WO2021165121A1 - Ultraschall-flächenschwinger für die textilveredelung, textilveredelungsvorrichtung und textilveredelungsverfahren - Google Patents

Ultraschall-flächenschwinger für die textilveredelung, textilveredelungsvorrichtung und textilveredelungsverfahren Download PDF

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WO2021165121A1
WO2021165121A1 PCT/EP2021/053216 EP2021053216W WO2021165121A1 WO 2021165121 A1 WO2021165121 A1 WO 2021165121A1 EP 2021053216 W EP2021053216 W EP 2021053216W WO 2021165121 A1 WO2021165121 A1 WO 2021165121A1
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WO
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ultrasonic
textile
oscillator
designed
finishing
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PCT/EP2021/053216
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Inventor
Thomas Dreyer
Kushtrim Daci
Original Assignee
Weber Ultrasonics AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
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    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
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    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • B08B3/123—Cleaning travelling work, e.g. webs, articles on a conveyor
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    • B06B2201/70—Specific application

Definitions

  • the invention relates to an ultrasonic surface oscillator for textile finishing, comprising a converter system, which converter system is designed to generate an excitation oscillation, and at least one ultrasonic oscillating element, which ultrasonic oscillating element has a connection surface and an active surface, which connection surface is designed and provided to absorb the excitation oscillation from the converter system, and which active surface is designed and provided for this purpose
  • the invention also relates to a textile finishing device according to claim 15 and a textile finishing method according to claim 20.
  • Devices with a converter system and an ultrasonic vibrating element are known from the prior art and are used to generate mechanical cal vibrations and to couple them into liquids in which there are objects that are caused by the interaction of the liquid and the mechanical vibrations introduced in their external appearance can be influenced.
  • This includes, in particular, cleaning processes or the dyeing or bleaching of flat, limp structures such as textiles.
  • cleaning or dyeing effects can be intensified by known fluid mechanical effects, and the efficiency of the processes concerned can be increased.
  • Vibrating element are transmitted.
  • the converter system can use a pie- Zoelectric element (also: Piezo element) include, which can be set into a mechanical vibration by excitation by means of said alternating voltage.
  • the excitation oscillation is transmitted in the form of an active oscillation to textile-finishing liquids via an active surface of the ultrasonic oscillating element.
  • Known ultrasonic vibrating elements used for this purpose are designed as rod-shaped sonotrodes and each allow only selective coupling of active vibrations into the textile-finishing liquid.
  • it requires a large number of sonotrodes, which must be arranged in such a way that their punctiform vibrations are superimposed in order to achieve a spatially homogeneous dyeing effect on the textile. If this does not succeed, complex subsequent processing steps are necessary in such arrangements in order to repair unevenly colored areas on the textile that were not in the area of the selective coupling of the active vibrations during the textile finishing. This is associated with high costs, which means that the efficiency of textile finishing is low.
  • the number of sonotrodes can be increased and their distances from one another reduced, but this is not economical and can be implemented on an industrial scale.
  • the sonotrodes can be operated with high electrical powers. However, this goes hand in hand with increased wear on the converter system and the sonotrodes themselves.
  • the invention is therefore based on the object to increase the efficiency of ultrasonic transducers in textile finishing and to reduce their wear and tear.
  • the object is achieved according to the invention by an ultrasonic surface transducer with the features of claim 1, by a textile finishing device with the features of claim 15 and by a method with the features of claim 20.
  • the connection surface comprises at least two partial connection surfaces and the converter system comprises at least two separate ultrasonic single transducers, a given ultrasonic single transducer being mechanically coupled to a partial connection surface and a total area of all partial connection surfaces being smaller than the effective area.
  • the ultrasonic surface transducer comprises a converter system which comprises at least two individual ultrasonic transducers.
  • the ultrasonic vibrating element is therefore not only excited by a single ultrasonic vibrator, but by at least two.
  • ultrasonic vibrating elements can be formed which are larger in their dimensions than the known rod-shaped Schwingele elements. This makes it possible to couple the point-wise wave fronts of several ultrasonic single oscillators into a common ultrasonic oscillating element, which generates an effective oscillation with its effective surface that is more homogeneous over a large area than the only punctually acting individual oscillations of rod-shaped oscillating elements.
  • the ultrasonic vibrating element can have different shapes both in terms of its effective surface and in terms of its connection surface.
  • the invention is accompanied by the advantage that the individual ultrasonic vibrators used couple into a common ultrasonic vibrating element and accordingly excite this to a common active vibration.
  • the size of the effective area which is larger than the partial connection areas of the individual ultrasonic oscillators, results in an overall larger effective area of the effective oscillation.
  • a single ultrasonic vibrating element is used to generate an effective vibration. In order to the total number of single ultrasonic transducers or the costs can be reduced.
  • the finishing effect can be improved through the use of ultrasound, the required total amount of a textile finishing liquid can be reduced. Accordingly, the capacity of containers for holding textile-finishing liquids or the dimensions of components used in them, such as rollers, can be reduced. In addition, a required process temperature can be reduced and the use of additional chemical agents can be wholly or partially dispensed with. These are used in known devices to accelerate the finishing effect. Overall, the use of an ultrasonic surface oscillator according to the invention makes it possible to reduce the procurement and operating costs as well as the environmental effects of textile finishing devices.
  • the active surface is designed to be essentially planar in order to couple a planar wavefront into the textile-finishing liquid through the active oscillation.
  • the advantage of a flat active surface of the ultrasonic vibrating element results from the fact that the position and location of the ultrasonic surface vibrator can be spatially aligned with little effort in relation to the textile to be finished.
  • a planar design of the ultrasonic vibrating element is accompanied by the fact that the ultrasonic surface vibrator can be easily manufactured.
  • an effective effective area of the ultrasonic surface oscillator can be estimated, since it preferably has the same dimensions as the effective area of the ultrasonic oscillating element.
  • the active surface and the connection surface are arranged on opposite sides or surfaces of the ultrasonic oscillating element and are aligned essentially parallel to one another.
  • connection surface parallel to the active surface By designing the connection surface parallel to the active surface, the direction of propagation of the active vibration can be determined with little effort starting from the active surface.
  • comparatively simply designed plate elements can be used as ultrasonic vibrating elements that have two paral lele sides or surfaces, which can each be used as an active and connection surface.
  • the alignment of the active surface can be determined and, if necessary, corrected without complex measuring means, solely by the alignment of the connection surface. This is particularly advantageous if the active surface is not accessible during operation of the textile finishing device (e.g. when it is immersed in the textile finishing liquid), but the oppositely directed connection surface is accessible (e.g. if it protrudes from the textile finishing liquid).
  • the individual ultrasonic oscillators each have a resonance frequency, the resonance frequencies of the individual ultrasonic oscillators being in a frequency range.
  • the single ultrasonic transducers are operatively connected to a frequency generator, which frequency generator is designed to generate an alternating voltage with an excitation frequency which is in the frequency range of the resonance frequencies of the single ultrasonic transducers. If the resonance frequencies are in the same frequency range, a single frequency generator can be used to which all the individual ultrasonic transducers of a converter system are connected in parallel. This makes it possible to reduce the amount of wiring involved in the assembly of the ultrasonic surface oscillator, and the material costs and the manufacturing costs can be reduced.
  • the frequency generator consequently only has to have one excitation frequency which is in the range of the resonance frequency of the individual ultrasonic transducers. In this way, frequency generators of relatively simple design and inexpensive to acquire can be provided for use with the ultrasonic surface oscillator.
  • the frequency generator has a so-called sweep function, via which the excitation frequency can be varied in definable time segments.
  • a deviation in the actual resonance frequency of a single ultrasonic oscillator and a corresponding operating mode for the sweep function can be determined so that any deviations present can be compensated for by operating the frequency generator alone.
  • the resonance frequencies of the individual ultrasonic transducers differ from one another by up to 5% of the nominal frequency, preferably by 1% of the nominal frequency, preferably by a maximum of 0.5% of the nominal frequency.
  • the sweep function should then be able to cover this area.
  • the frequency generator is designed to be operable in at least two operating modes which, depending on and / or taking into account at least one variable condition, in particular an ambient temperature and / or a variable property of the textile-finishing liquid, preferably a viscosity of the textile finishing liquid, are adjustable.
  • the properties of the textile-finishing liquid can depend on various influences, which can also influence their coupling properties for ultrasound. For this reason, it can be advantageous to check or measure external conditions, such as an ambient temperature, or a relevant property of the textile-finishing liquid itself, such as a fluid temperature and / or viscosity, in order to be able to compensate for possible negative influences. This can be done via an adapted operation of the frequency generator by adapting the excitation amplitude or the excitation frequency in accordance with a determined state or the change in the state. An efficient use of the frequency generator can thus be achieved.
  • the individual ultrasonic transducers are designed to each have the same excitation amplitude when they are excited to oscillate with a maximum amplitude, which maximum amplitudes are in an amplitude range.
  • Matching amplitudes has the advantage that the ultrasonic vibrating element is not deformed unevenly by the ultrasonic individual vibrators connected to it. Particularly in the case of thin-walled ultrasonic vibrating elements, such an uneven deformation can develop on the active surface, which adversely affects the vibration pattern.
  • the ultrasonic vibrating element is advantageously made of steel, in particular stainless steel, which in the area of its
  • Effective surface has a rigidity with which the effective oscillation can have an amplitude in the range of 2 pm. It is within the scope of the invention that the ultrasonic vibrating element is designed to allow effective vibrations in other amplitude ranges.
  • the achievable maximum amplitudes of the ultrasonic single transducers can be set specifically when the ultrasonic surface transducer is installed.
  • the piezo elements of a single ultrasonic transducer can be arranged in layers in a so-called stack.
  • the piezo elements are separated from one another by electrodes with alternating polarity. If a voltage is applied to the electrodes, they cause the entire stack to elongate. In this way, targeted elongation to achieve an amplitude can be set with little effort by changing the number of layers of piezo elements within a stack.
  • an electrical circuit with voltage converters can be provided which increases or decreases the voltage amplitudes for each oscillating element in order to produce a uniform amplitude pattern.
  • the single ultrasonic vibrators are designed to vibrate in phase by being excited at the excitation frequency.
  • In-phase ultrasonic single oscillators have the effect in an advantageous manner that the ultrasonic oscillating element is not deformed unevenly by the ultrasonic single oscillators connected to it. Furthermore arise no undesired interference effects that could cause out-of-phase vibrations in the ultrasonic vibrating element to be canceled out or unintentionally amplified.
  • In-phase can be achieved by connecting the individual ultrasonic oscillators in parallel to a frequency generator, so that the alternating voltage applied to generate an excitation oscillation is applied in the same phase position for all oscillating elements.
  • several frequency generators can be used, each oscillating element being connected to an electrical circuit that includes a phase shifter or the like. Such an electrical circuit allows the voltages applied to the phase to be shifted so that in-phase oscillation between the individual ultrasonic transducers can be achieved.
  • the ultrasonic single oscillators are spaced apart from one another along a first nominal axis (longitudinal direction) at a first oscillator distance, the first nominal axis being aligned parallel to a nominal running direction of a textile to be finished and the first oscillator distance being at least zero millimeters and at most corresponds to a diameter of the ultrasonic single oscillator or the partial connection surface.
  • first transducer spacing is not restricted to a specific maximum value.
  • the individual ultrasonic transducers can be spaced apart from each other along a second nominal axis at a second transducer distance, the second axis being oriented transversely to the nominal running direction of the textile to be finished (transverse direction) and the second transducer distance smaller or the same in terms of amount Zero millimeters, preferably corresponds to just zero millimeters.
  • connection surface oscillator results from the available connection area of the ultrasonic oscillating element.
  • One advantage that can be achieved by the invention is that the entire connection surface does not have to be used in order to be able to generate an effective vibration by the individual ultrasonic vibrators. Rather, costs can be saved in the manufacture if the number of individual ultrasonic transducers is included a preferred development is limited to a minimum. The minimum number of individual ultrasonic transducers can be distinguished by the fact that it must not be undercut any further in order to be able to guarantee a uniform oscillation pattern.
  • the distance between two individual ultrasonic transducers can be selected to be higher when finishing a moving textile compared to finishing a stationary textile. This is advantageous because the minimum number of individual ultrasonic transducers required can be reduced by large distances.
  • the distance between two individual ultrasonic transducers can be measured along the first nominal axis and / or along the second nominal axis: The distance component that is measured along the first nominal axis, i.e.
  • the ultrasonic transducers do not necessarily have to be arranged strictly along the first nominal axis. Rather, the ultrasonic single oscillators can be arranged along a connection axis which is oriented at a relative angle to the first nominal axis.
  • the actual, absolute distance between two ultrasonic single transducers can differ in amount from the first transducer distance. In this case, the first transducer distance results from its trigonometric relationship to the absolute distance, so that this can be calculated at least from the above-mentioned relative angle and the absolute distance.
  • the first transducer spacing can preferably be increased up to an amount that corresponds to a diameter of the individual ultrasonic transducer, but also to a good approximation Can correspond to the diameter of a partial connection surface.
  • the invention is not limited to such a maximum distance.
  • the surface ultrasonic transducer comprises another arrangement of at least two individual ultrasonic transducers, the spacing of which can be measured at least proportionally along the second nominal axis, the resulting portion corresponds to the second transducer spacing.
  • the amount of the second transducer spacing can be selected as desired, but is preferably just zero millimeters.
  • the individual ultrasonic transducers are arranged in a first row and a second row, the first row and the second row being spaced apart from one another by a row, and preferably the single ultrasonic transducers in the first row to the ultrasonic single transducers of the second row each offset, most preferably offset without overlap, are arranged on.
  • the first row and the second row preferably each include at least two individual ultrasonic transducers.
  • the two rows can be aligned parallel to one another or at a defined angle.
