DE69733765T2 - Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung von textilien - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Textilien, insbesondere von gesponnenen Kopsen oder Spulen, in einem beheizten Dämpfer, welcher über Ventile mit einer Wasser- und/oder Chemikalienversorgung und einer Vakuumpumpe verbunden ist, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Unter "Textilien" werden beliebige Strukturen aus textilen Rohmaterialien verstanden, welche sowohl aus faserartigen als auch aus flächigen Gebilde vorliegen.
• Es ist bekannt, dass eine Wärmebehandlung vorteilhafte Effekte für die Weiterverarbeitung von Garnen etc. ergibt.
• Ebenfalls können Textilien durch eine Behandlung in einer Dampfphase, eventuell unter Zugabe von Chemikalien, konditioniert oder veredelt werden.
• Geeignete Dämpfer sind seit vielen Jahren bekannt und bestehen im Wesentlichen aus einem zylindrischen Kessel mit einem schwenkbaren Deckel. Im Innern des Dämpfers befindet sich ein Wasserbad; mittels einer Heizeinrichtung wird Dampf erzeugt und damit die geeignete Wärmebehandlung des eingebrachten Materials bewirkt. Um das Eindringen des Dampfes in das Innere der Textilien zu verbessern, wird ein Vakuum erzeugt, bevor die Heizung für das Wasserbad eingeschaltet wird.
• Diese bekannten Dämpfer haben den Nachteil, dass viel Energie für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Vakuums benötigt wird und dass zudem der Dampf durch die Vakuumpumpe abgesaugt wird und kondensiert werden muss. Damit wird nur ein beschränktes Eindringen des Dampfes in das zu behandelnde Material erreicht und/oder es resultieren lange Behandlungszeiten.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche weniger Energie braucht, ein besseres Eindringen des Dampfes in das zu behandelnde Material erlaubt und zudem die Zykluszeiten und die gesamte Wärmebehandlung reduzieren. Diese Aufgabe ist durch die in den Ansprüchen 1 und 9 aufgezeigten technischen Merkmale gelöst.
• Vorzugsweise wird im zweiten Schritt ein Vakuum von mindestens 50 mbar erzeugt.
• Für ein Flüssigkeitsbad mit 300 Litern wird mit dem beschriebenen Verfahren eine Energieeinsparung von 12 kWh pro Zyklus oder 35 bis 40 kWh für eine Behandlung erreicht. Zudem muss das während der Evakuierung aus dem Dämpfer gepumpte Wasser nicht zurück kondensiert werden. Das nicht zurück kondensierte Volumen entspricht ungefähr 20 Liter pro Behandlungszyklus.
• Daraus resultiert der weitere Vorteil, dass sich die notwendige Frischwassermenge, durch die erfindungsgemässe Rezirkulierung der Flüssigkeit, ebenfalls um eine Grössenordnung verringert.
• Ein weiterer Vorteil besteht in der einfachen und ökonomischen Versorgung von Chemikalien und/oder Veredelungszusätzen, welche die Vakuumpumpe nicht oder nur sehr gering belasten.
• Die Wärmebehandlung oder die dadurch erreichten Resultate können auf einfache Art verbessert werden, indem der zweite bis sechste Schritt wenigstens ein Mal wiederholt werden.
• Die Behandlung kann optimiert werden durch sukzessive Erhöhung der Temperaturen der Dampfphasen vom ersten bis zum mindestens nachfolgenden Wärmebehandlungzyklus.
• Während der Wärmebehandlung wird vorzugsweise eine Sattdampftemperatur von mindestens 350 K während des ersten Zyklus und mindestens 380 K während weiterer Zyklen eingestellt.
• Durch die Steigerung der Verweildauer, bei konstanter Temperatur, können die Ergebnisse verbessert werden, ohne dass sich der Energieaufwand erhöht.
• Zusätzlich kann durch Belüftung Energie gespart und als Resultat die gesamte Behandlungszeit verkürzt werden, zum Beispiel durch Unterbrechen und Wiederaufbau des Vakuums vor dem Ende der ersten Wärmebehandlung.
• Vorzugsweise werden Wasser und/oder Chemikalien aus Vorratsbehälter gespeist, deren Volumen auf das Volumen des Flüssigkeitsbades abgestimmt sind und die, zusammen mit dem Dämpfer ein geschlossenes System bilden, in das nur der Verlustanteil der Flüssigkeit von aussen zugeführt wird, der durch die Restfeuchte des zu behandelnden Materials und durch die Evakuierung entsteht. Dadurch wird eine Rückführung der Flüssigkeit ermöglicht und in der Folge ein ökonomisches und umweltfreundliches Verfahren.
