[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung oder Trocknung von langgestreckten
Materialien, insbesondere für Garne oder Fäden.
[0002] Vorrichtungen zur Erwärmung oder Trocknung von unterschiedlichen Materialien finden
in verschiedenen Fertigungsprozessen Verwendung. In der Textil-, Kunststoff-, Draht-
und Converting-Industrie werden Vorrichtungen eingesetzt, mit denen während des Fertigungsprozesses
Garne oder Fäden nach Aufbringen eines flüssigen Medium erwärmt und getrocknet werden.
[0003] Die bekannten Vorrichtungen beruhen darauf, dass die mit einer Flüssigkeit benetzten
Garne oder Fäden einer Luftströmung oder einer Infrarotstrahlung ausgesetzt werden.
Dabei werden im Allgemeinen gleichmäßige Trocknungsergebnisse bei gleichzeitig hohen
Prozessgeschwindigkeiten erreicht.
[0004] Die für die Erwärmung bzw. Trocknung eingesetzten Infrarot-Strahler haben sich in
der Praxis bewährt. Nachteilig ist jedoch, dass konventionelle Infrarot-Strahler eine
relativ hohe Verlustleistung haben.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum einen den Erwärmungs- bzw. Trocknungsvorgang
von langgestreckten Materialien, insbesondere von Garnen oder Fäden, zu verbessern
und andererseits den mit der Erwärmung und Trocknung verbundenen Energieverbrauch
zu senken.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1. Die Gegenstände der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung oder Trocknung von langgestreckten
Materialien, insbesondere Garne oder Fäden, aber auch Drähte, weist mindestens einen
an den Stirnseiten offenen, sich entlang einer Achse erstreckenden Hohlkörper mit
mindestens einem langgestreckten Hohlraum zur Aufnahme der langgestreckten Materialien
auf, die den Hohlkörper in einem kontinuierlichen Prozess durchlaufen können. In dem
langgestreckten Hohlraum ist eine sich in Längsrichtung des Hohlraums erstreckende
Strahlungsheizung zur Erwärmung oder Trocknung der langgestreckten Materialien angeordnet.
[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Strahlungsheizung
nur über einen Teilabschnitt des sich entlang einer Achse erstreckenden, langgestreckten
Hohlraums oder mehrere unterschiedliche Teilabschnitte des Langgestreckten Hohlraums
erstreckt, wobei eine Einrichtung zum Zu- und Abführen von einem gasförmigen Medium
vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass das gasförmige Medium dem Teilabschnitt
des langgestreckten Hohlraums, in dem die Strahlungsheizung angeordnet ist, zugeführt
wird und das gasförmige Medium aus dem Teilabschnitt, in dem die Strahlungsheizung
nicht angeordnet ist, abgeführt wird. Das gasförmige Medium durchströmt somit sowohl
den Teilabschnitt, in dem die langgestreckten Materialien mit der Strahlungsheizung
erwärmt und getrocknet werden, als auch den Teilabschnitt, in dem die langgestreckten
Materialien nicht mit der Strahlungsheizung erwärmt werden.
[0009] Bei einer Ausführungsform, bei der sich die Strahlungsheizung über mehrere unterschiedliche
Teilabschnitte des langgestreckten Hohlraums erstreckt, die in einer beliebigen Abfolge
angeordnet sein können, weist die Vorrichtung aber wieder einen oder mehrere Teilabschnitte
auf, in denen die Strahlungsheizung nicht angeordnet ist.
[0010] Unter langgestreckten Materialien sind auch axial symmetrische Substrate zu verstehen,
die rund oder eckig sein können. In Abhängigkeit von dem Durchmesser können den Hohlraum
auch mehrere langgestreckte Materialien durchlaufen. Das gasförmige Medium kann Luft
oder ein Gas sein.
[0011] Das durch den Teilabschnitt des langgestreckten Hohlkörpers mit der Strahlungsheizung
strömende gasförmige Medium dient zum einen der Kühlung der Strahlungsheizung. Dabei
nimmt das gasförmige Medium die Verlustleitung der Heizeinrichtung als Wärmeenergie
auf, wodurch sich das gasförmige Medium erwärmt. Während das gasförmige Medium den
Teilabschnitt ohne Strahlungsheizung durchströmt, gibt das gasförmige Medium die Wärmeenergie
wieder an die langgestreckten Materialien ab, die beide Teilabschnitte durchlaufen.