  • at A plurality of rows can be provided for an ultrasonic surface oscillator, which rows can be arranged both parallel and at an angle to one another.
  • the single ultrasonic transducers used in the surface-mounted ultrasonic transducer can be optimally arranged the entire width of the ultrasonic surface transducer can be distributed. This reduces in particular those areas during operation of the ultrasonic surface oscillator in which the textile to be finished moves over more than one single ultrasonic oscillator during its conveying movement, while another subarea covers an incomplete area of the active surface within which no ultrasound is present -Single transducer is arranged.
  • the row spacing along the first nominal axis corresponds to the first transducer spacing.
  • the single ultrasonic transducers of the first row and / or the single ultrasonic transducers of the second row are each spaced apart from one another along the second nominal axis in the second Schwingerab.
  • the invention is not limited to the presence of two rows. The more rows of individual ultrasonic transducers that are provided, which are offset from one another, the greater the transducer spacing along the second nominal axis within a given row can be without deviating from a seamless cover in the transverse direction.
  • the design of ultrasonic surface transducers includes the definition of the positions of the individual ultrasonic transducers.
  • the ultrasonic surface transducer is designed to be attached in and / or on a wall of a textile finishing device, in particular a tub for a textile finishing liquid, preferably a textile dye, in order to vibrate the active substance to an interior of the textile finishing device, in particular an interior of the tub, and to reinforce a textile finishing effect, in particular a coloring and / or cleaning effect, of a textile finishing liquid on a textile to be finished.
  • a textile finishing liquid preferably a textile dye
  • the ultrasonic surface oscillator can use one or more
  • detachable fastening elements are used that do not require any complex structural changes to the wall.
  • detachable mechanical means, in particular screws, or adhesive means, such as glue or adhesive can be used in which the joining surfaces of the ultrasonic surface transducer and the wall are appropriately pretreated, in particular cleaned.
  • the ultrasonic surface oscillator can be designed to be inserted into the wall of the textile processing device or a corresponding recess in this wall.
  • the textile-finishing effect is enhanced by changing the pressure and flow conditions of the textile-finishing liquid in such a way that the effect of the textile-finishing liquid is enhanced in the area of the changed pressure and flow conditions. In particular, this can be achieved by forming a standing wave within the textile finishing liquid in which the textile finishing liquid has high flow speeds and low pressures in the area of the textile to be finished.
  • the active vibration is designed to intensify the textile-finishing effect by cavitation in the textile-finishing liquid.
  • Cavitation is a well-known effect in fluid mechanics in which the vapor pressure of liquids in areas of high flow rates is not reached. This creates vapor bubbles within the liquid, which collapse again if the negative pressure is not maintained. During these implosions, small amounts of fluid are accelerated enormously. While this phenomenon can represent a significant limitation in the life of mechanical components in the textile-finishing liquid, the applicant has surprisingly succeeded in exploiting cavitation to reinforce the finishing or dyeing effect. The cavitation can take place directly in the area of the textile to be finished or dyed, or in its surroundings, which only interacts indirectly with the textile.
  • the ultrasonic surface transducer has a crank, which crank is operatively connected or can be operatively connected to the active surface and which crank is designed to be or become operatively connected to the wall of a textile-finishing device.
  • the crank can represent a constructive measure to position the ultrasonic surface transducer at least partially defined in the wall of the textile finishing device or an opening provided there un- speaks.
  • the cranking depth can be greater than the thickness of the wall in order to shorten the path between the active surface and the textile to be finished and to reduce the loss of intensity of the active oscillation.
  • the cranking depth can be less than the wall thickness, in order to take advantage of any focusing effects caused by the wall.
  • the ultrasonic surface oscillator On the side of the ultrasonic surface oscillator facing away from the active surface, it can have a flange surface via which the ultrasonic surface oscillator, possibly via a welding frame or the like. , can be attached to the outside of the wall. In this way, a cohesive and sealing connection can be formed spatially separated from the crank. In particular, a weld seam can be applied outside the crank in this way, whereby thermal distortion in the area of the crank and thus also the active surface can be avoided.
  • the invention also relates to a textile finishing device with at least one roller for guiding a textile through a textile finishing liquid and a wall for holding the textile finishing liquid, which wall is designed to be operatively connected to at least one ultrasonic surface transducer according to the invention.
  • the textile finishing device comprises one or more rollers, by means of which a textile to be finished is guided and / or deflected. Furthermore, the textile finishing device comprises a wall, which is preferably designed circumferentially in order to contain a textile-finishing liquid in the manner of a container, a tank or a tub.
  • the rollers can be arranged both inside and outside the textile-finishing liquid and can be arranged both parallel and with an angular offset to one another.
  • the ultrasonic surface oscillator can be arranged on and / or in the wall.
  • a fastening device such as a mounting bracket or a perforated grid, can be provided on the inside of the wall, to which the ultrasonic transducer can be clearly aligned and fastened.
  • Advantage of a fastening device on the inside of the ultra The sound surface oscillator is that it can also be retrofitted to an existing wall.
  • the wall can also have an opening in which the ultrasonic surface oscillator can be at least partially attached.
  • the opening can serve to simplify the assembly of the ultrasonic surface transducer, since the ultrasonic surface transducer can be clearly positioned here.
  • a non-positive connection in particular a press fit, is already formed between the ultrasonic flat transducer and the opening, so that the ultrasonic flat transducer can be fastened to the wall without further assembly devices.
  • the roller is designed to guide the textile, at least in some areas, parallel to the active surface of the ultrasonic surface oscillator.
  • a parallel alignment of the textile to the active surface of the ultrasonic surface vibrator is associated with the advantage of a homogeneous finishing effect in the textile.
  • the textile is a flat structure that has an extremely low dimensional stiffness. It is therefore advantageous to take constructive measures on the textile finishing device by means of which it can be ensured that the shapeless textile is aligned (stretched) parallel to the effective surface during operation.
  • a distance between the textile and the active surface corresponds to half a wavelength or an integer multiple of half a wavelength of an active oscillation of the ultrasonic surface oscillator in the textile-finishing liquid.
  • the above-described cavitation occurs in the range of half a wavelength or an integer multiple of half a wavelength of an effective oscillation of the ultrasonic surface oscillator, by means of which a textile-finishing effect on the textile is intensified.
  • the stand between the textile and the active surface is adjustable, in particular by the roller is designed to be displaceable transversely to an associated roller axis.
  • the pressure and flow conditions may be necessary to be able to set the pressure and flow conditions within a range. If, for example, there is a batch change in the textile to be finished, an already enhanced finishing effect can be further intensified by coupling ultrasonic waves into the textile finishing liquid, if this is possibly necessary due to the material thickness of the textile to be finished or the use of a different type of color (finishing liquid) is.
  • a position of the textile between the areas of a corrugated belly and a corrugated valley can be adjusted, preferably continuously, in order to achieve the required finishing effect on the textile.
  • the ultrasonic surface oscillator in particular with its active surface, is along a Spatially arranged in a first area, and the rollers are arranged in at least a second area, wherein the first area and second area are not overlapping. Fluctuating pressure and flow conditions can have negative effects on mechanical components. In particular, when cavitation occurs, surfaces of said components can be damaged.
  • rollers can reflect the active vibration in such a way that the advantageous standing wave in the textile-finishing liquid is superimposed by a reflection. This could reduce the advantageous enhanced finishing effect on the textile.
  • areas in particular height areas along a vertical axis, can be provided in the construction of the textile finishing device which do not overlap and in which either the rollers or the ultrasonic surface oscillator are arranged to avoid negative interactions to avoid.
  • the invention also relates to a textile finishing process with steps a) to d), namely: a) providing a textile finishing device according to the invention with a textile finishing liquid, in particular paint, bleach, cleaning agent or the like; b) immersing a textile in the textile-finishing liquid; c) Operation of the ultrasonic surface oscillator with the formation of active vibrations to increase a textile finishing effect in a Wirkbe rich (W) of the ultrasonic surface oscillator; d) Conveying the textile through the effective area of the ultrasonic surface oscillator.
  • the achievable advantage of the method according to the invention lies in the increase in the efficiency of textile finishing devices.
  • this is increased by adding chemically acting reaction accelerators to textile finishing processes or by increasing the process temperature.
  • these known measures are associated with increased process costs or additional, complex disposal measures, and the additives Dispose of in an environmentally friendly manner. By coupling mechanical vibrations, efficiency can be increased with little effort and in an environmentally friendly way. Further advantages and refinements can be found in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of an ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 2 shows a plan view of the ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 3 shows a view from below of the ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 4 shows a front view of the ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 5 shows a first sectional view of the ultrasonic surface oscillator, parallel to an active surface of the ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 6 shows a second sectional view of the ultrasonic surface oscillator, orthogonal to the effective surface of the ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 7 shows a schematic cut-out of a flange area of the ultrasonic surface oscillator
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a textile finishing device
  • Figure 1 shows an ultrasonic surface transducer 1, which is cuboid in its basic shape.
  • the ultrasonic surface transducer 1 comprises a housing part A on the top and a flange area F which is arranged laterally and (in the selected illustration) below the housing part A.
  • the flange area F is used to connect the housing part A with other (not visible) components of the ultrasonic surface oscillator 1 and the Ultrasonic surface oscillator 1 to be attached to a wall of a textile finishing device before direction.
  • the flange area F has a flange outer side Fa and bores 4.
  • the bores 4 are designed to receive screws (not shown) with which the components of the ultrasonic surface oscillator 1 are detachably connected to one another.
  • a detailed description of the flange area F takes place in the context of FIG.
  • the upper housing part A surrounds a converter system 2 (see FIG. 5) of the ultrasonic surface oscillator 1.
  • the converter system 2 can be connected via a connection 3 to a frequency generator G (see FIG. 8), via which connection 3 a high-frequency alternating voltage can be fed into the converter system 2.
  • FIG. 2 shows a plan view of the ultrasonic surface oscillator 1 from FIG. 1 looking towards the housing part A.
  • the ultrasonic surface oscillator 1 is rectangular. It is within the scope of the invention to design the ultrasonic surface transducer 1 in other geometric shapes, for example square, circular or individual contours.
  • the outside of the flange Fa is designed to serve as a support for screw heads which are arranged in the bores 4. In order to prevent unwanted loosening of the screws, the outer side of the flange Fa can have an increased surface roughness, so that a relative movement of the screw heads to the outer side of the flange Fa is made more difficult.
  • the illustration according to FIG. 2 comprises a section line B-B, from which the sectional illustration in FIG. 6 results.
  • FIG. 3 shows a bottom view of the ultrasonic surface oscillator 1 from FIG. 1.
  • the ultrasonic surface oscillator 1 has a flange inside Fb which is designed and intended to be connected to a wall of a textile finishing device (cf. FIG. 8) will. This can be done both by means of screws which are arranged in the bores 4 and by means of fully or partially circumferential welding seams between the inside of the flange Fb and the corresponding wall.
  • the ultrasonic surface oscillator 1 has an ultrasonic oscillating element 6 with an active surface 5, which on a side facing away from the housing part A of the Ultrasonic surface oscillator 1 are arranged.
  • the ultrasonic vibrating element 6 is excited to vibrate, which can be given in the form of active vibrations to a textile finishing liquid, such as paint.
  • a textile finishing liquid such as paint.
  • the ultrasonic vibrating element 6 is in operation with its active surface 5 in contact with the said liquid and for this reason preferably has a coated surface that is chemically resistant to the paint or another textile finishing liquid.
  • the ultrasonic vibrating element is made of stainless steel for this purpose.
  • the ultrasonic vibrating element can have a coating, in particular a high-performance polymer coating, in the area of the active surface.
  • FIG. 4 shows a side view of the ultrasonic surface oscillator 1 from FIG. 1.
  • the housing part A is located above the flange area F.
  • the ultrasonic oscillating element 6 is located with the active surface 5 below the flange area F.
  • the ultrasonic oscillating element 6 has an offset K, which is explained in detail in the description of FIG.
  • the illustration according to FIG. 4 refers to a breakout with a section course C-C, from which the sectional illustration according to FIG. 7 results.
  • FIG. 5 shows the internal structure of the ultrasonic surface oscillator 1 from FIG. 1 in the form of a sectional view above the flange area F.
  • the ultra-sound I oscillating element 6 comprises a connection surface 7, which in turn has a plurality of partial connection surfaces 7 ', 7 ", 7'” etc. includes.
  • the individual ultrasonic oscillators 8 ', 8 “, 8'” etc. of the converter system 2 are mechanically connected to the ultrasonic oscillating element 6 via the respective associated partial connection surface 7 ', 7 ", 7"', etc.
  • Partial connection surfaces 7 ', 7 ", 7'", etc. as components of the connection surface 7 are mechanically coupled to the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8"', etc. in such a way that the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'” generated vibrations are transmitted to the ultrasonic vibrating element 6.
  • the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'” etc. are preferably each built up in layers from piezo elements (not visible), which are each connected to electrodes P and N. Via the electrodes P and N, an electrical See alternating voltage applied to the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'", whereby these can be set into oscillations, the frequency of which corresponds to a frequency of the applied alternating voltage.
  • the vibrations of the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'” etc. that arise in the process are coupled into the ultrasonic oscillating element 6 via the partial connection surfaces 7 ', 7 ", 7'". On the active surface 5 opposite the connection surface 7 (see FIG.
  • the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'” are arranged in two rows R1 and R2, which rows R1 and R2 are aligned parallel to one another and are spaced apart from one another by a row spacing RA. Furthermore, the rows R1 and R2 are aligned transversely to a first nominal axis NA, the first Nen axis NA running parallel to the nominal textile conveying direction 25, along which a textile to be finished (not shown) relative to the effective surface 5 (see Figure 4) in the context of a Textile finishing is performed.
