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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Behandlung eines in Bewegung befindlichen Fadens und betrifft
speziell ein Verfahren zum Abkühlen des Fadens bei einem
Texturiervorgang, insbesondere einer Falschdrahtbehandlung,
nachdem der Faden durch einen Ofen durchgelaufen ist, gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiges Verfahren ist
aus der GB-A-2 019 456 bekannt.
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Sie betrifft ebenso eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung in einer
Anwendung bei einem "Falschdrahtbehandlung" genannten
Texturierverfahren beschrieben, bei dem der in Bewegung befindliche Faden
einer vorläufigen Verdrillung und im verdrillten Zustand einer
thermischen Behandlung unterworfen wird, wobei der Faden ggf.
einer Fixierbehandlung unterzogen wird.
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Es versteht sich von selbst, daß dies nicht die Tragweite
der Erfindung einschränkt und daß sie ebenso bei allen Verfahren
angewendet werden kann, bei denen ein in Bewegung befindlicher
Faden thermisch behandelt wird, wobei der Faden anschließend
schnell abgekühlt wird, bevor er in ein Behandlungselement läuft,
das stromabwärts des thermischen Behandlungselementes angeordnet
ist.
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Darüber hinaus läßt sich die vorliegende Erfindung bei
allen Arten von ein- oder mehrfaserigen Fäden, sogar selbst
bei einem Fasergarn anwenden.
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Die Notwendigkeit, den Faden in einer Falschdrahtmaschine
zwischen dem Ausgang des Ofens und der Spindel abzukühlen, wurde
praktisch seit Beginn der industriellen Entwicklung dieser
Technologie offensichtlich, wie dies insbesondere aus dem
französischen Patent Nr. 1 076 599 hervorgeht.
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Aufgrund der Verbesserung des Leistungsvermögens der
Falschdrahtspindeln und aufgrund der Erhöhung der
Durchlaufgeschwindigkeiten der Fäden, die gegenwärtig oft tausend Meter
pro Minute (1000 m/min) überschreiten, ist es nicht nur notwendig
geworden, die Länge der Öfen zu erhöhen, damit der Faden eine
genügende Wärmemenge für seine thermische Behandlung erhält,
sondern auch den Abkühlweg in praktisch proportionaler Weise
zu verlängern, wenn sich dieser in freier Luft befindet, oder
Mittel vorzusehen, mit denen ein beschleunigtes Abkühlen des
Fadens zwischen dem Ausgang des Ofens und seinem Durchlauf durch
die Falschdrahtspindel bewerkstelligt werden kann.
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Um ein derartiges beschleunigtes Abkühlen zu
bewerkstelligen, ist unter den verschiedenen in Betracht gezogenen Lösungen
vorgeschlagen worden, den Faden mit einer gekühlten Oberfläche
in Berührung zu bringen, oder ihn sogar zu befeuchten, und ihn
auch der Wirkung eines gekühlten Luftstrahles zu unterwerfen.
Diese letztere Lösung, d.h. das Abkühlen durch einen Luftstrahl,
geht insbesondere aus dem französischen Patent Nr. 1 168 540
(das der US-A-3 058 291 entspricht) hervor.
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Diese letztere Verfahren des Abkuhlens mittels eines "kalten
Luftstromes", das im allgemeinen darin besteht, den Faden das
Innere eines Rohres durchlaufen zu lassen, das von einem
Frischluftstrom oder einem anderen gasförmigen Produkt durchquert
wird, wobei der Strom in eine Richtung gerichtet ist, die
entgegengesetzt zum Laufweg des Fadens ist, ist, wenn es auch
ein beschleunigtes Abkühlen ermöglicht, dennoch zumindest nach
Kenntnis des Anmelders niemals industriell angewendet worden,
was sich durch die Tatsache erklären läßt, daß die
Behandlungsbedingungen schwer zu kontrollieren sind, die von Stelle zu
Stelle variieren können, weil der Luftstrom die Bewegung der
Fäden stören kann.
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Nun wurde, und dies ist das Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein einfaches, wirkungsvolles und wirtschaftliches Verfahren
gefunden, das die Nachteile der aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren überwindet, und mit dem ein sich mit großer
Geschwindigkeit bewegender Faden rasch abgekühlt werden kann,
insbesondere bei einem Texturiervorgang, wie einer
Falschdrahtbehandlung.