Dabei werden die langgestreckten Materialien in einer zweiten Prozessstufe erwärmt
und getrocknet. Folglich gliedert sich der Erwärmungs- bzw. Trocknungsprozess in zwei
Teilprozesse, wobei in dem einen Teilprozess die Erwärmung bzw. Trocknung mit einer
konvektiven Wärmestrahlung und in dem anderen Teilprozess in einem von der Strahlungsheizung
zuvor erwärmten Luftstrom erfolgt, Daraus ergibt sich nicht nur ein verbessertes Trocknungsergebnis,
sondern auch ein geringerer Energieverbrauch. Entscheidend ist auch der im Vergleich
zu den bekannten Trocknern verhältnismäßig kleine Trocknungsraum, den der hohlförmige
Körper einschließt.
[0012] Eine bevorzugte Ausfürungsform der Erfindung sieht zum Zu- und Abführen von dem gasförmigen
Medium eine Einrichtung vor, die mindestens einen Zuströmkanal aufweist, der in den
Teilabschnitt des langgestreckten Hohlraums führt, in dem die Strahlungsheizung angeordnet
ist, und mindestens einen Abströmkanal aufweist, der von dem Teilabschnitt des langgestreckten
Hohlraums abgeht, an dem die Strahlungsheizung nicht angeordnet ist.
[0013] Der Zu- und Abströmkanal kann unterschiedlich ausgebildet sein. Vorzugsweise erfolgt
die Zuführung der Zuluft und die Abführung der Abluft an der Seite des langgestreckten
Hohlkörpers. Vorzugsweise wird die Zu- bzw. Abluft in einem geschlossenen System geführt,
da sie mit Schadstoffen belastet sein kann. Grundsätzlich ist es aber auch möglich,
die Luft an der einen offenen Stirnseite des langgestreckten Hohlkörpers zuzuführen
und an der anderen offenen Stirnseite abzuführen.
[0014] Die Einrichtung zum Zu- und Abführen von einem gasförmigen Medium weist vorzugsweise
Mittel zum Fördern von dem gasförmigen Medium in den Zuströmkanal und Mittel zum Fördern
von dem gasförmigen Medium aus dem Abströmkanal auf. Vorzugsweise wird die Luft mit
Überdruck zugeführt und mit Unterdrück abgeführt. Hierzu kann die Einrichtung über
im Zuluftkanal und/oder Abluftkanal angeordnete Lüfter oder Ventilatoren verfügen.
[0015] Der langgestreckte Hohlkörper kann in eine unterschiedliche Anzahl von Teilabschnitten
untergliedert werden, in denen eine Strahlungsheizung angeordnet oder eine Strahlungsheizung
nicht angeordnet ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht jedoch vor,
dass der langgestreckte Hohlkörper nur über zwei Teilabschnitte verfügt, wobei in
dem ersten Teilabschnitt die Strahlungsheizung angeordnet ist und in dem zweiten Teilabschnitt
die Strahlungsheizung nicht angeordnet ist. Diese Ausführungsform erlaubt eine Konvektionstrocknung
in dem einen Teilabschnitt und eine Trocknung mit Heißluft in dem anderen Teilabschnitt.
Dabei kann der hohlförmige Körper von den langgestreckten Materialien in der einen
oder anderen Richtung durchlaufen werden. Folglich ist es möglich, die erfindungsgemäße
Vorrichtung in Abhängigkeit von der Durchlaufrichtung der langgestreckten Materialien
zur Vor- oder Nachtrocknung einzusetzen.
[0016] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der erste Teilabschnitt des
langgestreckten Hohlkörpers mit Strahlungsheizung im Wesentlichen die gleiche Länge
wie der zweite Teilabschnitt ohne Strahlungsheizung auf. Eine alternative Ausführungsform
sieht vor, dass der erste Teilabschnitt mit Strahlungsheizung eine größere Länge als
der zweite Teilabschnitt ohne Strahlungsheizung hat. Es ist grundsätzlich aber auch
möglich, dass der erste Teilabschnitt kürzer als der zweite Teilabschnitt ist. In
Abhängigkeit von der Länge der Teilabschnitte und/oder der Durchlaufrichtung und/oder
der Prozessgeschwindigkeit können für die zu erwärmenden bzw. zu trocknenden Materialien
unterschiedliche Ergebnisse erzielt werden. Es ist auch möglich, dass die unterschiedlichen
Teilabschnitte in einer beliebigen Abfolge nacheinander angeordnet sind.
