich reduzieren und damit zur weiteren Reduzierung der Badlängen beitragen. Beispielsweise kann die Prozessflüssigkeit im Gleichstrom- oder Gegenstromverfahren in dem Kanal eingestellt werden, womit die Behandlung der endlosen Fasern beeinflusst werden kann.
Die Anlage zum Carbonisieren, bei dem endlose Fasern, Fäden oder Warenbahnen aus Kunststoff oxidiert, carbonisiert und einer Oberflächenbehandlung in einem kombinierten Elektrolyse- und Waschbad unterzogen werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen in V-Form durch das Elektrolyse- und Waschbad geleitet werden. Die Gesamtanlagen zum Carbonisieren können weit über 100 m Länge erreichen und sind in einer eigenen Halle aufgebaut. Jede Verkürzung von Einzelkomponenten reduziert die Gesamtinvestition deutlich, so dass über kürzere Elektrolyse- und Waschbäder bei gleicher Verweilzeit nicht nur die Bäder preiswerter hergestellt werden können, sondern dies einen deutlichen Einfluss auf die Gesamtanlage hat.
Eine Carbonisierungsanlage mit Elektrolyse- und Waschbäder, die einen v-förmigen Badbehälter mit einem dazu korrespondierenden Verdrängerkörper aufweisen, die einen Kanal zur Behandlung der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen bilden können, hat den Vorteil, dass die Strömungsverhältnisse in dem Kanal so eingestellt werden können, dass die Anzahl der Bäder und deren Länge reduziert werden kann. Die Gesamtanlage wird damit kürzer und es ergeben sich für den gesamten Carbonisierungsprozess kürzere Durchlaufzeiten, da die vorgeschalteten Speicher, die die unterschiedlichen Betriebszeiten der einzelnen Anlagenkomponenten abpuffern sollen, kleiner ausgeführt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines möglichen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 : eine Seitenansicht auf mehrere Elektrolysebäder mit anschließenden Waschbädern;
Figur 2: eine vergrößerte Darstellung eines Waschbades;
Figur 3: eine vergrößerte Darstellung eines Elektrolysebades;
Figur 3a: der freie Querschnitt eines Elektrolyse
ohne Verdrängerkörper;
Figur 3b: der freie Querschnitt eines Elektrolyse
mit Verdrängerkörper.
In Figur 1 ist eine Anlage 1 zum Behandeln von endlosen Fäden, Fasern oder Warenbahnen dargestellt, die unter anderem aus einem kombinierten Elektrolyse- und Waschbad besteht. Das kombinierte Elektrolyse- und Waschbad kann Teil einer Gesamtanlage sein, in der beispielsweise endlose Fasern aus Kunststoff carbonisiert werden. Dem kombinierten Elektrolyse- und Waschbad ist dann beispielsweise ein Speicher und/oder eine Zugeinrichtung vorgeordnet, sowie eine Wickelvorrichtung nachgeordnet.
Das kombinierten Elektrolyse- und Waschbad umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei hinter einander angeordneten Elektrolysebäder 2 und daran anschließend drei hinter einander angeordneten Waschbäder 3. Die Bäder 2, 3 können modulartig hintereinander angeordnet werden, wobei ein Teil eines vertikalen Gerüstes 15 für sich alleine, oder in Verbindung mit dem Gerüst des nächsten Bades 2, 3 tragend sein kann. Es ist ersichtlich, dass in Abhängigkeit der zu verarbeitenden Werkstoffe auch jede beliebige andere Anzahl an Elektrolyse- und/oder Waschbäder 2, 3 möglich ist bzw. miteinander kombiniert werden kann.