• Die Erfindung schafft weiter eine Vorrichtung zur Ausführung des obigen Verfahrens bestehend aus einem beheizten Dämpfer verbunden über Ventile mit einer Wasser- und/oder Chemikalien-Versorgung und einer Vakuumpumpe verbunden, welche mit mindestens einem Behälter, einer Pumpe und mit mindestens zwei Ventilen für die Flüssigkeits- und/oder Chemikalien-Versorgung ausgestattet ist; über die Ventile wird die Zufuhr der Flüssigkeit in den Dämpfer und die Entleerung geregelt.
• Vorzugsweise wird eine elektrische Heizung mindestens innerhalb des Flüssigkeitsbades im Dämpfer eingebaut. Eine solche elektrische Heizung ist besonders vorteilhaft, da sie sehr flexibel gesteuert werden kann und dadurch eine günstige Wirkung erzielt. Andere Heizsysteme, zum Beispiel Heissdampf, können auch wirtschaftlich eingesetzt werden je nach verfügbaren Energiequellen.
• Die Vakuumpumpe ist vorzugsweise eine Wasserringpumpe oder eine Drehschieberpumpe. Eine Wasserringpumpe ist sehr kostengünstig und erreicht ein Vakuum bis ca. 30 mbar. Für ein Vakuum bis 5 mbar ist eine Drehschieberpumpe notwendig.
• Nachstehend wird beispielhaft eine Vorrichtung gemäss der Erfindung beschrieben mit Bezug auf die dazu gehörenden Zeichnungen:
• 1 ist eine vereinfachte, schematische Darstellung des Dämpfers zur Behandlung von Garnkopsen gemäss der Erfindung,
• 2 zeigt einen charakteristischen Temperaturverlauf für die Dampfphase im Dämpfer gemäss 1 und
• 3 zeigt den aus dem Temperaturverlauf in 2 resultierenden Druckverlauf im Dämpfer, relativ zur Umgebungsatmosphäre.
• In 1 ist eine Ausblasleitung mit der Referenz 1 bezeichnet. Eine Vakuumpumpe 2 mit einem elektrischen Motor M ist mit der Ausblasleitung 1 verbunden. Eine Vakuumleitung 3 ist mit der Eingangsseite der Vakuumpumpe 2 (einer Drehschieberpumpe) verbunden und kommuniziert über das Ventil V1 und der Saugleitung 4 mit dem Innern des Dämpfers 6.
• Ein weiteres Ventil V2 in der Saugleitung 4 verbindet diese mit der Aussenluft-Zuleitung 5.
• Innerhalb des an sich bekannten Dämpfers 6 ist ein Flüssigkeitsbad 8 und eine elektrische Heizung 10 angeordnet; die wässrige Flüssigkeit 9 kann ein Niveau N1 erreichen.
• An einem Ende ist der Dämpfer 6 mit einem um die vertikale Achse 7a schwenkbarer Deckel 7 versehen. Das zu behandelnde Material G wird durch öffnen des Deckels 7 in den Dämpfer 6 eingeführt, wo es dampfbehandelt wird.
• Speiseleitungen 11 führen von der elektrischen Heizung 10 zum Steuergerät, dessen Regelfunktion mit +/– dargestellt ist.
• Eine Flüssigkeitsleitung 12 mündet im Dämpfer 6 und ist verbunden mit der Pumpenleitung 13 und mit der Versorgungsleitung 22.
• Die Pumpenleitung 13 führt über das Ventil V3, einer Flüssigkeitspumpe 14 mit elektrischen Antriebsmotor M und der Druckleitungen 15 zu den Ventilen V7, V8 und V9. Die Ventile V7–V9 sind ihrerseits über die Füll- und Entleerleitungen 16–18 mit dem Unterteil der Flüssigkeits-Vorratsbehälter 19–21 verbunden. Jeder dieser Vorratsbehälter (Tanks) ist mit einer Entlüftungsleitung 19'–21' versehen.
• Die Ventile V4–V6 sind ebenfalls mit den Füll- und Entleerleitungen 16–18 sowie mit Versorgungsleitungen 22 verbunden.