[0017] Die Strahlungsheizung kann mehrere langgestreckte Strahler-Elemente aufweisen, die
um den Umfang des Hohlraums verteilt angeordnet sind. Es ist aber grundsätzlich ausreichend,
wenn die Strahlungsheizung nur ein langgestrecktes Strahler-Element aufweist, das
an nur einer Seite der Wandung des langgestreckten Hohlkörpers angeordnet ist.
[0018] Zur Bündelung der Wärmestrahlung ist in dem Teilabschnitt, in dem die Strahlungsheizung
angeordnet ist, vorzugsweise eine Reflektoreinrichtung vorgesehen.
[0019] Der hohlförmige Körper kann unterschiedlich ausgebildet sein. Der Hohlraum braucht
nicht einen kreisförmigen, sondern kann auch einen nicht kreisförmigen, insbesondere
elliptischen, parabolischen oder polygonalen Querschnitt haben.
[0020] Der hohlförmige Körper ist vorzugsweise als ein rohrförmiger Körper ausgebildet,
der vorzugsweise aus Metall, insbesondere Aluminium besteht. Dabei kann der rohrförmige
Körper eine modulare Einheit bilden, die sich mit anderen modularen Einheiten zu einem
universell einsetzbaren Trocknungssystem verbinden lässt. Die Vorrichtung zur Erwärmung
oder Trocknung kann als ein aus mehreren Hohlkörpern bestehendes System ausgebildet
sein, wobei die Hohlkörper übereinander und/oder nebeneinander und/oder hintereinander
angeordnet sind. Dadurch wird ein sehr kompakter Aufbau erzielt.
[0021] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert.
[0022] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erwärmung oder Trocknung von Garnen, Fäden Drähten etc.,
- Fig. 2
- einen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie II-II,
- Fig. 3
- einen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie III-III,
- Fig. 4
- einen Schnitt durch die Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie IV-IV,
- Fig. 5
- eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer
Darstellung und
- Fig. 6
- ein aus mehreren Vorrichtungen von Fig. 1 bestehendes System zum gleichzeitigen Erwärmen
und Trocknen von mehreren Garnen oder Fäden.
[0023] Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung
zum Erwärmen und Trocknen von langgestreckten Materialien, insbesondere Garnen oder
Fäden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist als Durchlauftrockner ausgebildet, der
von einem Faden 2 durchlaufen wird. Die Durchlaufrichtung des Fadens ist in Fig. 1
mit einem Pfeil gekennzeichnet.
[0024] Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen rohrförmigen Hohlkörper 3 auf, der aus
einem unteren Teilstück 3A und einem oberen 3B Teilstück besteht, die einen langgestreckten
Hohlraum 4 umschließen. Der Hohlkörper 3 kann ein Metallkörper, beispielsweise ein
Aluminiumkörper sein.
[0025] An den beiden Stirnseiten 5, 6 ist der Hohlkörper 3 offen, so dass der Faden an der
einen Stirnseite 5 eintreten und an der anderen Stirnseite 6 austreten kann. Dabei
durchläuft der Faden 1 den Bereich des Hohlraums in dem unteren Teilstück 3A des Hohlkörpers
3. Der Hohlkörper 3 unterteilt sich in einen in Fadenlaufrichtung vorderen Teilabschnitt
7 und einen in Fadenlaufrichtung hinteren Teilabschnitt 8. Der vordere Teilabschnitt
7 kann die gleiche Länge wie der hintere Teilabschnitt 8 haben oder der vordere Teilabschnitt
kann länger als der hintere Teilabschnitt sein. In dem vorderen Teilabschnitt befindet
sich eine langgestreckte Strahlungsheizung 9, die ein langgestrecktes Strahler-Element
9A aufweist, das sich in Längsrichtung des vorderen Teilabschnitts erstreckt. Das
Strahler-Element 9A ist ein Infrarot-Strahler, der sich entlang der Wandung des oberen
Teilstücks 3B des Hohlkörpers 3 erstreckt. Anstelle eines Infrarotstrahlers kann aber
auch ein UV-Strahler oder eine andere Strahlungsquelle vorgesehen sein.
[0026] Die Länge des rohrförmigen Körpers kann beispielsweise zwischen 250 mm und 6000 mm
liegen. Dabei kann je nach dem zu erwärmenden bzw. trocknenden Substrat der Durchmesser
des Hohlraums bspw. zwischen 50 mm und 500 mm liegen.