Jedes Bad 2, 3 weist einen Badbehälter 4 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel als ein auf dem Kopf stehendes Trapez oder Dreieck ausgebildet ist, also im Wesentlichen eine V-Form aufweist, wobei in der unteren Spitze des Trapezes oder des Dreieckes die Zuflussregelung 5 für die Flüssigkeit des Bades 2, 3 angeordnet ist. Oberhalb des Bades 2, 3, sind etwas seitlich jeweils zwei Umlenkwalzen 6 angeordnet, mit denen die endlosen Fasern in das Bad 2, 3 umgelenkt werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Umlenkwalzen 6 im oberen Bereich des Trapezes oder Dreieckes im Bereich der Kanten angeordnet. Aufgrund der modulartigen Bauweise und der trapezförmigen bzw. dreieckigen Form ist es ausreichen, dass sich zwei nebeneinander angeordnete Bäder 2, 3 eine Umlenkwalze 6 teilen. Bei einer mehr rechteckigen Form der Bäder 2, 3 wie nach dem Stand der Technik wären hier zwei Umlenkwalzen 6 notwendig. Oberhalb jedes Badbehälters 4 ist jeweils ein Verdrängerkörper 7 angeordnet, der vollständig aus dem Badbehälter 4 herausgezogen werden kann. Dies kann mit einem Antrieb 8 wie einer Spindel oder einem automatischen Antrieb erfolgen. Der Verdrängerkörper 7 weist ebenfalls eine trapezförmige bzw. dreieckige Form auf und kann vollständig in den Badbehälter 4 eingetaucht werden. Dadurch entsteht ein sehr schmaler Kanal 9 zwischen Verdrängerkörper 7 und Badbehälter 4, der deutlich weniger Flüssigkeit aufnehmen muss, als ein Bad 2, 3 ohne Verdrängerkörper 7. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die konkrete Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in diesem schmalen Kanal 9, so dass beispielsweise die Fasern im Gleichstrom oder Gegenstrom durch die Flüssigkeit bewegt werden können. Um eine Strömung über mehrere Bäder (2 oder 3) zu erzeugen, weisen die Elektrolysebäder 2 untereinander und die Waschbäder 3 untereinander einen Überlauf 10 auf, mit dem sich einerseits eine kontinuierliche Strömung durch mehrere Bäder (2 oder 3) erzeugen lässt, gleichzeitig aber auch die Bäder 2, 3 mit wenig Flüssigkeit betrieben werden können, da am ersten oder letzten Bad eine Umlaufregelung in Form von Ventilen und Rohrleitungen angeordnet ist. Jeder trapez- oder dreieckige Verdrängerkörper 7 weist im Bereich seiner unteren Spitze eine Tauchwalze 11 auf, die in die Badflüssigkeit eintaucht und die Fasern innerhalb des Bades 2, 3 umlenkt. Die Tauchwalze 11 kann drehbar innerhalb des Verdrängerkörpers 7 integriert sein, oder beabstandet zu diesem drehbar befestigt sein. Auch hier braucht - im Gegensatz zu einem rechteckigen Verdrängerkörper 7 - nur jeweils eine Tauchwalze 11 pro Badbehälter 4 an dem Verdrängerkörper 7 angeordnet zu werden. Beim Anfahren der Bäder 2, 3 sind alle Verdrängerkörper 7 herausgezogen, so dass die Bäder 2, 3 frei zugänglich sind. Die Verdrängerkörper 7 können dabei so weit hochgezogen werden, dass die Fasern in einer durchgehenden Linie ohne Umlenkung über die Bäder 2, 3 beispielsweise von einem Streckwerk zu einem Ofen, zwischen denen die Bäder 2, 3 angeordnet sind, gezogen werden können. Das Einfädeln in die Bäder 2, 3 geht dabei automatisch, da mit dem Absenken der Verdrängerkörper 7 die Fasern in die Bäder 2, 3 eintauchen und dabei an allen Umlenkwalzen 6 und den Tauchwalzen 11 umgelenkt werden. Der dabei entstehende Kanal 9 zur Behandlung der Fasern ist aufgrund der trapez- bzw. dreieckigen Form der Bäder 2, 3 mit den Verdrängerkörper 7 um ein mehrfaches länger, als die Außenlänge der hintereinander angeordneten Bäder.