  • a second nominal axis NB is oriented transversely to the nominal textile conveying direction 25.
  • the individual ultrasonic transducers 8, 8 ′′, 8 ′′, etc. of the rows R1 and R2 are spaced apart from one another both at a first transducer spacing 9a and at a second transducer spacing 9b.
  • the first transducer spacing 9a between two individual ultrasonic transducers 8, 8 ′′, 8 ′′, etc. is measured along the first nominal axis NA (longitudinal direction).
  • NA longitudinal direction
  • the first transducer spacing 9a corresponds to a spacing that is greater than zero millimeters and can in principle be of any size.
  • the distance can be increased up to a diameter of a single ultrasonic transducer 8, 8 ′′, 8 ′′, etc.
  • the second transducer spacing 9b is measured along the second nominal axis NB (transverse direction).
  • the second transducer spacing 9b corresponds to a spacing of zero millimeters, so that the textile is covered without gaps in the transverse direction.
  • the first oscillator spacing 9a and the second oscillator spacing 9b shown can ensure that a uniform active oscillation is formed on the active surface of the ultrasonic surface oscillator 1.
  • the evenness of the resulting finishing effect is enhanced by the fact that the ultrasonic single transducers 8 ', 8 ", 8'” etc. of the first row R1 in the direction of view along the nominal textile conveying direction 25 offset without overlapping to the ultrasonic single transducers 8 ', 8 ", 8'” etc. of the second row R2 are arranged. This is indicated by the M mark.
  • the invention is not limited to the use of two rows R1, R2 of ultrasonic single transducers 8, 8 ′′, 8 ‘′′. If more than two (staggered) rows are used, the distance between the individual ultrasonic transducers 8 ‘, 8", 8 ‘" within a row in the transverse direction can also be larger than the diameter of a single ultrasonic transducer
  • Distance (number of rows - 1) * diameter of a single ultrasonic transducer.
  • the selected distances result in an optimal ratio of the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'” etc. used and their partial connection surfaces 7 ', 7 ", 7'” etc. to the total effective surface 5 (see FIG 4). If you add up all the partial connection areas 7, 7 ′′, 7 ′′, etc. in their two-dimensional dimensions, the result is a total area that is smaller than the effective area 5 (see FIG. 4).
  • the individual ultrasonic transducers 8 ', 8 ", 8'” etc. each have resonance frequencies that are in a common frequency range. They can thus be operated by the frequency generator G at a common excitation frequency, possibly with an additional variation (eg sweep). Furthermore, the individual oscillations of the individual ultrasonic oscillators 8 ', 8 ", 8'” have essentially the same amplitudes due to excitation by the frequency generator G and oscillate essentially in phase.
  • Figure 6 shows a sectional view of the ultrasonic surface oscillator 1 according to the course of the section plane BB from Figure 2. Figure 6 shows the converter system 2 with the ultrasonic vibrating element 6 and the flange area F.
  • the active surface 5 of the ultrasonic vibrating element 6 is arranged in the area of the crank K.
  • FIG. 7 shows a side view of the ultrasonic surface oscillator 1 according to the cutout and the section plane C-C from FIG.
  • the flange area F comprises a press-on frame 10 which forms the flange outer side Fa.
  • the pressure frame 10 is in contact with a first seal 11.
  • a membrane 12 which in turn is in contact with a second seal 13.
  • This in turn is in contact with a frame 14, which in turn is connected to the crank K on the inside of the flange Fi.
  • the crank K has an area in which it grasps the ultrasonic vibrating element 6 with the active surface 5 and is in contact with the textile-finishing liquid in the interior space 20 via the latter in the assembled state.
  • the bore 4 extends over the entire layer structure described and is designed via a thread G in the frame 14 to be able to join the components of the ultrasonic surface oscillator 1. In particular, this results in a sealing connection between the housing part A and the crank K.
  • the membrane 12 is clamped at its edge in the flange area F and can be designed to form the connection surface 7 (see FIG. 5).
  • the excitation oscillation can thus be transmitted from the individual ultrasonic transducers 8 ′, 8 ′′, 8 ′ ′′ via the membrane 12 to the ultrasonic vibrating element 6.
  • the frame 14 can be designed as a weld-on frame, by means of which the ultrasonic surface oscillator 1 can be fastened to the wall 17 of a textile finishing device, so that the crank K is arranged in an opening D in the wall 17.
  • a weld seam (not shown) can run continuously between the frame 14 and the wall 17. In this case, the weld seam in addition to the integral connection also achieves a sealing effect in which the interior 14 of the textile finishing device is separated from an outside on which the converter system 2 is arranged.
  • the crank K has a crank depth 15 which essentially corresponds to a wall thickness d of the wall 17 for fastening the ultrasonic surface oscillator 1.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a textile finishing device 16 which has a wall 17, which wall 17 is designed to contain a textile finishing liquid 18 in the manner of a tank or basin.
  • An ultrasonic surface oscillator 1 is net angeord in and on the wall 17.
  • the wall has the opening D, in which the ultrasonic surface oscillator 1 is arranged with its offset K.
  • the cranking depth 15 corresponds to the wall thickness d of the wall 17, so that the active surface 5 is arranged flush with the wall 17.
  • the ultrasonic surface oscillator 1 rests against the wall 17 via the inside of the flange Fi and is connected to the wall 17 via a weld seam S.
  • the ultrasonic surface oscillator 1 is also connected to a frequency generator G, which frequency generator G generates an electrical alternating voltage with a frequency that can be set in a defined manner.
  • the generated alternating voltage is converted by the converter system 2 into a corresponding mechanical (ultrasonic) oscillation, with which an effective oscillation of the ultrasonic I-surface oscillator 1 is generated.
  • the frequency generator G also has the option of setting an excitation frequency or an excitation amplitude via an operating element BP as a function of an ambient temperature Ta and / or a fluid temperature Ti. The latter serves to reduce the viscous Tat of the textile-finishing liquid 18 to be determined indirectly. Using fixed reference values, the excitation frequency or the excitation amplitude can be set manually or automatically on the frequency generator G as a function of the ambient temperature Ta and the fluid temperature Ti.
  • the ultrasonic surface oscillator 1 is designed to dispense homogeneous wave fronts 19 into an interior 20 of the textile finishing device 16 or into the textile finishing liquid 18 contained there.
  • the waves produced in this way have a wavelength l, which is denoted by reference numeral 21.
  • Half a wavelength corresponds to the distance at reference number 22.
  • the textile-finishing liquid 18 is a textile color; however, it is within the scope of the invention to use other liquids useful for treating fabrics, such as bleaching agents, impregnating agents, detergents and the like.
  • the textile finishing device 16 has a roller arrangement with rollers 23, 23 ′′, 23 ‘′′.
  • the roller arrangement is designed to guide a textile 24 under tension along a conveying direction 25 into the textile-finishing liquid 18, to guide the textile 24 through an effective area of the ultrasonic surface oscillator 1, and to guide it back out of the textile-finishing liquid 18.
  • the rollers 23 ‘to 23‘ " can be adjusted transversely to their respective roller axes 26‘, 26 ", 26‘ ".
  • the alignment of the textile 24 relative to the active surface 5 of the ultrasonic surface oscillator 1 and, in particular, the distance can be set, whereby the intensity of the finishing effect can be influenced by the ultrasonic waves.
  • the wave fronts 19 propagate in a height area 27 in the textile-finishing liquid 18, which height area 27 defines a preferred effective area W of the ultrasonic surface oscillator 1.
  • the roller 23 ′ ′′ is located in a different height area 28 which has no spatial overlap with the height area 27 or the effective area W in order to avoid interference.
  • the textile 24 in the interior space 20 is at a distance of half a wavelength 22 from the active surface 5 of the ultrasonic vibrating element shown spaced. In a real implementation, the distance can alternatively also lie in the range of an integral multiple of half the wavelength 22.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Ultraschall-Flächenschwinger (1) für die Textilveredelung umfasst ein Konvertersystem, welches Konvertersystem dazu ausgebildet ist, eine Anregungsschwingung zu erzeugen, und mindestens ein Ultraschall-Schwingelement (6), welches Ultraschall-Schwingelement (6) eine Anbindungsfläche (7) und eine Wirkfläche aufweist, welche Anbindungsfläche (7) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, die Anregungsschwingung vom Konvertersystem aufzunehmen und welche Wirkfläche dazu ausgebildet und vorgesehen ist, eine Wirkschwingung in eine textilveredelnde Flüssigkeit einzukoppeln. Die Anbindungsfläche (7) umfasst mindestens zwei Teilanbindungsflächen (7', 7'', 7''') und das Konvertersystem mindestens zwei separate Ultraschall-Einzelschwinger (8', 8'', 8'''), wobei ein gegebener Ultraschall-Einzelschwinger (8', 8'', 8''') mit jeweils einer Teilanbindungsfläche (7', 7'', 7''') mechanisch gekoppelt ist und eine Gesamtfläche aller Teilanbindungsflächen (7', 7'', 7''') kleiner ist als die Wirkfläche.

Description

Ultraschall-Flächenschwinqer für die Textilveredelung, Textilveredelunqsvorrich- tunq und Textilveredelunqsverfahren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Flächenschwinger für die Textilverede- lung, umfassend ein Konvertersystem, welches Konvertersystem dazu ausgebil det ist, eine Anregungsschwingung zu erzeugen, und mindestens ein Ultra- schall-Schwingelement, welches Ultraschall-Schwingelement eine Anbindungs fläche und eine Wirkfläche aufweist, welche Anbindungsfläche dazu ausgebildet und vorgesehen ist, die Anregungsschwingung von dem Konvertersystem aufzu- nehmen, und welche Wirkfläche dazu ausgebildet und vorgesehen ist, eine
Wirkschwingung in eine textilveredelnde Flüssigkeit einzukoppeln, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner betrifft die Erfindung eine Textilveredelungsvorrichtung gemäß Anspruch 15 und ein Textilveredelungsverfahren gemäß Anspruch 20.
Vorrichtungen mit einen Konvertersystem und einem Ultraschall-Schwing element sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen dazu, mechani sche Schwingungen zu erzeugen und in Flüssigkeiten einzukoppeln, in denen sich Objekte befinden, die durch ein Zusammenwirken der Flüssigkeit und der eingebrachten mechanischen Schwingungen in ihrer äußeren Erscheinung be einflusst werden. Dazu gehören insbesondere Reinigungsvorgänge oder auch das Färben oder Bleichen von flächigen, formschlaffen Gebilden, wie Textilien. Insbesondere durch Veränderung der Druckzustände im Bereich der verarbeite- ten Textilien lassen sich Reinigungs- oder Färbeeffekte durch bekannte fluidme chanische Effekte verstärken, und die Effizienz der betroffenen Prozesse kann erhöht werden.
Bekannte Konvertersysteme sind dazu ausgebildet, elektrische Wechselspan- nungen in Anregungsschwingungen zu wandeln, die auf das Ultraschall-
Schwingelement übertragen werden. Dafür kann das Konvertersystem ein pie- zoelektrisches Element (auch: Piezo-Element) umfassen, welches durch Anre gung mittels besagter Wechselspannung in eine mechanische Schwingung ver setzt werden kann. Über eine Wirkfläche des Ultraschall-Schwingelementes wird die Anregungsschwingung in Form einer Wirkschwingung auf textilveredelnde Flüssigkeiten übertragen.
Bekannte, zu diesem Zweck eingesetzte Ultraschall-Schwingelemente sind als stabförmige Sonotroden ausgebildet und erlauben jeweils nur eine punktuelle Einkopplung von Wirkschwingungen in die textilveredelnde Flüssigkeit. Um eine gute Veredelungswirkung an einem flächigen Textil zu erzielen, erfordert es so mit eine Vielzahl an Sonotroden, die derart angeordnet sein müssen, dass sich ihre punktuell ausgebildeten Schwingungen überlagern, um eine räumlich ho mogene Färbewirkung am Textil zu erzielen. Wenn dies nicht gelingt, sind bei derartigen Anordnungen aufwändige nachträgliche Verarbeitungsschritte erfor derlich, um ungleichmäßig gefärbte Bereiche am Textil auszubessern, die sich während der Textilveredelung nicht im Bereich der punktuellen Einkopplung der Wirkschwingungen befanden. Dies geht mit hohen Kosten einher, wodurch die Effizienz der Textilveredelung gering ist. Um die Wirkung stabförmiger Sonotro den zu erhöhen, können die Anzahl der Sonotroden erhöht und ihre Abstände zueinander reduziert werden, allerdings ist dies nicht wirtschaftlich und im in dustriellen Maßstab realisierbar. Alternativ können die Sonotroden mit hohen elektrischen Leistungen betrieben werden. Dies geht jedoch mit einem erhöhten Verschleiß des Konvertersystems sowie der Sonotroden selbst einher.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Effizienz von Ultraschall- Schwingern in der Textilveredelung zu erhöhen und ihren Verschleiß zu reduzie ren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Ultraschall-Flächen schwinger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch eine Textilveredelungs vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 20.
Ein erfindungsgemäßer Ultraschall-Flächenschwinger für die Textilveredelung umfasst ein Konvertersystem, welches Konvertersystem dazu ausgebildet ist, eine Anregungsschwingung zu erzeugen, und mindestens ein Ultraschall- Schwingelement, welches Ultraschall-Schwingelement eine Anbindungsfläche und eine Wirkfläche aufweist, welche Anbindungsfläche dazu ausgebildet vorge sehen ist, die Anregungsschwingung vom Konvertersystem aufzunehmen und welche Wirkfläche dazu ausgebildet und vorgesehen ist, eine Wirkschwingung in eine textilveredelnde Flüssigkeit einzukoppeln. Die Anbindungsfläche umfasst mindestens zwei Teilanbindungsflächen und das Konvertersystem mindestens zwei separate Ultraschall-Einzelschwinger, wobei ein gegebener Ultraschall- Einzelschwinger mit jeweils einer Teilanbindungsfläche mechanisch gekoppelt ist und eine Gesamtfläche aller Teilanbindungsflächen kleiner ist als die Wirk- fläche.