• Der Betrieb der Vorrichtung nach 1 ist relativ einfach: Das Innere des Dämpfers 6 wird über die Vakuumleitung 3 und die Ausblasleitung 1 evakuiert durch schliessen des Ventils V2, öffnen des Ventils V3 und aktivieren der Vakuumpumpe 2. Als Resultat wird das zu behandelnde Material G im Wesentlichen entlüftet.
• Das Ventil V4 des Wassertanks 19 wird jetzt geöffnet; das Ventil V9 bleibt geschlossen, so dass das Wasser über die Versorgungsleitung 22 und die Flüssigkeitsleitung 12 in den Dämpfer gesaugt wird, wo es das Wasserbad 8 bis zum Niveau N1 füllt. Das Ventil 4 wird dann geschlossen und gleichzeitig die Heizung 10 durch einschalten der Speisespannung aktiviert; in der Folge wird im Innern des Dämpfers 6 eine Dampfphase aufgebaut und gesättigter Dampf durchdringt das Material G.
• Nach vorbestimmter Behandlungszeit wird die Heizung 10 durch die Steuerung ausgeschaltet, die Ventile V3 und V9 werden geöffnet, das Ventil V4 bleibt geschlossen und die Flüssigkeitspumpe 14 wird eingeschaltet; das Wasser wird in den Wassertank 19 zurück gepumpt und erreicht ungefähr das Niveau N2. Die verdrängte Luft wird über die Entlüftungsleitung 19' nach aussen geleitet.
• Die Säuren oder Basen werden in ähnlicher Weise aus dem Vorratsbehälter 20 in den Dämpfer 6 geführt und wieder zurück gepumpt.
• Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung ist die Verbindung mit dem Flüssigwachs-Vorratsbehälter 21 nach dem letzten Dämpfprozess, um die weitere Verarbeitung für das Material G zu erleichtern, namentlich für Spinngarn in Form von Garnspulen.
• Die 2 und 3 zeigen die in der Praxis angewendeten Charakteristiken der Wärmebehandlung von Garnspulen, ausgehend von einem Umgebungsdruck von 1000 mbar. Aus Skalierungsgründen sind die Unterdrücke in 3 in verkürztem Massstab dargestellt.
• Wie in 3 dargestellt, wird der Dämpfer 6 auf einen Druck vom 5 mbar evakuiert, danach wird Wasser vom Wassertank 19 zugeführt und aufgeheizt und eine Dampfphase mit ca. 350 K erzeugt und während ca. 2 Minuten aufrecht erhalten; vergleiche 2. Während dieses Prozesses stellt sich der Druck im Dämpfer 6 bei ca. 420 mbar ein.
• Danach wird das Vakuum unterbrochen und eine Restmenge von Wasserdampf wird über die Saugleitung 4 und das Ventil V2 in die Atmosphäre entlassen; vergleiche 1.
• Wie in 3 dargestellt, wird danach wieder ein Vakuum von 5 mbar hergestellt und ein zweiter Behandlungszyklus beginnt. In diesem Fall wird die Temperatur der Dampfphase auf 380 K erhöht; der (Über-)Druck steigt während dieser Erwärmung der aus dem Chemikalientank 20 zugeführten Flüssigkeit auf 1300 mbar.
• Das Gleiche geschieht im dritten Zyklus, während dem eine wässrige Wachslösung aus dem Flüssigwachstank 21 zur Bildung des Flüssigkeitsbades 8 verwendet wird.
• Es hat sich im Sinne der Optimierung dieser Wärmebehandlung als sehr vorteilhaft erwiesen, die Temperaturen und die Dauer der nachfolgenden Behandlungszyklen im Vergleich zum ersten Zyklus zu erhöhen.
• Der erste Zyklus 1.C beginnt nach der ersten Evakuierung 1.V und dauert 3.0 Minuten; der zweite und dritte Zyklus 2.C und 3.C haben je eine Dauer von 4.0 Minuten. Die ganze Wärmebehandlung ist nach der vierten Evakuierung 4.V beendet, während der die Restfeuchte aus dem Material entfernt wird. Das in dieser Behandlung verwendete Material ist gesponnenes Garn aus Baumwolle; die Kopse haben ein Nettogewicht von 120 g.
• Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, dauert die ganze Behandlung, inklusive der Wachsbehandlung des Garnes, trotz der Grösse der Kopse nur 18.5 Minuten.