In Figur 2 ist in vergrößerter Darstellung ein einzelnes Waschbad 3 dargestellt. Innerhalb von vertikalen Gerüsten 15, die durch horizontale Gerüste 16 gestützt werden, ist ein Badbehälter 4 angeordnet, in den vertikal verfahrbar ein Verdrängerkörper 7 eintauchen kann. Sowohl der Badbehälter 4 wie auch der Verdrängerkörper 7 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine V-förmige Form auf, die einem auf den Kopf stehenden Trapez ähnelt. Im unteren Bereich sind der Badbehälter 4 und der Verdrängerkörper 7 abgeflacht, so dass nach dem Eintauchen des Verdrängerkörpers 7 in den Badbehälter 4 vorzugsweise ein Kanal 9 mit annähernd konstantem Querschnitt entsteht. Unterhalb des Badbehälters 4 ist die Zuflussregelung 5 angeordnet, mit der Waschflüssigkeit in den Badbehälter 4 eingeleitet werden kann. Oberhalb des Badbehälters 4 sind beidseitig je eine Umlenkwalze 6 angeordnet, auf der noch zusätzliche Presswalzen 17 angeordnet sein können. Die Fasern 20 laufen dann zwischen den Umlenkwalzen 6 und den Presswalzen 17, die für ein zusätzliches Abstreifen von Reinigungsflüssigkeit aus dem Waschbad 3 sorgen. Diese abgestreifte Reinigungsflüssigkeit wird dem Waschbad 3 wieder zugeführt. Im Bereich der Umlenkwalzen 6 ist jeweils ein Überlauf 10 angeordnet, mit dem die Waschflüssigkeit aus dem Kanal 9 in oder von dem benachbarten Waschbad zugeführt wird, so dass über mehrere in Reihe angeordnete Waschbäder 3 eine kontinuierliche Strömung erzeugt werden kann. Die Waschbäder 3 sind üblicherweise ohne elektrische Isolierung ausgeführt. Als Umwälzmedium kann Wasser bzw. Demin-Wasser verwendet werden, wobei eine vergrößerte Pumpleistung zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit genutzt werden kann, um den Wascheffekt zu erhöhen. Der Verdrängerkörper 7 weist an seinem unteren Ende eine Tauchwalze 11 auf, die drehbar an dem Verdrängerkörper 7 angeordnet ist, und mit diesem gleichzeitig in den Badbehälter 4 abgesenkt wird. Zum vertikalen Verfahren des Verdrängerkörpers 7 dient ein Antrieb 8, der mechanisch oder automatisch betätigt werden kann. Wenn der Verdrängerkörper 7 mit der Tauchrolle 11 vollständig mittels des Antriebes 8 aus dem Badbehälter 4 heraus gezogen wird, entsteht ein freier Durchgang zum Einlegen der Fasern 20, ohne das Bedienpersonal mit der Waschflüssigkeit in Berührung kommt. Diese laufen dann horizontal oberhalb des Badbehälters 4 und liegen nur ggf. auf den Umlenkwalzen 6 und der Tauchwalze 11 auf. Wird der Verdrängerkörper 7 in den Badbehälter 4 eingefahren, dann werden die Fasern 20 von der Tauchrolle 11 in den Badbehälter 4 hereingezogen, so dass die Fasern 20 in einem dreieckigen oder v-förmigen Verlauf durch die Waschbäder 3 laufen. Die große Umlenkung der Fasern, zusammen mit einem zwischen der Tauchwalze 11 und der Zuflussregelung 5 speziell gestalteten Einströmer mit einem integrierten Strömungsgleichrichter führt zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung und Durchdringung der einzelnen Faserbündel mit der Flüssigkeit.
Es ist ersichtlich, dass die Waschbäder 3 modulartig in Reihe montiert werden können, wobei die dann nicht dargestellten Waschbäder die Umlenkrollen 6 des in Figur 2 dargestellten Waschbades 3 mit nutzen. Nicht dargestellt aber ebenfalls eine sinnvolle Option ist die Abdeckung der Waschbäder 3 mit einer Haube 3.