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Allgemein besteht das erfindungsgemäße Verfahren, mit dem
ein in Bewegung befindlicher Faden am Ausgang eines Ofens
abgekühlt werden kann, bevor der Faden in ein Behandlungselement
wie eine Falschdrahtspindel läuft, darin, den Faden das Innere
eines Rohres durchlaufen zu lassen, das von einem Frischluftstrom
oder einem anderen gasförmigen Produkt durchquert wird, wobei
der Luftstrom in eine Richtung gerichtet ist, die entgegengesetzt
zum Laufweg des Fadens ist, und das Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß während dieser Abkühlphase der Faden in
Berührung mit einer Anlage- oder Führungsfläche gehalten wird,
die koaxial im Inneren des durch den Luftstrom durchquerten
Rohres angeordnet ist, wobei der Luftstrom entlang der
Führungsfläche strömt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens weist das außenliegende Rohr einen
zylindrischen Querschnitt auf, und die koaxiale Führungsfläche
ist ebenfalls aus einem zylindrischen Element gebildet, wobei
der Luftstrom entlang der Oberfläche in dem Raum zwischen dem
Rohr strömt. Als Material, aus dem die Führungsfläche hergestellt
werden kann, wird jedes Material verwendet, das solche
mechanischen Eigenschaften aufweist, daß es gegen Abrieb beständig
ist, ohne die Eigenschaften des Fadens zu verändern, wie z.B.
Keramik. Es ist jedoch vorteilhaft, ein Material zu verwenden,
das auch über die vorstehenden Eigenschaften hinaus eine gute
Wärmeleitfähigkeit aufweist, wodurch es möglich ist, den Prozeß
des Abkühlens weiter zu verbessern. Ein derartiges Material
kann z.B. aus rostfreiem Stahl bestehen, das eine
Oberflächenbehandlung (Plasmabehandlung...) erhalten hat.
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Schließlich wird bei einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Lauf
des Fadens an der Führungsfläche derart bewerkstelligt, daß
er eine Schraubenlinie um letztere herum bildet.
Vorteilhafterweise umläuft der Faden die Führungsfläche zwischen dem Eingang
und dem Ausgang des Abkühlbereiches um 180º. Es versteht sich,
daß es in Betracht gezogen werden kann, eine Schraubenlinie
zu bilden, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang einen Winkel
aufweist, der von 180º verschieden ist, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen. Bei dieser Ausgestaltung wird die Führung
des Fadens vorteilhafterweise dadurch erzielt, daß die Verbindung
zwischen der Führungsfläche und dem außenliegenden Rohr mittels
"Führungsstücken" hergestellt wird, die an den Enden des
Zusammenbaus angeordnet sind und gegeneinander umfangswinkelmäßig
versetzt sind. Bei dieser Ausgestaltung weist das außenliegende
Rohr auch einen längsverlaufenden Schlitz auf, der das Einführen
des Fadens erleichtert. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht
es, automatisch eine Positionierung der Schraubenlinie an der
im Inneren des außenliegenden Rohres angeordneten Oberfläche
zu erhalten.
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Die Erfindung betrifft ebenso eine textile Vorrichtung
zur Durchführung eines derartigen Verfahrens, die Mittel
aufweist, mit denen ein Faden vor dem Ausgang eines Ofens
abgekühlt werden kann.
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Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel
zum Abkühlen aus einem Zusammenbau gebildet sind, der ein Rohr
aufweist, das von einem Frischluftstrom oder einem anderen
gasförmigen Produkt durchquert wird, wobei der Strom in einer
Richtung gerichtet ist, die entgegengesetzt zum Laufweg des
Fadens ist, und in dessen Inneren koaxial eine Führungsfläche
für den Faden angeordnet ist.
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In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung stellt
sich die Führungs- oder Anlagefläche in Form eines geradlinigen
Blockes mit zylindrischem Querschnitt dar, auf dessen Außenseite
der Faden bei seiner Bewegung zum Anliegen kommt. Bevorzugt
ist der Laufweg des Fadens auf der Führungsfläche so
bewerkstelligt, daß er zwischen dem Eingang und dem Ausgang des
Zusammenbaus zum Abkühlen eine Schraubenlinie bildet. Bei dieser
Ausgestaltung wird die schraubenlinienförmige Führung des Fadens
dadurch erhalten, daß zumindest am Eingang und am Ausgang des
Abkühlzusammenbaus "Führungsstücke" vorgesehen sind, die die
zylindrische innere Oberfläche mit der äußeren Oberfläche
verbindet, und die gegeneinander umfangswinkelmäßig versetzt
angeordnet sind, wobei derartige Elemente nicht nur die
automatische Positionierung des Fadens im Inneren des
Abkühlzusammenbaus gewährleisten können, sondern auch die Verbindung zwischen
der äußeren Umhüllung und dem inneren Kern (Führungsfläche).
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Ein derartiger Abkühlzusammenbau ist mit dem Ausgang des
Ofens und der Falschdrahtspindel in gerader Linie ausgerichtet
und kann in beliebiger Lage angeordnet werden, und zwar entweder
horizontal, in Bewegungsrichtung des Fadens leicht nach unten
geneigt oder vertikal, oder kann einen beliebigen Winkel mit
der Vertikalen bilden.