Im Gegensatz zum Stand der Technik umfasst der erfindungsgemäße Ultra- schall-Flächenschwinger ein Konvertersystem, das mindestens zwei Ultraschall- Einzelschwinger umfasst. Das Ultraschall-Schwingelement wird somit nicht le- diglich durch einen Ultraschall-Einzelschwinger angeregt, sondern durch min destens zwei. Dadurch lassen sich Ultraschall-Schwingelemente ausbilden, die in ihren Dimensionen größer sind als die bekannten stabförmigen Schwingele mente. Dadurch ist es möglich, die punktuell entstehenden Wellenfronten meh rerer Ultraschall-Einzelschwinger in ein gemeinsames Ultraschall-Schwing- element einzukoppeln, welches mit seiner Wirkfläche eine Wirkschwingung er zeugt, die großflächig homogener ausgebildet ist als die nur punktuell wirkenden Einzelschwingungen stabförmiger Schwingelemente.
Das Ultraschall-Schwingelement kann sowohl in seiner Wirkfläche als auch in seiner Anbindungsfläche unterschiedliche Formen aufweisen. Mit der Erfindung geht der Vorteil einher, dass die verwendeten Ultraschall-Einzelschwinger in ein gemeinsames Ultraschall-Schwingelement einkoppeln und dieses dementspre chend zu einer gemeinsamen Wirkschwingung anregen. Durch die Größe der Wirkfläche, welche größer ist als die Teilanbindungsflächen der Ultraschall- Einzelschwinger, ergibt sich ein insgesamt größerer Wirkbereich der Wirk schwingung.
Im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen ist vorteilhaft, dass anstelle einer Wel lenfrontüberlagerung mehrerer Schwingelemente ein einziges Ultraschall- Schwingelement zur Erzeugung einer Wirkschwingung verwendet wird. Damit kann die Gesamtzahl der Ultraschall-Einzelschwinger bzw. können die Kosten reduziert werden.
Weil die Veredelungswirkung durch den Einsatz von Ultraschall verbessert wer- den kann, lässt sich die erforderliche Gesamtmenge einer textilveredelnden Flüssigkeit reduzieren. Dementsprechend lassen sich folglich auch die Fas sungsvolumina von Behältnissen zur Aufnahme textilveredelnder Flüssigkeiten oder die Abmessungen darin verwendeter Komponenten wie z.B. Walzen redu zieren. Darüber hinaus kann eine erforderliche Prozesstemperatur verringert sowie auf den Einsatz zusätzlicher chemischer Wirkstoffe ganz oder teilweise verzichtet werden. Diese werden in bekannten Vorrichtungen dazu verwendet, die Veredelungswirkung zu beschleunigen. Insgesamt lassen sich durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Flächenschwingers die Beschaf- fungs- und Betriebskosten sowie die Umwelteinflüsse von Textilveredelungsvor- richtungen reduzieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Ultraschall-Flächenschwingers ist die Wirkfläche im Wesentlichen eben ausgestaltet, um durch die Wirkschwingung eine ebene Wellenfront in die textilveredelnde Flüssigkeit einzukoppeln.
Der Vorteil einer eben ausgestalteten Wirkfläche des Ultraschall-Schwing elementes resultiert daher, dass die Position und Lage des Ultraschall-Flächen schwingers aufwandsarm gegenüber dem zu veredelnden Textil räumlich ausge richtet werden kann. Darüber hinaus geht eine ebene Ausgestaltung des Ultra- schall-Schwingelementes mit einer einfachen Herstellbarkeit des Ultraschall- Flächenschwingers einher. Ebenso kann durch einfache Berechnung der Ge samtfläche ein effektiver Wirkbereich des Ultraschall-Flächenschwingers abge schätzt werden, da dieser vorzugsweise die gleichen Abmessungen hat, wie die Wirkfläche des Ultraschall-Schwingelementes.
Bei der Textilveredelung ergibt sich ein Vorteil durch die homogene Druckvertei lung des Ultraschalls, welcher in die textilveredelnde Flüssigkeit eingekoppelt wird. Dies geht mit einer verbesserten Veredelungswirkung bei Textilien einher, da die eingekoppelten Wirkschwingungen gleichmäßig auf das Textil wirken. Dadurch ergibt sich ein dementsprechend gleichmäßiger Veredelungseffekt, wodurch keine Ausbesserung ungleichmäßig veredelter Bereiche, insbesondere durch eine nachträgliche Reinigung, Nachfärbung oder Nachbleichung erforder lich ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ultraschall-Flächen- schwingers sind die Wirkfläche und die Anbindungsfläche auf entgegengesetz ten Seiten bzw. Flächen des Ultraschall-Schwingelements angeordnet und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
Durch parallele Ausbildung der Anbindungsfläche zu der Wirkfläche lässt sich die Ausbreitungsrichtung der Wirkschwingung ausgehend von der Wirkfläche aufwandsarm festlegen. Ebenso können vergleichsweise einfach gestaltete Plat tenelemente als Ultraschall-Schwingelemente eingesetzt werden, die zwei paral lele Seiten bzw. Flächen aufweisen, welche jeweils als Wirk- und Anbindungs fläche verwendet werden können. Darüber hinaus lässt sich aufgrund der Paral- lelität zwischen Wirk- und Anbindungsfläche die Ausrichtung der Wirkfläche oh ne aufwändige Messmittel allein durch die Ausrichtung der Anbindungsfläche ermitteln und gegebenenfalls korrigieren. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Wirkfläche im laufenden Betrieb der Textilveredelungsvorrichtung nicht zu gänglich ist (z.B., wenn sie in die textilveredelnde Flüssigkeit eingetaucht ist), die entgegengesetzt gerichtete Anbindungsfläche jedoch zugänglich ist (z.B. , wenn sie aus der textilveredelnden Flüssigkeit hinausragt).
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ultraschall-Flächenschwingers weisen die Ultraschall-Einzelschwinger jeweils eine Resonanzfrequenz auf, wo- bei die Resonanzfrequenzen der Ultraschall-Einzelschwinger in einem Fre quenzbereich liegen.
Um die Homogenität der erzeugten Wirkschwingung und damit auch den Ver edelungseffekt zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, die Ultraschall-Einzel- schwinger des Konvertersystems derart auszuwählen bzw. zu gruppieren, dass diese eine ähnliche Schwingcharakteristik aufweisen. Da Ultraschall-Einzel- schwinger, wie z.B. Piezo-Elementen oder -Aktoren, im Bereich ihrer Resonanz frequenzen angeregt werden, da sie in diesen Bereichen den höchsten Schall druck erzeugen, ist es vorteilhaft, nur Ultraschall-Einzelschwinger mit einer ähn- liehen Resonanzfrequenz innerhalb eines Ultraschall-Flächenschwingers zu verwenden. Trotz des organisatorischen Aufwandes sinken bei der Kommissionierung ähnli cher Ultraschall-Einzelschwinger bei ihrer Montage die Gesamtkosten, da auf grund der ähnlichen Resonanzfrequenzen keine elektronischen Schaltungen vorgesehen werden müssen, um gegebenenfalls stark unterschiedliche Reso nanzbereiche durch Frequenzmodulation mit entsprechend großem Hub in einen gemeinsamen Bereich zu verlagern.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Ultraschall-Einzel- schwinger mit einem Frequenzgenerator wirkverbunden, welcher Frequenzgene rator dazu ausgebildet ist, eine Wechselspannung mit einer Anregungsfrequenz zu erzeugen, die in dem Frequenzbereich der Resonanzfrequenzen der Ultra- schall-Einzelschwinger liegt. Liegen die Resonanzfrequenzen in demselben Frequenzbereich, kann ein ein zelner Frequenzgenerator zum Einsatz kommen, zu dem alle Ultraschall- Einzelschwinger eines Konvertersystems parallelgeschaltet werden. Damit lässt sich der Verschaltungsaufwand bei der Montage des Ultraschall-Flächen schwingers verringern, und die Materialkosten sowie die Herstellungskosten lassen sich senken.
Bei gleichen oder ähnlichen Resonanzfrequenzen muss der Frequenzgenerator folglich auch nur eine Anregungsfrequenz aufweisen, welche im Bereich der Re sonanzfrequenz der Ultraschall-Einzelschwinger liegt. Damit können relativ ein- fach gestaltete und kostengünstig zu erwerbende Frequenzgeneratoren für den Einsatz mit dem Ultraschall-Flächenschwinger vorgesehen werden.
Es liegt im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung, dass am Frequenzgene rator neben der Anregungsfrequenz im Frequenzbereich der Resonanzfrequen- zen der Ultraschall-Einzelschwinger andere Frequenzbereiche einstellbar sind. Dies ist vorteilhaft, wenn die Ultraschall-Einzelschwinger nicht in ihren Reso nanzbereichen betrieben werden sollen, insbesondere um durch die Wirk schwingung geringere Leistungen, in die textilveredelnde Flüssigkeit einzukop peln.
Ebenso liegt es im Rahmen einer optionalen Weiterbildung der Erfindung, dass der Frequenzgenerator über eine sog. Sweep-Funktion verfügt, über die die An regungsfrequenz in definierbaren zeitlichen Abschnitten variiert werden kann. Damit können Ultraschall-Einzelschwinger mit Resonanzfrequenzen, die in un terschiedlichen Frequenzbereichen liegen oder von einer Nennfrequenz abwei chen, im selben Konvertersystem montiert und betrieben werden. Dafür kann eine Abweichung der tatsächlichen Resonanzfrequenz eines Ultraschall- Einzelschwingers und eine entsprechende Betriebsweise für die Sweep-Funktion ermittelt werden, sodass vorliegende Abweichungen allein über einen angepass te Betrieb des Frequenzgenerators kompensiert werden können. Vorteilhaft ist es, wenn sich die Resonanzfrequenzen der Ultraschall-Einzelschwinger um bis zu 5% der Nennfrequenz, vorzugsweise um 1 % der Nennfrequenz, höchst vor zugsweise um höchstens um 0,5% der Nennfrequenz voneinander unterschei den. Diesen Bereich sollte dann die Sweep-Funktion abdecken können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Frequenzgenerator dazu ausgestal tet, in mindestens zwei Betriebsmodi betreibbar zu sein, welche in Abhängigkeit und/oder unter Berücksichtigung wenigstens einer veränderlichen Bedingung, insbesondere einer Umgebungstemperatur und/oder einer veränderlichen Ei genschaft der textilveredelnden Flüssigkeit, vorzugsweise einer Viskosität der textilveredelnden Flüssigkeit, einstellbar sind.
Die Eigenschaften der textilveredelnden Flüssigkeit können von verschiedenen Einflüssen abhängig sein, welche auch ihre Koppeleigenschaften für Ultraschall beeinflussen können. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, äußere Bedin gungen, wie z.B. eine Umgebungstemperatur, oder eine relevante Eigenschaft der textilveredelnden Flüssigkeit selbst, wie z.B. eine Fluidtemperatur und/oder Viskosität, zu prüfen oder zu messen, um mögliche negative Einflüsse kompen sieren zu können. Dies kann über einen angepassten Betrieb des Frequenzge nerators erfolgen, indem die Anregungsamplitude oder die Anregungsfrequenz entsprechend einem festgestellten Zustand oder der Veränderung des Zustan des angepasst werden. Damit kann ein effizienter Einsatz des Frequenzgenera tors erreicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Ultraschall-Einzel- schwinger dazu ausgebildet, bei Anregung bei der Anregungsamplitude jeweils mit einer Maximalamplitude zu schwingen, welche Maximalamplituden in einem Amplitudenbereich liegen.
Durch Angleichung von Amplituden ergibt sich der Vorteil, dass das Ultraschall- Schwingelement nicht ungleichmäßig durch die mit ihm verbundenen Ultra- schall-Einzelschwinger verformt wird. Besonders bei dünnwandig ausgestalteten Ultraschall-Schwingelementen kann sich eine solche ungleichmäßige Verfor mung an der Wirkfläche ausbilden, wodurch das Schwingungsbild negativ beein trächtigt wird. Das Ultraschall-Schwingelement ist vorteilhafterweise aus Stahl ausgebildet, insbesondere nichtrostendem Stahl, welcher im Bereich seiner
Wirkfläche eine Steifigkeit aufweist, mit der die Wirkschwingung eine Amplitude im Bereich von 2 pm aufweisen kann. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Ultraschall-Schwingelement dazu ausgebildet ist, Wirkschwingungen in an deren Amplitudenbereichen zuzulassen.
Die erreichbaren Maximalamplituden der Ultraschalleinzelschwinger lassen sich bei der Montage des Ultraschall-Flächenschwingers gezielt einstellen. Dafür können die Piezo-Elemente eines Ultraschall-Einzelschwingers in einem soge nannten Stack schichtweise angeordnet werden. Dabei sind die Piezo-Elemente durch alternierend gepolte Elektroden voneinander getrennt. Wird eine Span nung an die Elektroden angelegt, bewirken diese eine Elongation des gesamten Stacks. Damit kann eine gezielte Elongation zur Erreichung einer Amplitude durch Änderung der Schichtanzahl an Piezo-Elementen innerhalb eines Stacks aufwandsarm eingestellt werden.
Alternativ kann eine elektrische Schaltung mit Spannungswandlern vorgesehen sein, welche die Spannungsamplituden für jedes Schwingelement anhebt oder herabsetzt, um eine gleichmäßiges Amplitudenbild zu bewirken. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Ultraschall-Einzel- schwinger dazu ausgebildet, durch Anregung bei der Anregungsfrequenz gleich phasig zu schwingen.