• Je nach dem zu behandelndem Material und den dafür gewählten Prozesszyklen kann es aus wirtschaftlichen Überlegungen vorteilhaft sein, zusätzlich einen Dampfkondensator nach der Vakuumpumpe 2 zu installieren.
• Der Behandlungsprozess kann auch mit Vakuum oberhalb 50 mbar durchgeführt werden. Die Behandlungsdauer wird jedoch erhöht und die Qualität der Behandlung reduziert, insbesondere wenn das zu behandelnde Material gepresst und/oder schwer ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Textilien (G) in einem beheiztem Dämpfer (6), welcher über Ventile (V4–V9) und einer Pumpe (14), mit einem Ventil (V3) mit einer Wasser- und/oder Chemikalienversorgung (19–21) und über Ventile (V1, V2) mit einer Vakuumpumpe (2) verbunden ist, wobei: – in einem ersten Schritt der Dämpfer (6) mit dem zu behandelnden Material (G) beladen wird, gefolgt von mehreren Folgeschritten mit Evakuieren der Luft, aussetzen des Textilien (G) während vorbestimmter Zeit in einer Dampfphase, abkühlen, trocknen, wieder evakuieren und am Ende herausnehmen der Textilien (G) aus dem Dämpfer (6), dadurch gekennzeichnet, dass: – in einem zweiten Schritt die Vakuumpumpe (2) solange eingeschaltet wird, bis im Dämpfer (6) ein absoluter Druck von mindestens 100 mbar erreicht wird, – in einem dritten Schritt ein Speiseventil (V7–V9) der Wasser- und/oder Chemikalien-Versorgung (19–21) geöffnet wird und eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge in den Dämpfer geleitet wird um ein Flüssigkeitsbad (9) zu bilden, – in einem vierten Schritt das Flüssigkeitsbad (9) und die zu bildende Dampfphase durch ein eingebautes Heizelement (10) auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt werden, – das zu behandelnde Material (G) während einer vorbestimmter Zeit in der Sattdampfphase gehalten wird und danach die Flüssigkeit aus dem Dämpfer (6) in den Vorratsbehälter (19–21) zurück gepumpt wird, – in einem fünften Schritt die Vakuumpumpe (2) wieder aktiviert wird, – in einem sechsten Schritt, nach vorgewählter Evakuierungs-, Abkühlungs- und Trocknungszeit, die Vakuumpumpe (2) ausgeschaltet wird und Umgebungsluft in den Dämpfer (6) eingelassen wird, und – im letzten Schritt das Material (G) wieder aus dem Dämpfer (6) heraus genommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das im zweiten Schritt erzeugte Vakuum mindestens 50 mbar beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schritte zwei bis sechs mindestens ein Mal wiederholt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Temperaturen der Dampfphasen von der ersten zu mindestens einer nachfolgenden Wärmebehandlung erhöht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Dampftemperatur während der Wärmebehandlung im ersten Zyklus mindestens 350 K beträgt und mindestens 380 K in einem weiteren Zyklus.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Zeit mit konstanter Temperatur während dem ersten Behandlungszyklus kürzer ist als während den nachfolgenden Wärmebehandlungen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem in einem Zwischenschritt vor dem Ende des ersten Behandlungszyklus das Vakuum unterbrochen und wieder aufgebaut wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem Wasser und/oder Chemikalien aus entsprechend dem Volumen des zu bildenden Flüssigkeitsbades im Dämpfer dimensionierten Vorratsbehältern zugeführt werden, und die zusammen mit dem Dämpfer ein geschlossenes System bilden, welchem nur das durch die Restfeuchte des Materials und die evakuierte Dampfmenge verlorene Flüssigkeitsmenge von aussen wieder zugeführt werden.
9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche beinhaltend einen beheizten Dämpfer verbunden über Ventile mit einer Wasser und/oder Chemikalien-Versorgung und einer Vakuumpumpe, die mindestens einen Behälter, eine Pumpe und mindestens zwei Ventile für die Flüssigkeits- und/oder Chemikalien-Versorgung aufweist, wobei die Ventile die Ver- und Entsorgung der Flüssigkeit zum und vom Dämpfer regeln.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der ein elektrisches Heizelement eingebaut ist, das sich mindestens im Raum des Flüssigkeitsbades innerhalb des Dämpfers befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Vakuumpumpe eine Wasserringpumpe oder eine Drehschieberpumpe ist.