In Figur 3 ist in vergrößerter Darstellung ein Elektrolysebad 2 dargestellt. Ohne alle Details des fast gleichen Aufbaues aus Figur 2 zu wiederholen, sei hier im Wesentlichen auf die folgenden Unterschiede hingewiesen: Die Umlenkwalzen 6 sind für das Elektrolyseverfahren als Anodenwalzen 6a ausgeführt, wohingegen die Kathoden 12 in Form von Elektroplatten an den seitlichen Wänden des Verdrängerkörpers 7 angeordnet sind, so dass sie beim Herablassen der Verdrängerkörper 7 in die Bäder 2 mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen, also im entstehenden Kanal 9 angeordnet sind. Weiterhin weisen die Verdrängerkörper 7 im oberen Bereich eine integrierte Haube 13 auf, die einerseits das Elektrolysebad 2 abdichtet, andererseits mit einer Absaugung 14 ausgestattet ist, so dass Dämpfe wie beispielsweise Elektrolysegase, Wasserstoff, Ammoniak oder andere Prozessdämpfe aus dem Produktionsbereich abgesaugt werden und gleichzeitig ein möglicher Überdruck vermieden wird. Da die Haube 13 mit der Absaugung 14 mit dem Verdrängerkörper 7 verbunden ist, ergibt sich beim Auf- und Abfahren der Verdrängerkörper 7 ein gleichzeitiges vollständiges Öffnen und Schließen der Elektrolysebäder 2, ohne dass die Haube 13 separat betätigt werden muss, wie das aus dem Stand der Technik bekannt ist. In Figur 3 ist in gestrichelten Linien die jeweils obere und untere Position des Verdrängerkörpers 7 dargestellt. In der oberen Position ergibt sich ein freier Durchgang für die Fasern 20 zwischen den Anodenwalzen 6a und der Tauchwalze 11 , ohne dass die Bediener mit der Elektrolyseflüssigkeit in Kontakt kommen. Die Fasern können frei zwischen den Walzen 6a, 11 durchgezogen werden oder sie liegen alternativ, wie hier dargestellt, ganz leicht auf den Walzen 6a, 11 auf. Beim Herabfahren des Verdrängerkörpers 7 mittels des Antriebes 8 in das Elektrolysebad 2 werden die Fasern 20 durch die Tauchwalze 11 in die Elektrolyseflüssigkeit gedrückt. Zwischen dem Elektrolysebad 2 und dem Verdrängerkörper 7 bildet sich ein Kanal 9, in dem die Fasern 20 durchlaufen. Gleichzeitig mit dem Absenken des Verdrängungskörpers 7 wird das Elektrolysebad 2 durch die Haube 13 geschlossen.
Um einen zuverlässigen Elektrolyseprozess zu gewährleisten und einen möglichen elektrischen Kurzschluss zu vermeiden, sind die Elektrolysebäder 2 vollständig elektrisch isoliert. So kann beispielsweise der Badbehälter 4 und die anschließende Verrohrung zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt sein. Als Umwälzmedium wird ein Elektrolyt verwendet.
In Figur 3a ist vereinfacht dargestellt, wie sich eine Wasch- oder Elektrolyseflüssigkeit in dem Badbehälter 4 verteilt. Der Badbehälter 4 kann einen Querschnitt 18 von beispielsweise 0,5 m2 aufweisen. Das Volumen des Badbehälters hängt dabei natürlich von der Arbeitsbreite der gesamten Produktionsanlage ab, die zwischen 0,5 und 5 m betragen kann. Ohne Verdrängerkörper 7 wie nach Figur 3a dargestellt, würde damit eine Menge an Wasch- oder Elektrolyseflüssigkeit benötigt, die in seitlicher Darstellung die gesamte Fläche des Badbehälters 4 von 0,5 m2 bedeckt. Mit dem Querschnitt Flüssigkeit 19 wird die Menge an Prozessflüssigkeit dargestellt, die bei Verwendung eines Verdrängerkörpers 7 benötigt wird. Dies ist in Figur 3b dargestellt. Aufgrund des Verdrängerkörpers 7 mit der angebrachten Tauchwalze 11 beträgt die benötigte Flüssigkeitsmenge deutlich weniger als nach dem Stand der Technik, so dass ein Querschnitt Flüssigkeit 19 von lediglich 0,2 m2, also nur 40 % des bisherigen Volumens benötigt wird.
Damit wird bei einem Elektrolyse- und Waschbad 2, 3 nach der Erfindung 60 % weniger an Prozessflüssigkeit benötigt, was das Verfahren sehr preiswert und effektiv macht, da gleichzeitig auch der nicht dargestellte Tank und die Umwälzsysteme für die Prozessflüssigkeit deutlich kleiner ausgelegt werden können.
Durch die V-Form der Bäder 2, 3 und der Verdrängerkörper 7 entsteht ein v-förmig angeordneter Kanal 9, der eine wesentlich größere Strömungslänge aufweist, als dies durch die Außenabmessung des kombinierten Elektrolyse- und Waschbades ersichtlich ist. Bei einer vorgegebenen Verweilzeit für die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn kann die Baulänge für die Elektrolyse- und Waschbäder drastisch reduziert werden. Weiterhin entsteht ein definierter Kanal 9, in dem die Strömungsverhältnisse einstellbar sind.
