Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstrangs mit einem Sattdampf oder überhitzten Dampf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung von schmelzgesponnenen synthetischen Fasern ist es bekannt, dass die Fasern während des Spinn prozesses oder während eines Weiterbehandlungsprozesses eine Wärmebehandlung erhalten, um beispielsweise eine Verstreckung der Fasern oder eine Relaxation der Fasern zu ermöglichen. Die Faserstränge, die als Fäden, Spinnkabel oder Tows mit einer Führungsgeschwindigkeit im Prozess geführt werden, müssen hierzu auf eine bestimmte Temperatur erwärmt werden, die insbesondere beim Verstrecken der Faserstränge vom Polymertyp abhängig ist. So muss die Temperatur zum Auslösen eines Streckpunktes im Bereich der Glasübergangstemperatur liegen, die in Abhängigkeit vom Polymertyp im Bereich von 60°C bis 100°C liegen könnte.

Zum Erwärmen eines Faserstranges sind im Stand der Technik grundsätzlich verschiedene Varianten bekannt. So lässt sich der Faserstrang durch ein mit einem Fluid vorzugsweise ein erhitztes Wasser führen. Derartige Streckbäder besitzen jedoch grundsätzlich den Nachteil, dass der Faserstrang nach der Behandlung intensiv getrocknet werden muss. Alternativ ist es bekannt, den Faserstrang durch einen Heißluftkanal zu führen, um die erforderliche Erwärmung des Faserstranges zu erhalten. Hierbei lässt sich der Energieeintrag jedoch nicht lokal begrenzen, so dass Ungleichmäßigkeiten beim Verstrecken der Fasern auftreten.

Eine weitere bevorzugte Variante zur Wärmebehandlung verwendet einen Dampf, um den Faserstrang zu erhitzen. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der WO 2004/007817 A1 bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstranges ist innerhalb einer Behandlungskammer eine Dampfdüse angeordnet, die einen Satt- dampf unter einem Überdruck auf den Faserstrang einseitig sprüht. Der Faserstrang wird über einen Fasereinlass und einen Faserauslass durch die Behandlungskammer geführt. Um eine Durchdringung des Faserstranges zu erhalten, muss jedoch die Dampfdüse den Dampfstrom mit sehr hohem Druck erzeugen und auf den Faserstrang sprühen. Insoweit ist die bekannte Vorrichtung für relativ dünne Faserstränge mit geringem Gesamttitergeeignet.

Um eine intensive Dampfatmosphäre zur Behandlung des Faserstranges zu erhalten, ist aus der DE 10344728 A1 ein weitere Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Faserstranges bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist innerhalb der Behandlungskammer eine Dampfatmosphäre geschaffen, die unter einem Überdruck auf ein durch die Kammer geschleustes Faserstrang einwirkt. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass aufwändige Dichtungsmaßnahmen am Fasereinlass und Faserauslass erforderlich sind. Zudem werden relativ große Bereiche des Faserstranges erwärmt, die insbesondere einer Entstehung eines örtlich begrenzten Streckpunktes in dem Faserstrang entgegenwirken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstrange derart zu verbessern, dass sich ein lokal begrenzter Bereich zum Auslösen des Streckpunktes innerhalb des Faserstranges bei intensiver Dampfbehandlung ausbildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass innerhalb der Behandlungskammer weitere Dampfdüsen angeordnet sind, wobei mehrere Dampfdüsen oberhalb des Fasereinlasses und mehrere Dampfdüsen unterhalb des Fasereinlasses angeordnet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der jeweiligen Unteransprüche definiert.

Durch die Anordnung mehrerer Dampfdüsen innerhalb der Behandlungskammer sowohl oberhalb als auch unterhalb des Faserstranges lässt ein gleichmäßiger und lokal begrenzter Wärmeeintrag erzielen. Die Erfindung ist somit besonders vorteilhaft zum Verstrecken von Fasersträngen geeignet, wobei im wesentlichen keine Scherung und keine Streckbrüche in den einzelnen Fasern auftreten. Der lokal begrenzte Wärmeeintrag begünstigt somit die Ausbildung eines lokalen Streckpunktes innerhalb des Faserstranges.