Gleichphasig schwingende Ultraschall-Einzelschwinger bewirken in vorteilhafter Weise, dass das Ultraschall-Schwingelement nicht ungleichmäßig durch die mit ihm verbundenen Ultraschall-Einzelschwinger verformt wird. Ferner entstehen keine unerwünschten Interferenzeffekte, durch die sich gegenphasige Schwin gungen im Ultraschall-Schwingelement auslöschen oder unbeabsichtigt verstär ken könnten. Die Gleichphasigkeit lässt sich durch eine Parallelschaltung der Ultraschall- Einzelschwinger zu einem Frequenzgenerator erreichen, sodass die anliegende Wechselspannung zur Erzeugung einer Anregungsschwingung für alle Schwin gelemente in derselben Phasenlage anliegt. Alternativ können mehrere Frequenzgeneratoren zum Einsatz kommen, wobei jedes Schwingelement mit einer elektrischen Schaltung, die einen Phasenschie ber o.ä. umfasst, verbunden ist. Eine solche elektrische Schaltung erlaubt die Verlagerung der der Phase anliegender Spannungen, sodass eine gleichphasige Schwingung zwischen den Ultraschall-Einzelschwingern erreichbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Ultraschall Einzelschwin ger entlang einer ersten Nennachse (Längsrichtung) in einem ersten Schwinger abstand voneinander beabstandet, wobei die erste Nennachse parallel zu einer nominellen Laufrichtung eines zu veredelnden Textils ausgerichtet ist und der erste Schwingerabstand mindestens Null Millimeter beträgt und maximal einem Durchmesser des Ultraschall-Einzelschwingers oder der Teilanbindungsfläche entspricht. Grundsätzlich ist der erste Schwingerabstand allerdings nicht auf einen bestimmten Maximalwert beschränkt. Zusätzlich oder alternativ können die Ultraschall-Einzelschwinger entlang einer zweiten Nennachse in einem zwei- ten Schwingerabstand voneinander beabstandet sein, wobei die zweite Nen nachse quer zu der nominellen Laufrichtung des zu veredelnden Textils ausge richtet ist (Querrichtung) und der zweite Schwingerabstand betragsmäßig kleiner oder gleich Null Millimeter ist, vorzugsweise gerade Null Millimetern entspricht.. Die mögliche Anzahl von Ultraschall-Einzelschwingern eines Ultraschall-
Flächenschwingers ergibt sich durch die zur Verfügung stehende Anbindungs fläche des Ultraschall-Schwingelements. Ein Vorteil, der durch die Erfindung erreicht werden kann, besteht darin, dass nicht die gesamte Anbindungsfläche genutzt werden muss, um eine Wirkschwingung durch die Ultraschall- Einzelschwinger erzeugen zu können. Vielmehr können Kosten bei der Herstel lung gespart werden, wenn die Anzahl der Ultraschall-Einzelschwinger im Zuge einer bevorzugten Weiterbildung auf ein Minimum beschränkt ist. Die minimale Anzahl an Ultraschall-Einzelschwingern kann sich dadurch auszeichnen, dass sie nicht weiter unterschritten werden darf, um ein gleichmäßiges Schwingungs bild gewährleisten zu können.
Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es für die Anordnung der Ultraschall-Einzelschwingern in einer minimalen Anzahl vorteilhaft sein kann, zu berücksichtigen, dass das zu veredelnde Textil entlang der nominellen Laufrich tung relativ zum Ultraschall-Flächenschwinger bewegt werden kann. Dabei kann der Abstand zweier Ultraschall-Einzelschwinger bei der Veredelung eines be wegten Textils im Vergleich zu der Veredelung eines ruhenden Textils höher gewählt werden. Dies ist vorteilhaft, da die minimale Anzahl erforderlicher Ultra- schall-Einzelschwinger durch große Abstände verringert werden kann. Der Abstand zweier Ultraschall-Einzelschwinger kann entlang der ersten Nen nachse und/oder entlang der zweiten Nennachse bemessen werden: Diejenige Abstandskomponente, die entlang der ersten Nennachse, also parallel zur no minellen Laufrichtung bemessen wird, beträgt mindestens Null Millimeter und entspricht bevorzugt höchstens einem Durchmesser des Ultraschall-Einzel- schwingers. Dabei müssen die Ultraschall-Einzelschwinger nicht zwangsläufig streng entlang der ersten Nennachse angeordnet sein. Vielmehr können die Ult raschall-Einzelschwinger entlang einer Verbindungsachse angeordnet sein, die in einem Relativwinkel zur ersten Nennachse ausgerichtet ist. Dabei kann der tatsächliche, absolute Abstand zwischen zwei Ultraschall-Einzelschwingern sich betragsmäßig vom ersten Schwingerabstand unterscheiden. In diesem Fall ergibt sich der erste Schwingerabstand aufgrund seiner trigonometrischen Be ziehung zu dem absoluten Abstand, sodass dieser zumindest aus dem oben ge nannten Relativwinkel und dem absoluten Abstand errechnet werden kann. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass eine gleichmäßige Verede lungswirkung erreicht werden kann, wenn der erste Schwingerabstand einen Mindestabstandswert von Null Millimetern, nicht unterschreitet. Ferner konnten Untersuchungen der Anmelderin zeigen, dass der erste Schwingerabstand be vorzugt bis zu einem Betrag erhöht werden kann, der einem Durchmesser des Ultraschall-Einzelschwingers entspricht, jedoch in guter Näherung auch dem Durchmesser einer Teilanbindungsfläche entsprechen kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen solchen Maximalabstand beschränkt.
Umfasst der Ultraschall-Flächenschwinger eine andere Anordnung aus mindes- tens zwei Ultraschall-Einzelschwingern, deren Abstand zumindest anteilig ent lang der zweiten Nennachse bemessen werden kann, so entspricht der sich er gebende Anteil dem zweiten Schwingerabstand. Der zweite Schwingerabstand kann betragsmäßig beliebig gewählt werden, vorzugsweise jedoch gerade Null Millimeter betragen. Dadurch können sich bei Blickrichtung entlang der ersten Nennachse, also entlang der nominellen Laufrichtung, Anordnungen von Ultra- schall-Einzelschwingern ergeben, bei denen sich diese überlappen (Abstand kleiner Null). Dadurch können sich im Bereich der Überlappungen Intensitäts- maxima ergeben, welche für eine lokale Verstärkung der Veredelungsrichtung nützlich sein können. Untersuchungen der Anmelderin haben auch gezeigt, dass eine überlappungsfreie Anordnung der Ultraschall-Einzelschwinger (bei Blick richtung entlang der Textil-Laufrichtung; Abstand in Querrichtung Null) und da mit auch eine überlappungsfreie Anordnung der Teilwirkflächen zu einem homo genen Veredelungsbild am zu veredelnden Textil führen kann. Entsprechend können durch eine überlappungsfreie, lückenlose Anordnung bei einem zweiten Schwingerabstand, der gerade Null Millimetern entspricht, Intensitätsminima vermieden werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den zweiten Schwinger abstand nicht durch einen Höchstabstandswert zu beschränken, da sich die ge zielte Einstellung von Intensitätsmaxima und Intensitätsminima nach den indivi duellen Erfordernissen der Textilveredelung richtet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ultraschall-Flächenschwingers sind die Ultraschall-Einzelschwinger in einer ersten Reihe und einer zweiten Reihe angeordnet, wobei die erste Reihe und die zweite Reihe in einem Reihen abstand voneinander beabstandet sind und vorzugsweise die Ultraschall-Einzel- schwinger der ersten Reihe zu den Ultraschall-Einzelschwingern der zweiten Reihe jeweils versetzt, höchst vorzugsweise überschneidungsfrei versetzt, an geordnet sind.
Die erste Reihe und die zweite Reihe umfassen vorzugsweise jeweils mindes- tens zwei Ultraschall-Einzelschwinger. Die beiden Reihen können parallel oder unter einem definierten Winkel zueinander ausgerichtet sein. Ebenso kann bei einem Ultraschall-Flächenschwinger eine Mehrzahl von Reihen vorgesehen sein, die sowohl parallel als auch unter einem Winkel zueinander angeordnet sein können. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Ultraschall-Einzelschwinger der ersten Reihe und die Ultraschall-Einzel- schwinger der zweiten Reihe so zueinander angeordnet sind, dass sie sich ent lang zumindest einer Blickrichtung, die parallel zur Anbindungsfläche verläuft, nicht vollständig überlappen, sondern überschneidungsfrei zueinander versetzt sind. Insbesondere ergeben sich Vorteile in der Veredelungswirkung, wenn be sagte Blickrichtung mit der nominellen Laufrichtung übereinstimmt: Durch einen überschneidungsfreien Versatz zwischen den Ultraschall-Einzelschwingern der ersten und der zweiten Reihe können die eingesetzten Ultraschall-Einzel- schwinger des Ultraschall-Flächenschwingers in einer optimalen Anordnung über die gesamte Breite des Ultraschall-Flächenschwingers verteilt werden. Damit reduzieren sich im Betrieb des Ultraschall-Flächenschwingers insbeson dere diejenigen Bereiche, in denen das zu veredelnde Textil bei seiner Förder bewegung mit einem Teilbereich mehr als einen Ultraschall-Einzelschwinger überstreicht, während ein anderer Teilbereich einen lückenhaften Bereich der Wirkfläche überstreicht, innerhalb derer kein Ultraschall-Einzelschwinger ange ordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ultraschall-Flächenschwingers entspricht der Reihenabstand entlang der ersten Nennachse dem ersten Schwingerabstand. Alternativ oder zusätzlich sind die Ultraschall-Einzel- schwinger der ersten Reihe und/oder die Ultraschall-Einzelschwinger der zwei ten Reihe jeweils entlang der zweiten Nennachse in dem zweiten Schwingerab stand voneinander beabstandet. Die Erfindung ist nicht auf das Vorhandensein zweier Reihen beschränkt. Je mehr Reihen von Ultraschall-Einzelschwingern vorgesehen sind, die zueinander versetzt angeordnet sind, desto größer kann der Schwingerabstand entlang der zweiten Nennachse innerhalb einer gegebenen Reihe sein, ohne von einer lü ckenlosen Abdeckung in der Querrichtung abzuweichen. Die Gestaltung von Ultraschall-Flächenschwingern umfasst die Festlegung der Positionen der Ultraschall-Einzelschwinger. Dies ist Teil der Entwicklungsarbeit, die insgesamt verkürzt werden kann, wenn die Abstände zwischen den Ultra- schall-Einzelschwingern vereinheitlicht werden und keine rechnerische oder ex- perimentelle Auslegung mehr erfolgen muss. Eine Vereinheitlichung kann statt finden, indem die Ultraschall-Einzelschwinger in Reihen angeordnet werden, die im ersten Schwingerabstand voneinander beabstandet sind und die Ultraschall- Einzelschwinger der ersten Reihe und/oder der zweiten Reihe jeweils im zweiten Schwingerabstand voneinander beabstandet sind. Daraus lassen sich Gestal- tungsrichtlinien ableiten, die zu standardisierbaren Gestaltungsprozessen und somit zu Kostensenkungen in der Entwicklung führen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Ultraschall-Flächen schwinger dazu ausgebildet, in und/oder an einer Wandung einer textilveredeln- den Vorrichtung, insbesondere einer Wanne für eine textilveredelnde Flüssig keit, vorzugsweise einer Textil-Farbe, angebracht zu werden, um die Wirk schwingung an einen Innenraum der textilveredelnden Vorrichtung, insbesonde re einen Innenraum der Wanne, zu übertragen und einen textilveredelnden Ef fekt, insbesondere einen färbenden und/oder reinigenden Effekt, einer textilver- edelnden Flüssigkeit an einem zu veredelnden Textil zu verstärken.
Durch Anbringung des Ultraschall-Flächenschwingers in und/oder an der Wan dung einer textilveredelnden Vorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass die Lage des Ultraschall-Flächenschwingers eindeutig und unveränderlich festgelegt wer- den kann. Dafür kann der Ultraschall-Flächenschwinger eine oder mehrere
Flanschflächen aufweisen, über die er direkt im Innenraum der textilveredelnden Vorrichtung angebracht werden kann. Vorteilhafterweise werden lösbare Befes tigungselemente verwendet, die keine aufwändige konstruktive Veränderung der Wandung erfordern. Insbesondere können lösbare mechanische Mittel, insbe- sondere Schrauben, oder adhäsive Mittel, wie Kleber oder Klebemittel, zur Ver wendung kommen, bei denen die Fügeflächen des Ultraschall-Flächen schwingers und der Wandung entsprechend vorbehandelt, insbesondere gerei nigt sind. Alternativ kann der Ultraschall-Flächenschwinger dazu ausgebildet sein, in die Wandung der textilverarbeitenden Vorrichtung bzw. eine entspre- chende Ausnehmung in dieser Wandung eingesetzt zu werden. Der textilveredelnde Effekt wird verstärkt, indem die Druck- und Strömungsver hältnisse der textilveredelnden Flüssigkeit derart verändert werden, dass die Wirkung der textilveredelnden Flüssigkeit im Bereich der veränderten Druck- und Strömungsverhältnisse verstärkt wird. Insbesondere kann dies durch Aus bildung einer stehenden Welle innerhalb der textilveredelnden Flüssigkeit er reicht werden, bei der die textilveredelnde Flüssigkeit im Bereich des zu ver edelnden Textils hohe Strömungsgeschwindigkeiten und niedrige Drücke auf weist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Wirkschwingung dazu aus gestaltet, den textilveredelnden Effekt durch Kavitation in der textilveredelnden Flüssigkeit zu verstärken.