[0027] In dem vorderen Teilabschnitt, in dem die Heizuogseinrichtung 9 angeordnet ist, befindet
sich an der Innenseite des Hohlraums eine in Fig. 2 nur andeutungsweise dargestellte
Reflektoreinrichtung 10, mit der die Strahlung des Infrarot-Strahlers 9A auf den Faden
2 gebündelt wird.
[0028] Auf dem rohrförmigen Körper 3 sitzt eine langgestreckte Abdeckung 11, die verschiedene
Komponenten der Vorrichtung, bspw. ein Netzteil 12 und die elektrischen Leitungen
13 aufnehmen kann (Fig. 4).
[0029] Darüber hinaus verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine Einrichtung 14
zum Zuführen von Luft oder eines Gases in den rohrförmigen Körper 3 und zum Abführen
der Luft oder Gases aus dem rohrförmigen Körper 3. Die Vorrichtung 14 verfügt über
ein Aggregat 15 zum Zuführen von Kühlluft, bspw. ein Gebläse oder ein Ventilator,
und ein Aggregat 16 zum Abführen der Kühlluft, bspw. ein Gebläse oder ein Ventilator.
Das eine Aggregat 15 erzeugt einen Überdruck, mit dem die Kühlluft zugeführt wird,
und das andere Aggregat 16 erzeugt einen Unterdruck, mit dem die Kühlluft abgeführt
wird. An das Aggregat 15 zum Zuführen der Kühlluft sind zwei Zuströmkanäle 15A, 15B
angeschlossen, die sich durch die Abdeckung 11 jeweils zu einer Zuluftöffnung 15C
an der Oberseite des oberen Teilstücks 3B des Hohlkörpers 3 erstrecken (Fig. 2). Folglich
strömt die Kühlluft von oben in den langgestreckten Hohlraum 4 des Hohlkörpers 3 ein.
Die Zuluftöffnungen befinden sich dabei in dem vorderen Teilstück 7A des vorderen
Teilabschnitts 7 des langgestreckten Hohlraums 3, so dass die Kühlluft entlang des
langgestreckten Heizelements 9 durch den vorderen Teilabschnitt 7 in den hinteren
Teilabschnitt 8 des Hohlraums 4 strömt.
[0030] In dem hinteren Abschnitt 8A des hinteren Teilabschnitts 8 weist das obere Teilstück
3B des Hohlkörpers 3 eine Auslassöffnung 17 auf, an die ein Abströmkanal 18 angeschlossen
ist, der zu dem Aggregat 16 zum Absaugen der Kühlluft führt.
[0031] Mit der in den vorderen Teilabschnitt 7 des Hohlraums 4 einströmenden Kühlluft wird
der Infrarot-Strahler 9A gekühlt, wodurch sich die Kühlluft erwärmt. Der Faden 2 wird
dann in dem hinteren Teilabschnitt 8 von der im vorderen Teilabschnitt erwärmten Luft
weiter erwärmt und getrocknet. Der Hohlraum 4 des Hohlkörpers 3 lässt sich also in
eine konvektive Erwärmungszone, in der die Wärme durch Konvektion an den Faden 2 abgegeben
wird, und eine Zone unterteilen, in der die Wanne durch Heißluft an den Faden abgegeben
wird.
[0032] Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die sich von dem unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel
nur durch die Strahlungsheizung unterscheidet. Für die einander entsprechenden Teile
werden daher die gleichen Bezugszeichen verwandt.
[0033] Bei der alternativen Ausführungsform von Fig. 5 weist die Strahlungsheizung 9 vier
langgestreckte Strahler-Elemente 9A, 9B, 9C, 9D auf, die wieder Infrarot-Strahler
sein können. Die Infrarot-Strahler 9A, 9B, 9C, 9D sind entlang des Hohlraums 4 des
Hohlkörpers 3 umfangsmäßig verteilt angeordnet sind. Die benachbarten Infrarot-Strahler
schließen dabei jeweils einen Winkel von 90° ein. Jedem Infrarot-Strahier ist ein
Zuström - und ein Abströmkanal zugeordnet. Damit ergeben sich insgesamt acht Lufteinlässe
und vier Luftauslässe. Die Zu- und Abluftkanäle, sowie die Einrichtung zum Zuführen
bzw. Abführen von Luft sind in Fig. 5 nicht dargestellt.