Um bei besonders dicken Fasersträngen, die den Titer im Bereich bis zu 250 dtex. aufweisen können, eine gleichmäßige Erwärmung aller Fasern innerhalb des Strangs zu erhalten, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher die unteren Dampfdüsen und die oberen Dampfdüsen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Somit lassen sich die Fasern innerhalb des Faserstranges zu beiden Seiten des Faserstranges identisch behandeln. An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich erwähnt, dass eine asymmetrische Anordnung der Dampfdüsen ebenfalls möglich ist, um Spezialeffekte beispielsweise bei einer Relaxation zu erhalten.

Da je nach Prozess die Faserstränge eine Arbeitsbreite bis zu 2,5 m aufweisen können, ist die Weiterbildung der Erfindung bevorzugt ausgeführt, bei welcher die unteren Dampfdüsen und/oder die oberen Dampfdüsen in einer Reihenanordnung quer zu einer Laufrichtung des Faserstrangs angeordnet sind. Damit kann der Faserstrang auch über eine größere Arbeitsbreite gleichmäßig und lokal begrenzt mit dem Sattdampf oder überhitzten Dampf behandelt werden.

Hierbei hat sich bei größeren Titern die Weiterbildung bewährt, bei welcher die unteren Dampfdüsen und/oder die oberen Dampfdüsen in mehreren Düsenreihen gehalten sind, wobei die Dampfdüsen in benachbarter Düsenreihe versetzt angeordnet sind. Damit ist ein intensives Besprühen des Faserstranges mit dem Sattdampf oder überhitzen Dampf möglich.

Bei einer mehrreihigen Anordnung in Laufrichtung des Faserstranges werden die Dampfdüsen bevorzugt zick zack förmig in Laufrichtung des Faserstranges angeordnet. Alternativ dazu können bei einer mehrreihigen Anordnung in Laufrichtung des Faserstranges die Dampfdüsen versatzfrei in Laufrichtung des Faserstranges angeordnet sein.

Um Dampfströmungen entgegen der Faserlaufrichtung zu vermeiden, ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei weicher den unteren Dampfdüsen und/oder den oberen Dampfdüsen seitliche Leitbleche zugeordnet sind, durch welche die durch den Dampfdüsen erzeugten Dampfströme führbar sind. Damit kann der Dampfstrom der Dampfdüse gezielt auf den Faserstrang geführt werden.

Hierbei weisen die Leitbleche bevorzugt eine in Laufrichtung des Faserstrangs ausgerichtete Neigung auf. Damit können die Dampfströme vorteilhaft in Laufrichtung des Faserstranges auf die Fasern geführt werden.

Damit die Dampfströmung möglichst gleichmäßig ohne Verwirbelungen auf den Faserstrang treffen, sind die Leitbleche bevorzugt in einer gekrümmten Form ausgeführt.

Damit die Wärmebehandlung auf den lokal begrenzten Bereich der Dampfströmung, die durch die Dampfdüsen auf den Faserstrang geführt ist, begrenzt bleibt, ist desweiteren vorgesehen, dass zumindest eine Säugöffnung an der Behandlungskammer ausgebildet ist, die mit einer Absaugeinrichtung verbunden ist. So können überschüssige Dämpfe aus der Behandlungskammer abgeführt werden.

Hierbei ist die Weiterbildung besonders vorteilhaft, bei welcher die untere Dampfdüse und die obere Dampfdüsen innerhalb der Behandlungskammer einem Einlaufbereich nahe dem Fasereinlauf zugeordnet sind und bei welchem in einem Auslassbereich nahe dem Faserauslass die Säugöffnung der Absaugeinrichtung in die Behandlungskammer mündet. So ist eine gegenseitige Beeinflussung nicht möglich und die begrenzte lokale Erwärmung des Faserstranges gewährleistet.

Dabei wird bevorzugt oberhalb des Faserstranges und/oder unterhalb des Faserstranges jeweils eine Säugöffnung der Absaugeinrichtung an der Behandlungskammer ausgebildet. Damit das Faserkabel möglichst schwingungsfrei durch die Behandlungskammer geführt werden kann, ist dem Fasereinlass und/oder dem Faserauslass ein Führungsmittel zur Führung des Faserstranges an der Behandlungskammer zugeordnet. Damit ist die freie Länge des Faserstranges auf die Abmaße der Behandlungskammer begrenzt.

Zur Vermeidung von Reibungen werden die Führungsmittel bevorzugt durch frei drehbare Rollen gebildet.

Damit das von dem Faserstrang abfallende Kondensat aus der Behandlungskammer entfernt werden kann, ist desweiteren vorgesehen, dass die Behandlungskammer in einem Bodenbereich einen Kondensatablaufanschluss aufweist.