Kavitation bezeichnet einen allgemein bekannten Effekt in der Fluidmechanik, bei der der Dampfdruck von Flüssigkeiten in Bereichen hoher Strömungsge schwindigkeiten unterschritten wird. Dadurch entstehen Dampfblasen innerhalb der Flüssigkeit, die durch fehlende Aufrechterhaltung des Unterdruckes wieder in sich zusammenfallen. Während dieser Implosionen werden geringe Mengen an Flüssigkeit enorm beschleunigt. Während dieses Phänomen eine erhebliche Beschränkung der Lebensdauer mechanischer Komponenten in der textilver edelnden Flüssigkeit darstellen kann, ist es der Anmelderin überraschender weise gelungen, die Kavitation zur Verstärkung des Veredelungs- bzw. Färbeef fektes auszunutzen. Die Kavitation kann unmittelbar im Bereich des zu ver edelnden bzw. zu färbenden Textils stattfinden, oder aber in seiner Umgebung, welche mit dem Textil nur mittelbar wechselwirkt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Ultraschall-Flächen schwinger eine Kröpfung auf, welche Kröpfung mit der Wirkfläche wirkverbunden oder wirkverbindbar ist und welche Kröpfung dazu ausgestaltet ist, mit der Wan dung einer textilveredelnden Vorrichtung wirkverbunden zu sein bzw. zu werden.
Die Kröpfung kann eine konstruktive Maßnahme darstellen, um den Ultraschall- Flächenschwinger zumindest teilweise in der Wandung der textilveredelnden Vorrichtung bzw. eines dort vorgesehenen Durchbruchs definiert zu positionie ren. Die Kröpfung kann eine Kröpfungstiefe aufweisen, welche vorteilhafter weise gerade der Stärke der Wandung der textilveredelnden Vorrichtung ent- spricht. Alternativ kann die Kröpfungstiefe größer sein als die Dicke der Wan dung, um damit den Weg zwischen der Wirkfläche und dem zu veredelnden Tex til zu verkürzen und Intensitätsverluste der Wirkschwingung zu reduzieren. Wiederum alternativ kann die Kröpfungstiefe geringer sein als die Wandstärke, um auftretende Fokussierungseffekte durch die Wandung auszunutzen.
Auf der der Wirkfläche abgewandten Seite des Ultraschall-Flächenschwingers kann dieser eine Flanschfläche aufweisen, über die der Ultraschall-Flächen schwinger, gegebenenfalls über einen Schweißrahmen oder dgl . , an der Außen- seite der Wandung befestigt werden kann. Damit kann eine stoffschlüssige und dichtende Verbindung räumlich getrennt von der Kröpfung ausgebildet werden. Insbesondere kann auf diese Weise eine Schweißnaht außerhalb der Kröpfung angebracht werden, wodurch thermischer Verzug im Bereich der Kröpfung und damit auch der Wirkfläche vermieden werden kann.
Ferner betrifft die Erfindung eine Textilveredelungsvorrichtung mit mindestens einer Walze zum Führen eines Textils durch eine textilveredelnde Flüssigkeit und einer Wandung zum Fassen der textilveredelnden Flüssigkeit, welche Wan dung dazu ausgebildet ist, mit mindestens einem erfindungsgemäßen Ultra- schall-Flächenschwinger wirkverbunden zu sein.
Die erfindungsgemäße Textilveredelungsvorrichtung umfasst eine oder mehrere Walzen, mittels welcher ein zu veredelndes Textil geführt und/oder umgelenkt wird. Ferner umfasst die Textilveredelungsvorrichtung eine Wandung, die vor- zugsweise umlaufend ausgebildet ist, um eine textilveredelnde Flüssigkeit nach Art eines Behälters, eines Tanks oder einer Wanne zu umfassen. Die Walzen können sowohl in- als auch außerhalb der textilveredelnden Flüssigkeit ange ordnet sein und sowohl parallel als auch mit einem Winkelversatz zueinander angeordnet sein.
Der Ultraschall-Flächenschwinger kann an und/oder in der Wandung angeordnet sein. Dafür kann an der Innenseite der Wandung eine Befestigungsvorrichtung, wie z.B. eine Aufnahmekonsole oder ein Lochraster vorgesehen sein, an wel cher der Ultraschall-Schwinger eindeutig ausgerichtet und befestigt werden kann. Vorteil einer innenseitig ausgeführten Befestigungsvorrichtung des Ultra- schall-Flächenschwingers ist, dass diese auch bei einer bestehenden Wandung, nachträglich ausgebildet werden kann.
Ebenso kann die Wandung einen Durchbruch aufweisen, in welchem der Ultra- schall-Flächenschwinger zumindest teilweise angebracht werden kann. Vorteil hafterweise kann der Durchbruch dazu dienen, die Montage des Ultraschall- Flächenschwingers zu vereinfachen, da der Ultraschall-Flächenschwinger hier durch eindeutig positioniert werden kann. Idealerweise ist zwischen dem Ultra- schall-Flächenschwinger und dem Durchbruch bereits eine kraftschlüssige Ver- bindung, insbesondere eine Presspassung, ausgebildet, sodass der Ultraschall- Flächenschwinger ohne weitere Montagevorrichtungen an der Wandung befes tigt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Textilveredelungsvorrichtung ist die Walze dazu ausgebildet, das Textil zumindest bereichsweise parallel zur Wirk fläche des Ultraschall-Flächenschwingers zu führen.
Eine parallele Ausrichtung des Textils zur Wirkfläche des Ultraschall-Flächen schwingers geht mit dem Vorteil einer homogenen Veredelungswirkung im Textil einher. Allerdings handelt es sich bei dem Textil um ein flächiges Gebilde, das eine äußerst geringe Formsteifigkeit aufweist. Daher ist es vorteilhaft, konstruk tive Maßnahmen an der Textilveredelungsvorrichtung zu treffen, mittels derer sichergestellt werden kann, dass das formschlaffe Textil im Betrieb parallel zur Wirkfläche ausgerichtet (gespannt) ist.
Dies kann dadurch erreicht werden, indem das Textil zwischen zwei Walzen ge spannt wird. Dabei können die betreffenden Walzenachsen vorteilhafterweise parallel und im gleichen Abstand zur Wirkfläche des Ultraschall-Flächen schwingers angeordnet sein und vorzugsweise identische Durchmesser aufwei- sen, sodass das zwischen ihnen gespannte Textil unter Spannung parallel zur Wirkfläche verläuft. Bei unterschiedlichen Durchmessern der Walzen kann eine parallele Führung durch einen Versatz der Walzenachsen erreicht werden, der den Durchmesserunterschied ausgleicht. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Textilveredelungsvorrichtung entspricht ein Abstand zwischen dem Textil und der Wirkfläche einer halben Wellenlänge oder einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge einer Wirk schwingung des Ultraschall-Flächenschwingers in der textilveredelnden Flüssig keit.
Bei der Ausbildung stehender Wellen durch den Ultraschall-Flächenschwinger bilden sich Wellenbäuche und Wellentäler ausgehend von der Wirkfläche des Ultraschall-Flächenschwingers in alternierender Reihenfolge aus. In den Berei chen der Wellenbäuche hat die textilveredelnde Flüssigkeit die höchsten Druck amplituden, in den Bereichen der Wellentäler jedoch verschwindend geringe Amplituden. Eine Anordnung des Textils in einem Abstand einer halben Wellen- länge oder einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge einer Wirk schwingung des Ultraschall-Flächenschwingers in der textilveredelnden Flüssig keit geht mit einer entsprechend gut vorhersehbaren Wirkung der Verstärkung des textilveredelnden Effektes einher. Insbesondere tritt im Bereich einer halben Wellenlänge oder einem ganzzahli gen Vielfachen einer halben Wellenlänge einer Wirkschwingung des Ultraschall- Flächenschwingers die weiter oben beschriebene Kavitation auf, durch welche ein textilveredelnder Effekt am Textil verstärkt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Textilveredelungsvorrichtung ist der Ab stand zwischen Textil und der Wirkfläche einstellbar, insbesondere indem die Walze quer zu einer zugehörigen Walzenachse verlagerbar ausgebildet ist.
Je nach Material und textilveredelnder Flüssigkeit kann es erforderlich sein, die Druck- und Strömungsverhältnisse innerhalb eines Bereiches einstellen zu kön nen. Erfolgt also beispielsweise ein Chargenwechsel des zu veredelnden Tex tils, kann ein bereits verstärkter Veredelungseffekt durch Einkopplung von Ultra schallwellen in die textilveredelnde Flüssigkeit noch weiter verstärkt werden, sofern dies möglicherweise aufgrund von Materialstärken des zu veredelnden Textils oder der Verwendung einer anderen Farbsorte (Veredelungsflüssigkeit) notwendig ist. Insbesondere kann eine Position des Textils zwischen den Berei chen eines Wellenbauchs und eines Wellentals vorzugsweise stufenlos verstellt werden, um eine erforderliche Veredelungswirkung am Textil zu erzielen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Textilveredelungsvorrichtung ist der Ul traschall-Flächenschwinger, insbesondere mit seiner Wirkfläche, entlang einer Raumrichtung in einem ersten Bereich angeordnet, und die Walzen sind in min destens einem zweiten Bereich angeordnet, wobei erster Bereich und zweiter Bereich nicht überlappend sind. Schwankende Druck- und Strömungsverhältnisse können negative Auswirkun gen auf mechanische Komponenten haben. Insbesondere bei dem Auftreten von Kavitation können Oberflächen besagter Komponenten beschädigt werden. Dar über hinaus können Walzen die Wirkschwingung derart reflektieren, dass die vorteilhafte stehende Welle in der textilveredelnden Flüssigkeit durch eine Re- flektion überlagert wird. Dadurch könnte die vorteilhafte verstärkte Verede lungswirkung am Textil verringert werden.
Um diesem Problem zu begegnen, können bei der Konstruktion der Textilver edelungsvorrichtung Bereiche, insbesondere Höhenbereiche entlang einer verti- kalen Achse vorgesehen werden, die sich nicht überschneiden und in denen je weils entweder die Walzen oder der Ultraschall-Flächenschwinger angeordnet sind, um gegebenenfalls negative Wechselwirkungen zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft auch ein Textilveredelungsverfahren mit den Schritten a) bis d), nämlich: a) Vorsehen einer erfindungsgemäßen Textilveredelungsvorrichtung mit ei ner textilveredelnden Flüssigkeit, insbesondere Farbe, Bleiche, Reinigungsmittel oder ähnlichem; b) Eintauchen eines Textils in die textilveredelnde Flüssigkeit; c) Betreiben des Ultraschall-Flächenschwingers unter Ausbildung von Wirk schwingungen zur Steigerung einer textilveredelnden Wirkung in einem Wirkbe reich (W) des Ultraschall-Flächenschwingers; d) Fördern des Textils durch den Wirkbereich des Ultraschall- Flächenschwingers.
Der erreichbare Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Effi zienzsteigerung von textilveredelnden Vorrichtungen. Im Stand der Technik wird diese dadurch erhöht, indem textilveredelnden Verfahren chemisch wirkende Reaktionsbeschleuniger beigegeben oder die Prozesstemperatur erhöht wird. Diese bekannten Maßnahmen gehen jedoch mit erhöhten Prozesskosten oder zusätzlichen, aufwändigen Entsorgungsmaßnahmen einher, und die Zusatzstoffe umweltfreundlich zu entsorgen. Durch die Einkopplung mechanischer Schwin gungen kann die Effizienz somit aufwandsarm und auf umweltfreundliche Weise erhöht werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren zu entnehmen.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ultraschall- Flächenschwingers;
Figur 2 zeigt eine Draufsicht des Ultraschall-Flächenschwingers;
Figur 3 zeigt eine Unteransicht des Ultraschall-Flächenschwingers; Figur 4 zeigt eine Frontansicht des Ultraschall-Flächenschwingers;
Figur 5 zeigt eine erste Schnittansicht des Ultraschall-Flächenschwingers, parallel zu einer Wirkfläche des Ultraschall-Flächenschwingers; Figur 6 zeigt eine zweite Schnittansicht des Ultraschall-Flächen schwingers, orthogonal zur Wirkfläche des Ultraschall- Flächenschwingers;
Figur 7 zeigt einen schematischen Ausbruch eines Flanschbereiches des Ultraschall-Flächenschwingers; und
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Textilveredelungsvor richtung; Figur 1 zeigt einen Ultraschall-Flächenschwinger 1 , welcher in seiner Grundform quaderförmig ausgebildet ist. Der Ultraschall-Flächenschwinger 1 umfasst einen oberseitiges Gehäuseteil A und einen Flanschbereich F, der seitlich und (in der gewählten Darstellung) unterhalb des Gehäuseteils A angeordnet ist. Der Flanschbereich F dient dazu, das Gehäuseteil A mit anderen (nicht sichtba ren) Komponenten des Ultraschall-Flächenschwingers 1 zu verbinden und den Ultraschall-Flächenschwinger 1 an einer Wandung einer textilveredelnden Vor richtung anzubringen. Der Flanschbereich F weist eine Flanschaußenseite Fa sowie Bohrungen 4 auf. Die Bohrungen 4 sind dazu ausgebildet, (nicht gezeigte) Schrauben aufzunehmen, mit denen die Komponenten des Ultraschall-Flächen- schwingers 1 miteinander lösbar verbunden werden. Eine detaillierte Beschrei bung des Flanschbereiches F erfolgt im Kontext von Figur 7.