[0034] Fig. 6 zeigt ein System zum Erwärmen und Trocknen von langgestreckten Materialien,
das mehrere Module 3 umfasst. Jedes Modul besteht aus der unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 bis 4 beschriebenen Einheit 3. Die einzelnen Module sind nebeneinander und
übereinander in der Art einer Matrix angeordnet, die auch in Längsrichtung durch die
Zuschaltung weiterer Einheiten beliebig erweitert werden kann. Dadurch ist es möglich,
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein modulares System aufzubauen, mit dem sich
eine Vielzahl von langgestreckten Materialien auf engem Raum mit geringer Verlustenergie
erwärmen und trocknen lassen.
1. Vorrichtung zur Erwärmung oder Trocknung von langgestreckten Materialien, welche mindestens
einen an den Stirnseiten offenen Hohlkörper (3) mit mindestens einem langgestreckten
Hohlraum (4) zur Aufnahme der langgestreckten Materialien aufweist, wobei in dem langgestreckten
Hohlraum (4) eine sich in Längsrichtung des Hohlraums (4) erstreckende Sirahlungsheizung
(9) zur Erwärmung oder Trocknung der langgestreckten Materialien angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strahlungsheizung (9) nur über einen Teilabschnitt (7) oder mehrere unterschiedliche
Teilabschnitte des langgestreckten Hohlraums (4) erstreckt, und dass eine Einrichtung
(14) zum Zu- und Abführen von einem gasförmigen Medium vorgesehen ist, die derart
ausgebildet ist, dass ein gasförmiges Medium dem Teilabschnitt (7) des langgestreckten
Hohlraums (4), in dem die Strahlungsheizung (9) angeordnet ist, zugeführt wird und
das gasförmige Medium aus dem Teilabschnitt (8), in dem die Strahlungsheizung nicht
angeordnet ist, abgeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zum Zu- und Abführen von einem gasförmigen Medium mindestens
einen Zuströmkanal (15A, 15B) aufweist, der in den Teilabschnitt (7) des langgestreckten
Hohlraums (4) führt, in dem die Strahlungsheizung (9) angeordnet ist, und mindestens
einen Abströmkanal (18) aufweist, der von dem Teilabschnitt (8) des langgestreckten
Hohlraums (4) abgeht, in dem die Strahlungsheizung nicht angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zum Zu- und Abführen von einem gasförmigen Medium Mittel (15)
zum Fördern von dem gasförmigen Medium in den Zuströmkanal (15A, 15B) und Mittel (16)
zum Fördern von dem gasförmigen Medium aus dem Abströmkanal (18) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Hohlkörper (3) mindestens zwei Teilabschnitte (7, 8) aufweist,
wobei in dem ersten Teilabschnitt (7) die Strahlungsheizung (9) angeordnet ist und
in dem zweiten Teilabschnitt (8) die Strahlungsheizung nicht angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die offene Stirnseite (5) des langgestreckten Hohlkörpers (3), an die sich der erste
Teilabschnitt (7) anschließt, den Einlass zum Zuführen der langgestreckten Materialien
und die offene Stirnseite (6) des langgestreckten Hohlkörpers (3), in die der zweite
Teilabschnitt (8) mündet, den Auslass zum Abführen der langgestreckten Materialien
bildet.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilabschnitt (7) und der zweite Teilabschnitt (8) des langgestreckten
Hohlkörpers (4) im Wesentlichen die gleiche Länge haben.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilabschnitt (7) des langgestreckten Hohlkörpers (3) eine größere Länge
als der zweite Teilabschnitt (8) hat.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilabschnitt (8) des langgestreckten Hohlkörpers (3) eine größere Länge
als der erste Teilabschnitt (7) hat.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsheizung (9) mehrere langgestreckte Strahler-Elemente (9A, 9B, 9C, 9D)
aufweist, die um den Umfang des Hohlraums (4) verteilt angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsheizung (9) eine Infrarot-Strahlungsheizung ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Teilabschnitt (7), in dem die Strahlungsheizung (9) angeordnet ist, eine Reflektoreinrichtung
(10) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlförmige Körper (3) als ein rohrförmiger Körper ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erwärmung oder Trocknung als ein aus mehreren Hohlkörpern (3)
bestehendes System ausgebildet sind, wobei die Hohlkörper übereinander und/oder nebeneinander
und/oder hintereinander angeordnet sind.