Die Erfindung hat sich insbesondere bei der Herstellung von Stapelfasern zum Vers- trecken der Spinnkabel bei einem einstufigen Prozess oder des Fasertows bei einem zweistufigen Prozess bewährt. Hierbei lässt sich der Faserstrang in Abhängigkeit vom Prozess mit niedrigen Geschwindigkeiten von 10 m/min. bis zu maximalen Geschwindigkeiten von 1.500 m/min. durch die Behandlungskammer führen und entsprechend lokal begrenzt erwärmen. Hierbei können die Fasern aus allen gängigen Polymertypen erzeugt sein.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sind nachfolgend einige Ausführungsbeispiele in den beigefügten Figuren gezeigt und beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch eine Längsschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstranges

Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 Fig. 3 schematisch eine Längsschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstranges

In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstranges in mehreren Ansichten dargestellt. In Fig. 1 ist schematisch eine Längsschnittansicht und in Fig. 2 schematisch eine Querschnittsansicht. Insoweit kein ausdrücklicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist, gilt die nachfolgende Beschreibung für beide Figuren.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines laufenden Faserstranges weist eine geschlossene Behandlungskammer 1 auf. Die Behandlungskammer 1 wird dabei durch isolierte Kammerwände 2 gebildet. An einer Seite der Behandlungskammer 1 ist ein Fasereinlass 3 in der Kammerwand 2 ausgebildet. In der gegenüberliegenden Kammerwand 2 ist vorzugsweise auf gleicher Höhe ein Faserauslass 4 ausgebildet. Dem Fasereinlass 3 und dem Faserauslass 4 ist jeweils ein Führungsmittel 5 zugeordnet, um den Faserstrang, der als Spinnkabel oder als Tow zugeführt wird, abzustützen. Die Führungsmittel 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch frei drehbare Rollen gebildet. Grundsätzlich könnten jedoch auch nicht drehbare Stangen zur Abstützung genutzt werden. Alternativ kann vollständig auf eine Abstützung verzichtet werden.

Innerhalb der Behandlungskammer 1 sind mehrere Dampfdüsen 6 oberhalb des Fasereinlasses 3 und mehrere Dampfdüsen 7 unterhalb des Fasereinlasses 3 angeordnet. Die oberen Dampfdüsen 6 und die unteren Dampfdüsen 7 weisen jeweils eine Düsenöffnung auf, die einem durch den Fasereinlass 3 und dem Faserauslass 5 geführten Faserstrang 16 gegenüberliegen. Die oberen Dampfdüsen 6 und die unteren Dampfdüsen 7 sind jeweils an einem Düsenbalken 8 gehalten, der sich im wesentlichen über die Breite der Behandlungskammer 1 erstreckt und wie in Fig. 2 dargestellt, übereinen Dampfanschluss 9 mit einer Dampfquelle 10 verbunden ist. Wie desweiteren aus der Darstellung in Fig. 2 hervorgeht, sind die unteren Dampfdüsen 7 in einer Reihenanordnung von zwei Düsenreihen 11 angeordnet. Die Düsenreihen 11 sind quer zur Laufrichtung des Faserstranges 16 ausgerichtet und übereine Breite des Faserstranges 16 gleichmäßig verteilt. Die Laufrichtung des Faserstranges 16 ist in den Fig. 1 und 2 jeweils mit einem Pfeil gekennzeichnet. Die Abstände der Dampfdüsen 7 sind derart gewählt, dass die durch die Dampfdüsen 7 erzeugten Dampfströme sich an der Oberfläche des Faserstranges 16 überlappen.

Die in Fig. 2 dargestellte Reihenanordnung der Dampfdüsen 7 ist in diesem Fall beispielhaft in der Anzahl und in der Anordnung der Dampfdüsen 7. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sind die oberen Dampfdüsen 6 identisch ausgebildet und in einerspiegelsymmetrischen Anordnung gehalten. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Dampfdüsen 7 in einer mehrreihigen Anordnung zu platzieren. Hierbei werden die sich in Laufrichtung des Faserstranges ergebenen Reihen vorzugsweise durch eine zick zack förmige Anordnung der Dampfdüsen realisiert. Somit lässt sich auch bei größeren Abständen der Dampfdüsen eine gleichmäßige Behandlung des Faserstranges lokal begrenzt erzeugen.