Das oberseitige Gehäuseteil A umgibt ein Konvertersystem 2 (vgl. Figur 5) des Ultraschall-Flächenschwingers 1. Das Konvertersystem 2 ist über einen An- Schluss 3 mit einem Frequenzgenerator G (vgl. Figur 8) verbindbar, über wel chen Anschluss 3 eine hochfrequente Wechselspannung in das Konvertersystem 2 eingespeist werden kann.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht des Ultraschall-Flächenschwingers 1 aus Figur 1 mit Blickrichtung auf das Gehäuseteil A. In seiner Grundform ist der Ultraschall- Flächenschwinger 1 rechteckig ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Ultraschall-Flächenschwinger 1 in anderen geometrischen Formen, z.B. quadratisch, kreisförmig oder individuellen Konturverläufen, auszubilden. Die Flanschaußenseite Fa ist dazu ausgebildet, als Auflage für Schraubenköpfe zu dienen, die in den Bohrungen 4 angeordnet sind. Um ein ungewolltes Lösen der Schrauben zu verhindern, kann die Flanschaußenseite Fa eine erhöhte Oberflä chenrauhigkeit aufweisen, sodass eine Relativbewegung der Schraubenköpfe zur Flanschaußenseite Fa erschwert ist. Die Darstellung gemäß Figur 2 umfasst einen Schnittverlauf B-B, aus welchem sich die Schnittdarstellung in Figur 6 ergibt.
Figur 3 zeigt eine Unteransicht des Ultraschall-Flächenschwingers 1 aus Figur 1. Im Flanschbereich F weist der Ultraschall-Flächenschwinger 1 eine Flansch- Innenseite Fb auf, welche dazu ausgebildet und bestimmt ist, mit einer Wandung einer Textilveredelungsvorrichtung (vgl. Figur 8) verbunden zu werden. Dies kann sowohl über Schrauben erfolgen, welche in den Bohrungen 4 angeordnet sind, als auch durch vollumfänglich oder teilumfänglich umlaufende Schweiß nähte zwischen der Flanschinnenseite Fb und der entsprechenden Wandung. Der Ultraschall-Flächenschwinger 1 weist ein Ultraschall-Schwingelement 6 mit einer Wirkfläche 5 auf, die auf einer dem Gehäuseteil A abgewandten Seite des Ultraschall-Flächenschwingers 1 angeordnet sind. Durch das Konvertersystem 2 (siehe Figur 1 ) wird das Ultraschall-Schwingelement 6 zu Schwingungen ange regt, welche in Form von Wirkschwingungen an eine textilveredelnde Flüssig keit, wie z.B. Farbe, abgegeben werden können. Dafür befindet sich das Ultra- schall-Schwingelement 6 im Betrieb mit seiner Wirkfläche 5 im Kontakt mit der genannten Flüssigkeit und weist aus diesem Grund bevorzugt eine beschichtete Oberfläche auf, die gegenüber der Farbe oder einer anderen Textilveredelungs flüssigkeit chemisch beständig ist. Dafür ist das Ultraschall-Schwingelement aus rostfreien Stahl ausgebildet. Alternativ kann das Ultraschall-Schwingelement im Bereich der Wirkfläche eine Beschichtung, insbesondere eine Hochleistungspo lymerbeschichtung, aufweisen.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Ultraschall-Flächenschwingers 1 aus Figur 1. Das Gehäuseteil A befindet sich oberhalb des Flanschbereichs F. Das Ultra- schall-Schwingelement 6 befindet sich mit der Wirkfläche 5 unterhalb des Flanschbereichs F. Das Ultraschall-Schwingelement 6 weist eine Kröpfung K auf, welche im Detail in der Beschreibung zu Figur 7 erläutert wird.
Die Darstellung gemäß Figur 4 verweist auf einen Ausbruch mit einem Schnitt- verlauf C-C, aus welchem sich die Schnittdarstellung gemäß Figur 7 ergibt.
Figur 5 zeigt den inneren Aufbau des Ultraschall-Flächenschwingers 1 aus Figur 1 in Form einer Schnittdarstellung oberhalb des Flanschbereichs F. Das Ultra schal I-Schwingelement 6 umfasst eine Anbindungsfläche 7, welche wiederum eine Mehrzahl an Teilanbindungsflächen 7‘, 7“, 7‘“ etc. umfasst. Die Ultraschall- Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. des Konvertersystems 2 stehen über die jeweils zugehörige Teilanbindungsfläche 7‘, 7“, 7“ ‘ , etc. in mechanischer Wirkverbin dung mit dem Ultraschall-Schwingelement 6. Insbesondere sind die Teilanbin dungsflächen 7‘, 7“, 7‘“, etc. als Bestandteile der Anbindungsfläche 7 mecha- nisch mit den Ultraschall-Einzelschwingern 8‘, 8“, 8“ ‘ , etc. derart gekoppelt, dass die durch die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ erzeugten Schwingun gen auf das Ultraschall-Schwingelement 6 übertragen werden.
Die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. sind bevorzugt jeweils schicht- weise aus Piezo-Elementen (nicht sichtbar) aufgebaut, welche jeweils mit Elekt roden P und N verbunden sind. Über die Elektroden P und N wird eine elektri- sehe Wechselspannung an die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ angelegt, wodurch diese in Schwingungen versetzt werden können, deren Frequenz einer Frequenz der angelegten Wechselspannung entspricht. Die dabei entstehenden Schwingungen der Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. werden über die Teilanbindungsflächen 7‘, 7“, 7‘“ in das Ultraschall-Schwingelement 6 einge koppelt. Auf der der Anbindungsfläche 7 gegenüberliegenden Wirkfläche 5 (vgl. Figur 4) kann eine dadurch erzeugte Wirkschwingung in eine textilveredelnde Flüssigkeit eingekoppelt werden. Die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ sind in zwei Reihen R1 und R2 ange ordnet, welche Reihen R1 und R2 parallel zueinander ausgerichtet und in einem Reihenabstand RA voneinander beabstandet sind. Ferner sind die Reihen R1 und R2 quer zu einer ersten Nennachse NA ausgerichtet, wobei die erste Nen nachse NA parallel zur nominellen Textilförderrichtung 25 verläuft, entlang derer ein zu veredelndes Textil (nicht gezeigt) relativ zur Wirkfläche 5 (siehe Figur 4) im Rahmen einer Textilveredelung geführt wird. Eine zweite Nennachse NB ist quer zur nominellen Textilförderrichtung 25 ausgerichtet.
Die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. der Reihen R1 und R2 sind so- wohl in einem ersten Schwingerabstand 9a als auch in einem zweiten Schwin gerabstand 9b voneinander beabstandet. Der erste Schwingerabstand 9a zwi schen zwei Ultraschall-Einzelschwingern 8‘, 8“, 8‘“ etc. bemisst sich entlang der ersten Nennachse NA (Längsrichtung). Im gezeigten Ausführungsbeispiel ent spricht der erste Schwingerabstand 9a einem Abstand, der größer ist als Null Millimeter und grundsätzlich beliebig groß werden kann. Ferner kann der Ab stand in anderen (nicht dargestellten) Ausführungsbeispielen bis zu einem Durchmesser eines Ultraschall-Einzelschwingers 8‘, 8“, 8‘“ etc. erhöht werden. Der zweite Schwingerabstand 9b bemisst sich entlang der zweiten Nennachse NB (Querrichtung). Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der zweite Schwingerabstand 9b einem Abstand von Null Millimetern, sodass sich eine in der Querrichtung lückenlose Überdeckung des Textils ergibt.
Durch den gezeigten ersten Schwingerabstand 9a und zweiten Schwingerab stand 9b kann erreicht werden, dass sich eine gleichmäßige Wirkschwingung an der Wirkfläche des Ultraschall-Flächenschwingers 1 ausbildet. Die Gleichmäßig keit des dadurch entstehenden Veredlungseffektes wird dadurch verstärkt, dass die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. der ersten Reihe R1 in Blickrich tung entlang der nominalen Textilförderrichtung 25 überschneidungsfrei versetzt zu den Ultraschall-Einzelschwingern 8‘, 8“, 8‘“ etc. der zweiten Reihe R2 ange ordnet sind. Dies wird durch Markierung M kenntlich gemacht. Dabei sind die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. in den beiden Reihe R1 , R2 inner halb einer jeweiligen Reihe R1 , R2 in der Querrichtung voneinander bestandet (jeweils paarweise um den Durchmesser eines Ultraschall-Einzelschwingers 8‘, 8“, 8“‘); erst durch die Kombination zweier versetzter Reihen R1 , R2 ergibt sich die bevorzugte lückenlose Überdeckung in der Querrichtung. Eine Anordnung in zwei Reihen ist höchst vorteilhaft, da sich hierdurch die lückenlose Überdeckung einfach realisieren lässt. Bei einer einreihigen Anordnung sind in der Praxis im mer Abstände zwischen den einzelnen Schwingelementen (den Ultraschall- Einzelschwingern 8‘, 8“, 8‘“) vorhanden.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung zweier Reihen R1 , R2 von Ultra- schall-Einzelschwingern 8‘, 8“, 8‘“ beschränkt. Wenn mehr als zwei (versetzt angeordnete) Reihen zum Einsatz kommen, kann der Abstand der Ultraschall- Einzelschwingers 8‘, 8“, 8‘“ innerhalb einer Reihe in der Querrichtung auch ent sprechend größer sein als der Durchmesser eines Ultraschall-Einzelschwingers
8‘, 8“, 8‘“ . wobei gelten kann: Abstand = (Reihenanzahl - 1 ) * Durchmesser eines Ultraschall-Einzelschwingers.
Zudem ergibt sich durch die gewählten Abstände ein optimales Verhältnis an eingesetzten Ultraschall-Einzelschwingern 8‘, 8“, 8‘“ etc. und deren Teilanbin dungsflächen 7‘, 7“, 7‘“ etc. zu der gesamten Wirkfläche 5 (vgl. Figur 4). Wer den alle Teilanbindungsflächen 7‘, 7“, 7‘“ etc. in ihren flächigen Abmessungen aufsummiert, ergibt sich eine Gesamtfläche, die kleiner ist als die Wirkfläche 5 (vgl. Figur 4).
Die Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ etc. weisen jeweils Resonanzfre quenzen auf, die in einem gemeinsamen Frequenzbereich liegen. Damit können sie durch den Frequenzgenerator G bei einer gemeinsamen Anregungsfrequenz, ggf. mit einer zusätzlichen Variation (z.B. Sweep) betrieben werden. Ferner wei sen die Einzelschwingungen der Ultraschall-Einzelschwinger 8‘, 8“, 8‘“ durch Anregung durch den Frequenzgenerator G im Wesentlichen gleiche Amplituden auf und schwingen im Wesentlichen gleichphasig. Figur 6 zeigt eine Schnittansicht des Ultraschall-Flächenschwingers 1 gemäß dem Verlauf der Schnittebene B-B aus Figur 2. Figur 6 zeigt das Konvertersystem 2 mit dem Ultraschall-Schwingelement 6 und dem Flanschbereich F. Zwischen dem Gehäuseteil A und dem Ultraschall- Schwingelement 6 sind die (hier sichtbaren) Ultraschall-Einzelschwinger 8‘ und 8“ an den betreffenden Teilanbindungsflächen 7‘ und 7“ des Ultraschall- Schwingelementes 6 angeordnet. Die Wirkfläche 5 des Ultraschall-Schwing- elementes 6 ist im Bereich der Kröpfung K angeordnet.
Figur 7 zeigt eine Seitenansicht des Ultraschall-Flächenschwingers 1 gemäß dem Ausbruch und dem Schnittebenenverlauf C-C aus Figur 4. Der Schnitt C-C zeigt das Konvertersystem 2, welches mit einem Gehäuseteil A mit dem Flanschbereich F verbunden ist. Der Flanschbereich F umfasst die einen An pressrahmen 10, der die Flanschaußenseite Fa ausbildet. Auf der der Flansch außenseite Fa abgewandten Seite ist der Anpressrahmen 10 mit einer ersten Dichtung 1 1 in Kontakt. Diese ist wiederum mit einer Membran 12 in Kontakt, welche wiederum mit einer zweiten Dichtung 13 in Kontakt ist. Diese ist ihrer- seits mit einem Rahmen 14 in Kontakt, welcher wiederum auf der Flanschinnen seite Fi mit der Kröpfung K verbunden ist. Die Kröpfung K weist einen Bereich auf, in welchem sie das Ultraschall-Schwingelement 6 mit der Wirkfläche 5 um fasst und über letztere im montierten Zustand mit der textilveredelnden Flüssig keit im Innenraum 20 in Kontakt steht.
Die Bohrung 4 erstreckt sich über den gesamten beschriebenen Schichtaufbau und ist über ein Gewinde G im Rahmen 14 dazu ausgebildet, die Komponenten des Ultraschall-Flächenschwingers 1 fügen zu können. Insbesondere ergibt sich daraus eine dichtende Verbindung zwischen dem Gehäuseteil A und der Kröp- fung K.
Die Membran 12 ist an ihrem Rand im Flanschbereich F geklemmt und kann da zu ausgebildet sein, die Anbindungsfläche 7 (siehe Figur 5) zu bilden. Somit kann die Anregungsschwingung von den Ultraschall-Einzelschwingern 8‘, 8“, 8‘“ über die Membran 12 auf das Ultraschall-Schwingelement 6 übertragen werden. Der Rahmen 14 kann als Anschweißrahmen ausgebildet sein, über den der Ul- traschall-Flächenschwinger 1 an der Wandung 17 einer Textilveredelungsvor richtung befestigt werden kann, sodass die Kröpfung K in einem Durchbruch D in der Wandung 17 angeordnet ist. Eine Schweißnaht (nicht gezeigt) kann um laufend zwischen dem Rahmen 14 und der Wandung 17 verlaufen. Dabei wird durch die Schweißnaht neben der stoffschlüssigen Verbindung ebenso eine Dichtungswirkung erzielt, bei der der Innenraum 14 der Textilveredelungsvor richtung von einer Außenseite, an der das Konvertersystem 2 angeordnet ist, getrennt wird.