Die vertikale Verfahrbarkeit der Verdrängerkörper 7 ermöglicht ein ungehindertes Einlegen von Fasern 20 in die Anlage, ohne dass die Bediener mit der Prozessflüssigkeit in Berührung kommen.
Die hier dargestellten Bäder können nicht nur als Elektrolyse- und Waschbad verwendet werden, sondern beispielsweise auch als Sizingbad. Die Ausführung entspricht dann der des hier dargestellten Waschbades 3, wobei die Werkstoffwahl und der Pumpenkreislauf entsprechend der verwendeten Flüssigkeit angepasst werden.
Bezugszeichen
1 Anlage
2 Elektrolysebad
3 Waschbad
4 Badbehälter
5 Zuflussregelung
6 Umlenkwalzen
6a Anodenwalzen
7 Verdrängerkörper
8 Antrieb
9 Kanal
10 Überlauf
11 Tauchwalze
12 Kathode
13 Haube
14 Absaugung
15 Gerüst
16 Gerüst
17 Presswalzen
18 Querschnitt Badbehälter
19 Querschnitt Flüssigkeit
20 Faser

Claims

Bad zur Behandlung von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zum Reinigen, umfassend einen Badbehälter (4), der zumindest teilweise mit einer Prozessflüssigkeit gefüllt ist und Mittel zum Einführen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel derart angeordnet sind, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn in V-Form durch das Bad geleitet werden.
Bad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einführen der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen zwei Umlenkwalzen (6) und eine Tauchwalze (11) umfassen.
Bad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Badbehälter (4) in V-Form ausgebildet ist.
Bad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchwalze (11) an einem Verdrängerkörper (7) angeordnet ist.
Bad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (7) vertikal verfahrbar angeordnet ist und in den Badbehälter (4) ein- und ausfahren kann.
Bad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (7) eine zum Badbehälter (4) korrespondierende Form aufweist, so dass sich im heruntergefahrenen Zustand des Verdrängerkörpers (7) zwischen dem Verdrängerkörper (7) und dem Badbehälter (4) ein mit Prozessflüssigkeit gefüllter Kanal (9) bildet, durch den die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn geführt werden. Bad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) mit einem Überlauf (10) verbunden ist, so dass zwischen mehreren nebeneinander angeordneten Bädern eine kontinuierliche Strömung der Prozessflüssigkeit erzeugt werden kann.
Bad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bäder modulartig nebeneinander angeordnet werden können.
Bad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (7) eine Haube (13) zur Abdeckung des Badbehälters (4) aufweist.
Bad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (13) eine Absaugung (14) aufweist.
Bad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (7) mit der Haube (13) und der Absaugung (14) vertikal verfahrbar ist.
Bad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad als Waschbad (3) ausgebildet ist.
Bad nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bad als Elektrolysebad (2) ausgebildet ist.
Bad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verdrängerkörper (7) Kathoden (12) angeordnet sind.
Bad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkwalzen als Anodenwalzen (6a) ausgebildet sind.
Verfahren zum Behandeln von endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen, insbesondere zur Elektrolyse oder zum Reinigen, bei dem die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen in einen Badbehälter (4) mit einer Prozessflüssigkeit geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahn in V-Form durch das Bad geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen durch einen Kanal (9) im Badbehälter (4) geleitet werden, der aus einem v-förmigen Badbehälter (4) und einem dazu korrespondierenden Verdrängerkörper (7) gebildet wird.
Anlage zum Carbonisieren, bei dem endlose Fasern, Fäden oder Warenbahnen aus Kunststoff oxidiert, carbonisiert und" einer Oberflächenbehandlung in einem kombinierten Elektrolyse- und Waschbad (2, 3) unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen in V-Form durch das Elektrolyse- und Waschbad geleitet werden.
Anlage zum Carbonisieren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse- und Waschbäder (2, 3) einen v-förmigen Badbehälter (4) mit einem dazu korrespondierenden Verdrängerkörper (7) aufweisen, die einen Kanal (9) zur Behandlung der endlosen Fasern, Fäden oder Warenbahnen bilden können.
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