Bei dem in Fig .1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Faserstrang in vorbestimmter Geschwindigkeit durch die Behandlungskammer 1 geführt. Die Dampfquelle 10 erzeugt einen Sattdampf und führt diesen unter einen Überdruck zu den Dampfdüsen, die daraufhin eine Dampfströmung zum Besprühen des Faserstranges erzeugen. Der Druckbereich des Sattdampfes liegt im Bereich von 0,2 bis 6 bar, vorzugsweise 2 bis 6 bar. Der auf die Fasern des Faserstranges 16 treffende Sattdampf führt zu einer Erwärmung der Fasern nach dem Kondensationsprinzip. Dabei kondensiert die in dem Dampf gehaltene Flüssigkeit an der kalten Faser aus und erhitzt diese dabei. Über die Anordnung der Dampfdüsen 6 und 7 lässt sich der Sattdampf lokal begrenzt auf den Faserstrang 16 einbringen. Die Länge der Sprühstrecke in Laufrichtung des Faserstranges 16 liegt vorzugsweise im Bereich von 125 mm oder maximal bis zu 500 mm. Dabei wird durch die Reihenanordnung 11 der Dampfdüsen 6 und 7 der Faserstrang 16 über die gesamte Arbeitsbreite gleichmäßig erwärmt. Insoweit kommt es beim Verstrecken des Faserstrangs 16 zu sehr gleichmäßigen physikalischen Eigenschaften sämtlicher Fasern.

Um das während der Wärmbehandlung von Faserstrang 16 abtropfende Kondensat abführen zu können, ist im Bodenbereich der Behandlungskammer 1 ein Kondensatablaufanschluss 15 ausgebildet, wie in Fig. 1 dargestellt ist.

Um den Dampfstrom der Dampfdüsen möglichst gezielt in den Faserstrang einbringen zu können, ist in Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Faserstranges schematisch in einer Längsschnittansicht dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im wesentlichen identisch zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2, so dass an dieser Stelle nur die Unterschiede erläutert werden und ansonsten Bezug zu der vorgenannten Beschreibung genommen wird.

Bei den in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispielen sind innerhalb der Behandlungskammer 1 insgesamt drei Düsenreihen von oberen Dampfdüsen 6 und von unteren Dampfdüsen 7 spiegelsymmetrisch angeordnet. Im Bereich unterhalb der Dampfdüsen 6 und im Bereich oberhalb der Dampfdüsen 7 befinden sich mehrere Leitbleche 12. Die Leitbleche 12 sind jeweils den Dampfdüsen 6 und 7 derart zugeordnet, dass ein durch die Dampfdüsen 6 und 7 erzeugter Dampfstrom durch die Leitbleche 12 bis zum Auftreffen auf den Faserstrang 16 geführt werden. Die Leitbleche 12 weisen dabei eine Neigung in Laufrichtung des Faserstranges 16 auf. Somit lässt sich eine Dampfströmung in Laufrichtung des Faserstranges 16 erzeugen. Die Leitbleche 12 besitzen bevorzugt eine gekrümmte Form zur Führung der Dampfströme, damit eine möglichst gleichmäßige Ausbildung der Strömung gewährleistet ist. Die oberen Dampfdüsen 6 und die unteren Dampfdüsen 7 sind mit ihren Leitblechen 12 hierbei innerhalb der Behandlungskammer 1 dem Einlassbereich des Fasereinlasses 3 zugeordnet. Im gegenüberliegenden Auslassbereich des Faserauslasse 4 ist innerhalb der Behandlungskammer 1 eine Säugöffnung 13 oberhalb des Faserauslasses 4 und eine Säugöffnung 13 unterhalb des Faserauslasses 4 ausgebildet. Die Säugöffnungen 13 sind mit einer Absaugeinrichtung 14 verbunden. Über die Säugöffnung 13 und der Absau- geinrichtung 14 können somit überschüssige Dämpfe aus der Behandlungskammer 1 abgesaugt werden. Zudem wird durch die versetzte Anordnung der Dampfdüsen 6 und 7 und der Säugöffnung 13 innerhalb der Behandlungskammer 1 eine gegenseitige Beeinflussung vermieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist grundsätzlich geeignet für Faserstränge, die als Fäden, Filamente, Spinnkabel, Tows oder Warenbahnen geführt sind. Der wesentliche Vorteil liegt dabei in dem lokal begrenzten über die Arbeitsbreite vergleichmäßigten Wärmeeintrag mittels Sattdampf oder überhitzten Dampf in den Faserstrang. Insoweit wird die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt zum Verstrecken der Fasern verwendet.