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Vorteilhafterweise und in praktischen Fällen ist bei einer
Maschine zur Texturierung mittels Falschdrahtbehandlung, mit
der synthetische Fäden (Polyamid, Polyester...) bei einer
Produktionsgeschwindigkeit von tausend Metern pro Minute (1000
m/min) oder mehr behandelt werden können, und die zum natürlichen
Abkühlen des Fadens in freier Luft zwischen dem Ausgang des
Ofens und dem Eingang der Falschdrahtspindel einen Abstand in
der Größenordnung von 1,5 Metern erfordert, das Abkühlen des
Fadens gemäß der Erfindung so zu bewerkstelligen, daß ein
Zusammenbau verwendet wird, der eine Länge von unter einem Meter
aufweist, und der ein außenliegendes Rohr von 25 Millimeter
Durchmesser und einen konzentrisch angeordneten zylindrischen
Kern aus Keramik von 15 Millimetern mit einer Lufteinblasung
in entgegengesetzer Richtung zur Laufrichtung des Fadens
aufweist, wobei die Lufteinblasung am Ausgang der
Abkühlvorrichtung unter einem Druck zwischen 1 und 2 bar bewerkstelligt wird.
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Die Erfindung und ihre Vorteile gehen jedoch besser aus
dem Ausführungsbeispiel hervor, das ohne beschränkend zu sein
hiernach zur Erläuterung beschrieben wird, und das in der
beigefügten Zeichnung dargestellt ist, in der:
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- Fig. 1 den Zusammenbau einer Vorrichtung zur
Texturierung mittels Falschdrahtbehandlung darstellt, mit der das
erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird;
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- Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht ist, die im Detail
den erfindungsgemäß ausgestalteten Abkühlbereich in einer
Falschdrahtmaschine zeigt; und
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- Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische
Detailansicht einer bevorzugten Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen und auf einer derartigen Vorrichtung angebrachten
Zusammenbaus zum Abkühlen ist.
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In Fig. 1 und 2 weist in einer Maschine zur Texturierung
von Fäden mittels Falschdrahtbehandlung, mit der das
erfindungsgemäße Verfahren zum Abkühlen des Fadens durchgeführt wird,
jede Arbeitsstelle, die zwischen einem Bereich 1 für die
Beschickung des zu behandelnden Fadens 2 und einen Bereich 3
zur Aufnahme nach der Behandlung angeordnet ist, einen
Zusammenbau zur Umformung des Fadens 2 auf, der aus Elementen gebildet
wird, die in gegenseitiger Verlängerung angeordnet sind und
für den Benutzer zugänglich sind, wobei der Zusammenbau aufweist:
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- eine erste Zufuhr 4 für den Faden 2;
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- eine Heizvorrichtung 5 von beliebig bekannter Art
(offener oder geschlossener Ofen);
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- ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Abkühlsystem, dessen
Aufbau und Funktion genauer aus der folgenden Beschreibung
ersichtlich werden;
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- eine Falschdrahtspindel 7, die aus einer herkömmlichen
Spindel mit Scheiben oder gekreuzt angeordneten Rollen gebildet
wird;
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- ein herkömmliches Zufuhrsystem 8, das stromabwärts
der Brosche 7 angeordnet ist, sowie ein Aufwickelmittel 3.
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Gegebenenfalls kann ein zweiter Fixierofen zwischen der
letzten Zufuhr 8 und dem Aufwickelsystem 3 vorgesehen sein.
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Wie genauer in Fig. 3 dargestellt ist, wird der
erfindungsgemäß ausgestaltete Abkühlbereich im wesentlichen aus einem
Zusammenbau 6 gebildet, der in Verlängerung und in Nähe des
Ausganges des Ofens 5 angeordnet ist, und der bevorzugt in
gerader Linie mit der Falschdrahtspindel 7 ausgerichtet ist,
um einen im wesentlichen geradlinigen Laufweg des Fadens zu
erhalten. Dieser Zusammenbau zum Abkühlen wird aus einem Rohr
10 gebildet, das bevorzugt einen zylindrischen Querschnitt
aufweist, und das einen Schlitz aufweist, der es ermöglicht,
den Faden 2 während der Inbetriebnahme an Ort und Stelle zu
bringen. Im Inneren des Rohres 10 ist koaxial eine zylindrische
Führungsfläche 9 auf der Basis eines beliebigen geeigneten
Materials, wie insbesondere eines keramischen Materials oder
eines rostfreien Stahls, der eine Oberflächenbehandlung wie
bspw. eine Plasmabehandlung erhalten hat, angeordnet.