Die Kröpfung K weist eine Kröpfungstiefe 15 auf, welche im Wesentlichen einer Wandstärke d der Wandung 17 zur Befestigung des Ultraschall-Flächen schwingers 1 entspricht.
Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Textilveredelungsvorrichtung 16, die eine Wandung 17 aufweist, welche Wandung 17 dazu ausgebildet ist, eine textilveredelnde Flüssigkeit 18 nach Art eines Tanks oder Beckens zu fas sen. Ein Ultraschall-Flächenschwinger 1 ist in und an der Wandung 17 angeord net.
Dafür weist die Wandung den Durchbruch D auf, in welchem der Ultraschall- Flächenschwinger 1 mit seiner Kröpfung K angeordnet ist. Die Kröpfungstiefe 15 (vgl. Figur 7) entspricht der Wandstärke d der Wandung 17, sodass die Wirkflä che 5 bündig an der Wandung 17 angeordnet ist. Der Ultraschall-Flächen schwinger 1 liegt über die Flanschinnenseite Fi an der Wandung 17 an und ist über eine Schweißnaht S mit der Wandung 17 verbunden.
Der Ultraschall-Flächenschwinger 1 ist außerdem mit einem Frequenzgenerator G verbunden, welcher Frequenzgenerator G eine elektrische Wechselspannung mit einer definiert einstellbaren Frequenz erzeugt. Die erzeugte Wechselspan nung wird durch das Konvertersystem 2 in eine entsprechende mechanische (Ultraschall-)Schwingung gewandelt, mit der eine Wirkschwingung des Ultra schal I-Flächenschwi ngers 1 erzeugt wird. Der Frequenzgenerator G weist zu dem die Möglichkeit auf, eine Anregungsfrequenz oder eine Anregungsamplitu de über ein Bedienelement BP in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur Ta und/oder einer Fluidtemperatur Ti einzustellen. Letztere dient dazu, die Viskosi- tat der textilveredelnden Flüssigkeit 18 indirekt zu ermitteln, Anhand festgeleg ter Referenzwerte kann die Anregungsfrequenz oder die Anregungsamplitude in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur Ta und der Fluidtemperatur Ti manuell oder automatisiert am Frequenzgenerator G eingestellt werden.
Der Ultraschall-Flächenschwinger 1 ist dazu ausgebildet, homogene Wellenfron ten 19 in einen Innenraum 20 der Textilveredelungsvorrichtung 16 bzw. in die dort enthaltene textilveredelnde Flüssigkeit 18 abzugeben. Die dabei entstehen den Wellen weisen eine Wellenlänge l auf, die mit Bezugszeichen 21 bezeich- net ist. Eine halbe Wellenlänge entspricht dem Abstand bei Bezugszeichen 22. Bei der textilveredelnden Flüssigkeit 18 handelt es sich im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel um eine Textil-Farbe; allerdings liegt es im Rahmen der Erfindung, andere Flüssigkeiten, die zur Textilbehandlung nützlich sind, zu verwenden, wie Bleichmittel, Imprägniermittel, Reinigungsmittel und dgl.
Ferner weist die Textilveredelungsvorrichtung 16 eine Walzenanordnung mit Walzen 23‘, 23“, 23‘“ auf. Die Walzenanordnung ist dazu ausgebildet, ein Textil 24 unter Spannung entlang einer Förderrichtung 25 in die textilveredelnde Flüs sigkeit 18 zu leiten, das Textil 24 durch einen Wirkbereich des Ultraschall- Flächenschwingers 1 zu führen, und es wieder aus der textilveredelnden Flüs sigkeit 18 zu leiten. Ferner können die Walzen 23‘ bis 23‘“ quer ihren jeweiligen Walzenachsen 26‘, 26“, 26‘“ verstellt werden. Durch die Verstellung kann die Ausrichtung des Textils 24 relativ zur Wirkfläche 5 des Ultraschall-Flächen schwingers 1 und insbesondere der Abstand eingestellt werden, wodurch die Intensität der Veredlungswirkung durch die Ultraschallwellen beeinflusst werden kann.
Die Wellenfronten 19 breiten sich in einem Höhenbereich 27 in der textilver edelnden Flüssigkeit 18 aus, welcher Höhenbereich 27 einen bevorzugten Wirk- bereich W des Ultraschall-Flächenschwingers 1 definiert. Die Walze 23‘“ befin det sich hingegen in einem anderen Höhenbereich 28, welcher keine räumliche Überlappung mit dem Höhenbereich 27 oder dem Wirkbereich W hat, um Stö rungseinflüsse zu vermeiden. Aus Darstellungszwecken ist das Textil 24 im Innenraum 20 im Abstand einer halben Wellenlänge 22 von der Wirkfläche 5 des Ultraschall-Schwingelements beabstandet dargestellt. In einer realen Umsetzung kann der Abstand alternativ auch im Bereich eines ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge 22 lie gen.

Claims

Ansprüche
1 . Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) für die Textilveredelung, umfassend ein Konvertersystem (2), welches Konvertersystem (2), dazu ausgebildet ist, eine Anregungsschwingung zu erzeugen, und mindestens ein Ultraschall- Schwingelement (6), welches Ultraschall-Schwingelement eine Anbin dungsfläche (7) und eine Wirkfläche (5) aufweist, welche Anbindungsfläche (7) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, die Anregungsschwingung vom Konvertersystem (2) aufzunehmen und welche Wirkfläche (5) dazu ausge bildet und vorgesehen ist, eine Wirkschwingung in eine textilveredelnde Flüssigkeit (18) einzukoppeln, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anbindungsfläche (7) mindestens zwei Teilanbindungsflächen (7‘, 7“, 7‘“) umfasst und das Konvertersystem (2) mindestens zwei separate Ultra- schall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) umfasst, wobei ein gegebener Ultra- schall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) mit jeweils einer Teilanbindungsfläche (7‘, 7“, 7‘“) mechanisch gekoppelt ist und eine Gesamtfläche aller Teilan bindungsflächen (7‘, 7“, 7‘“) kleiner ist als die Wirkfläche (5).
2. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach Anspruch 1 , bei dem die Wirkfläche (5) im Wesentlichen eben ausgestaltet ist, um durch die Wirkschwingung eine ebene Wellenfront (19) in die textilveredelnde Flüssigkeit (18) einzu koppeln.
3. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach Anspruch 2, bei dem die Wirkfläche (5) und die Anbindungsfläche (6) auf entgegengesetzten Seiten des Ultra- schall-Schwingelementes (1 ) angeordnet sind und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
4. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprü che, bei dem die Ultraschall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) jeweils eine Re sonanzfrequenz aufweisen und die Resonanzfrequenzen der Ultraschall- Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) in einem Frequenzbereich liegen.
5. Ultraschall-Flächenschwinger nach Anspruch 4, bei dem die Ultraschall- Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) mit einem Frequenzgenerator (G) wirkverbun den sind, welcher Frequenzgenerator (G) dazu ausgebildet ist, eine Wech- selspannung mit einer Anregungsfrequenz zu erzeugen, die in dem Fre quenzbereich der Resonanzfrequenzen der Ultraschall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8“‘) liegt.
6. Ultraschall-Flächenschwinger nach Anspruch 5, bei dem der Frequenzge- nerator (G) dazu ausgestaltet ist, in mindestens zwei Betriebsmodi be treibbar zu sein, welche in Abhängigkeit und/oder unter Berücksichtigung wenigstens einer veränderlichen Bedingung, insbesondere einer Umge bungstemperatur und/oder einer veränderlichen Eigenschaft der textilver edelnden Flüssigkeit, vorzugsweise einer Viskosität der textilveredelnden Flüssigkeit, einstellbar sind.
7. Ultraschall-Flächenschwinger nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Ultra- schall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) dazu ausgebildet sind, bei Anregung bei der Anregungsfrequenz jeweils mit einer Maximalamplitude zu schwin- gen, welche Maximalamplituden in einem Amplitudenbereich liegen.
8. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Ultraschall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) dazu ausgebildet sind, durch Anregung bei der Anregungsfrequenz gleichphasig zu schwingen.
9. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprü che, bei dem die Ultraschall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) entlang einer ers ten Nennachse (NA) in einem ersten Schwingerabstand (9a) voneinander beabstandet sind, wobei die erste Nennachse (NA) parallel zu einer nomi- nellen Laufrichtung (25) eines zu veredelnden Textils (24) ausgerichtet ist und der erste Schwingerabstand (9a) mindestens Null Millimeter beträgt und bevorzugt maximal einem Durchmesser des Ultraschall-Einzel- schwingers (8‘, 8“, 8‘“) oder der Teilanbindungsfläche (7‘, 7“, 7‘“) ent spricht und/oder bei dem die Ultraschall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) ent- lang einer zweiten Nennachse (NB) in einem zweiten Schwingerabstand
(9b) voneinander beabstandet sind, wobei die zweite Nennachse (NB) quer zu der nominellen Laufrichtung (25) des zu veredelnden Textils (24) ausge richtet ist und der zweite Schwingerabstand (9b) betragsmäßig kleiner oder gleich Null Millimeter ist, vorzugsweise gerade Null Millimetern entspricht..
10. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach Anspruch 9, bei dem die Ultra- schall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) in einer ersten Reihe (R1 ) und einer zweiten Reihe (R2) angeordnet sind, wobei die erste Reihe (R1 ) und die zweite Reihe (R2) in einem Reihenabstand (RA) voneinander beabstandet sind, und vorzugsweise die Ultraschall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) der ersten Reihe zu den Ultraschall-Einzelschwingern (8‘, 8“, 8‘“) der zweiten
Reihe versetzt, höchst vorzugsweise überschneidungsfrei versetzt, ange ordnet sind.
1 1. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach Anspruch 10, bei dem der Reihen- abstand (RA) entlang der ersten Nennachse (A) und/oder die Ultraschall-
Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) der ersten Reihe (R1 ) und/oder die Ultra- schall-Einzelschwinger (8‘, 8“, 8‘“) der zweiten Reihe (R2) jeweils entlang der zweiten Nennachse (B) in dem zweiten Schwingerabstand (9b) vonein ander beabstandet sind.
12. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach einem der voranstehenden Ansprü che, welcher dazu ausgebildet ist, in und/oder an einer Wandung (17) einer textilveredelnden Vorrichtung (16), insbesondere einer Wanne für eine tex tilveredelnde Flüssigkeit (18), vorzugsweise Farbe, angebracht zu werden, um die Wirkschwingung an einen Innenraum (20) der textilveredelnden
Vorrichtung (16), insbesondere einen Innenraum der Wanne, zu übertragen und bei dem die Wirkschwingung dazu ausgestaltet ist, einen textilver edelnden Effekt, insbesondere einen färbenden und/oder reinigenden Ef fekt, einer textilveredelnden Flüssigkeit (18) an dem zu veredelnden Textil (24) zu verstärken.
13. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach Anspruch 12, bei dem die Wirk schwingung dazu ausgestaltet ist, Kavitation in einer textilveredelnden Flüssigkeit (18) zu erzeugen, welche den textilveredelnden Effekt ver- stärkt.
14. Ultraschall-Flächenschwinger (1 ) nach Anspruch 13, welcher Ultraschall- Flächenschwinger (1 ) eine Kröpfung (K) aufweist, welche Kröpfung (K) mit der Wirkfläche (5) wirkverbunden oder wirkverbindbar ist und welche Kröp fung (K) dazu ausgestaltet ist, mit der Wandung (17) einer textilveredeln den Vorrichtung (16) wirkverbunden zu sein bzw. zu werden.
15. Textilveredelungsvorrichtung (16) mit mindestens einer Walze (23‘, 23“, 23‘“) zum Führen eines Textils (24) durch eine textilveredelnde Flüssigkeit (18) und einer Wandung (17) zum Fassen der textilveredelnden Flüssigkeit (18), welche Wandung (17) dazu ausgebildet ist, mit mindestens einem Ult raschall-Flächenschwinger (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 in Ver bindung zu stehen.
16. Textilveredelungsvorrichtung (16) nach Anspruch 15, bei der die Walze (23‘, 23“, 23‘“) dazu ausgebildet ist, das Textil (24) zumindest bereichs weise parallel zur Wirkfläche (5) des Ultraschall-Flächenschwingers (1 ) zu führen.
17. Textilveredelungsvorrichtung (16) nach Anspruch 15 oder 16, bei der der Abstand zwischen Textil (24) und der Wirkfläche (5) einstellbar ist, insbe sondere indem die Walze (23‘, 23“, 23‘“) quer zu einer zugehörigen Wal zenachse (26 ‘ , 26“, 26‘“) verlagerbar ist.
18. Textilveredelungsvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der der Ultraschall-Flächenschwinger (1 ), insbesondere mit seiner Wirkflä che (5), entlang einer Raumrichtung in einem ersten Bereich (27, W) ange ordnet ist, und die Walze (23‘, 23“, 23‘“) in mindestens einem zweiten Be reich (28) angeordnet ist, wobei erster Bereich (27, W) und zweiter Bereich (28) nicht überlappend sind.
19. Textilveredelungsverfahren, umfassend die Schritte: a) Vorsehen einer Textilveredelungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 18 mit einer textilveredelnden Flüssigkeit (18), insbeson dere Farbe, Bleiche oder Reinigungsmittel; b) Eintauchen eines Textils (24) in die textilveredelnde Flüssigkeit (18); c) Betreiben des Ultraschall-Flächenschwingers (1 ) unter Ausbildung von Wirkschwingungen in der textilveredelnden Flüssigkeit (18) zur Steige rung einer textilveredelnden Wirkung in einem Wirkbereich (W) des Ultra- schall-Flächenschwingers (1 ); d) Fördern des Textils durch den Wirkbereich (W) des Ultraschall-
Flächenschwingers (1 )
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