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Zur Erläuterung sei erwähnt, daß bei einer
Texturiermaschine, die bei einer Geschwindigkeit von tausend Metern pro
Minute (1000 m/min) oder mehr arbeitet, ein derartiger
Zusammenbau 6 eine Länge von 300 Millimetern, einen Durchmesser für
das außenliegende Rohr 10 von 25 Millimetern und einen
Durchmesser für die zylindrische Führungsfläche 9 von 15 Millimetern
aufweist. Zusätzliche Führungsmittel 11, 12 für den Faden 2
sind bevorzugt stromaufwärts und stromabwärts von dem Zusammenbau
6 zum Abkühlen vorgesehen, die es ermöglichen, den Faden 2 einem
Laufweg in Form einer Schraubenlinie auf der Oberfläche 9 folgen
zu lassen. In der bevorzugten dargestellten Ausgestaltung wird
ein derartiger Laufweg in Form einer Schraubenlinie dadurch
erhalten, daß als Führungsmittel 11, 12 zwei "Führungsstücke"
verwendet werden, die jeweils an den Enden des Zusammenbaus
6 angeordnet sind, und die gegeneinander umfangswinkelmäßig
versetzt angeordnet sind. Darüber hinaus ist ein Schlitz
vorgesehen, um das Einfädeln des Fadens zu erleichtern. Auf
diese Weise wird, wenn die Maschine eingeschaltet wird, eine
automatische Positionierung des Fadens in einer Schraubenlinie
um die Oberfläche 9 herum erhalten, wobei die Führungsstücke
11, 12 die Funktion als Verbindungs- und Zentrierelemente für
die zylindrische Führungsfläche 9 bezüglich des außenliegenden
Rohres 10 haben.
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Erfindungsgemäß mündet am Ausgang des Zusammenbaus 6 ein
Kanal 13 ein, der mit einer Druckluftquelle verbunden ist, die
es ermöglicht, in den Raum zwischen dem Kern 9 und der äußeren
Umhüllung 10 einen Luftstrom einzublasen, der in einer Richtung
strömt, die umgekehrt zur Vorwärtsbewegung des Fadens 2 ist
und, und der im Inneren des Zusammenbaus einen Venturi-Effekt
bewirkt. Der Druck der eingeblasenen Luft im Inneren des
Zusammenbaus zum Abkühlen ist im allgemeinen gering und in der
Größenordnung von einem (1) bar, wobei der Durchsatz beträchtlich
ist, weil sich eine zusätzliche Luftzufuhr vom Ausgang der
Umhüllung 10 in Richtung des Einganges derselben einstellt.
Der Luftdurchsatz kann mittels eines beliebigen geeigneten
Mittels reguliert werden und hängt von der Beschaffenheit, der
Temperatur und der Geschwindigkeit des Fadens ab. Die Luftzufuhr
kann entweder für jede Arbeitsstelle der Maschine individuell
oder mittels einer gemeinsamen Versorgung für alle Arbeitsstellen
bewerkstelligt werden.
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Aufgrund einer derartigen Verfahrensweise ist es möglich,
den Faden vollkommen abzukühlen, ohne seine textilen
Eigenschaften zu verändern, wobei nur ein minimaler Raumbedarf benötigt
wird. Dies läßt sich dadurch erklären, daß die Luft den Faden
erfindungsgemäß in Gegenrichtung strömend abkühlt und demgemäß
die diesen umgebende warme Lufthülle beseitigt, wobei das
Abkühlen darüber hinaus durch die Berührung des Fadens mit der
Führungsfläche verstärkt wird, wodurch es im Ergebnis ermöglicht
wird, ein Abkühlen durch eine Wärmeabführung mittels Konvexion
in Kombination mit einer Wärmeleitung zu bewirken. Des weiteren
ermöglicht es die Führungsfläche 9, gegen die sich der Faden
während seines Durchlauf es im Inneren des Zusammenbaus zum
Abkühlen anlegt, nicht nur die Abkühlung zu begünstigen, sondern
auch alle Gefahren von Störungen oder Fehlern zu eliminieren,
die durch die Luft hervorgerufen werden, die im Inneren des
Zusammenbaus zum Abkühlen strömt. Es sollte auch angemerkt
werden, daß das geschlitzte außenliegende Rohr nicht nur eine
Kanalisierung der Luft ermöglicht, sondern auch einen Ventun-
Effekt bewirkt, der einen großen natürlichen Durchsatz
hervorruft, wodurch es möglich ist, die warme Lufthülle, die den Faden
begleitet, zu entfernen.
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Aufgrund einer derartigen Lösung ist es möglich, sehr
kompakte Maschinen zu realisieren, bei denen einem Benutzer
alle Elemente leicht zugänglich sind, wie in Fig. 1 dargestellt
ist. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel sind die
Behandlungselemente (Ofen, Zusammenbau zum Abkühlen, Spindel),
horizontal angeordnet, jedoch könnte es in Betracht gezogen
werden, diese vertikal oder in einen beliebigen Winkel bezüglich
der Vertikalen anzuordnen.