FADENFÜHRER FÜR EINE STRICKMASCHINE FÜR EDELMETALLNETZE

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Fadenführer (13) für eine Flachstrickmaschine für die Verstrickung von Edelmetalldraht, bei der der Fadenführer (13) am Ende mit einer oder mehreren Umlenkrollen (14) ausgestattet ist, über die der Edelmetalldraht umgelenkt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Strickmaschine für das Stricken von Edelmetallnetzen für die katalytische Oxidation von Ammoniak, insbesondere für die Oxidation zu NO, wie sie für die Salpetersäureproduktion verwendet wird.

[0002] Edelmetallkatalysierte Gasreaktionen wie die Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff in der Salpetersäureproduktion (Ostwald-Verfahren) oder die Umsetzung von Ammoniak mit Methan in Anwesenheit von Sauerstoff zu Blausäure (Andrussow-Verfahren) haben seit langem erhebliche industrielle Bedeutung erlangt, werden durch sie doch im großtechnischen Maßstab Basischemikalien für die chemische Industrie und für die Düngemittelproduktion bereitgestellt (Andreas Jess, Peter Wasserscheid: Chemical Technology; Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2013, Kapitel 6.4.)

[0003] Kern dieser heterogen katalysierten Gasreaktionen sind Edelmetallkatalysatoren in Form gasdurchlässiger räumlicher Gebilde, an bzw. in denen die Reaktion abläuft. Hierbei haben sich seit geraumer Zeit Edelmetallnetze in Form von Geweben (DE4028916 C2) oder Gestricken (EP0364153 B1, DE4206199 C1) aus feinen Edelmetalldrähten durchgesetzt.

[0004] Die Katalysatornetze werden dabei üblicherweise in einem Strömungsreaktor in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasgemisches angeordnet. Auch kegelförmige Anordnungen sind bekannt. Es werden zweckmäßigerweise mehrere Edelmetallnetze hintereinander angeordnet und zu einem Netzstapel zusammengefasst.

[0005] Abbildung 1 zeigt am Beispiel der katalytischen Ammoniakoxidation (Ostwald-Verfahren) schematisch den Reaktor mit dem darin verbauten Netzstapel, dessen Funktion im Folgenden beschrieben wird:
In der Reaktionszone (2) des Strömungsreaktors (1) ist in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung der Netzstapel (3), der aus mehreren hintereinander liegenden Katalysatornetzen (4) auf der Einlassseite und nachgeschalteten Trenn- und Getternetzen (5) besteht, angeordnet. Dieser Netzstapel wird durch Einklemmen in seiner Position gehalten.

[0006] Das Reaktionsgas (Ammoniak-Luftsauerstoffgemisch mit einem Ammoniakgehalt von 9 - 13 Vol.-%) (6) durchströmt unter atmosphärischem oder erhöhtem Druck den Netzstapel (3), wobei im Eintrittsbereich die Zündung des Gasgemisches erfolgt und die Verbrennungsreaktion zu Stickstoffmonoxid (NO) und Wasser die gesamte Reaktionszone (2) erfasst:

         4 NH₃ + 5 O₂ (Luft) --> 4 NO + 6 H₂O

[0007] Unerwünschte Nebenreaktionen sind die Oxidation des Ammoniaks zu Stickstoff (N₂) und Lachgas (N₂O), wobei ersteres lediglich die Ausbeute an NO verringert, letzteres jedoch zudem ein starkes Treibhausgas darstellt:

         4 NH₃ + 3 O₂ (Luft) → 2 N₂ + 6 H₂O

         4 NH₃ + 4 O₂ (Luft) → 2 N₂O + 6 H₂O

[0008] Das NO im abströmenden Reaktionsgasgemisch reagiert in der Folge mit dem überschüssigen Luftsauerstoff zu NO₂:

         2 NO + O₂ → 2 NO₂

[0009] Eine unerwünschte Nebenreaktion hierbei ist die Bildung von Lachgas:

         2 NO + ½ O₂ → 2 N₂O

[0010] Das NO₂ reagiert wiederum in einer nachgeschalteten Absorption mit Wasser zu Salpetersäure, welche etwa der Düngemittelproduktion zugeführt wird:

         3 NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ + NO

[0011] Für die Herstellung der Edelmetallnetze werden Edelmetalldrähte aus Platin, Rhodium oder aus Legierungen dieser Metalle mit anderen Edel- oder Unedelmetallen verwendet. Typisch sind hierbei Platin-Rhodium- oder Platin-Palladium-Rhodium-Legierungen mit 88 bis 97 Gew.-% Platin. Platin ist erforderlich, um einen möglichst hohen Ammoniak-Umsatz zu erzielen, Rhodium verbessert die Selektivität zu NO, reduziert dadurch die Emission von Lachgas, und erhöht die mechanische Festigkeit [G. R. Maxwell: "Synthetic Nitrogen Products - A Practical Guide to the Products and Processes", Springer Science + Business Media, Inc. 2005, Seite 220]. Palladium wiederum wird verwendet, um, abhängig von den Edelmetallpreisen, die Edelmetallkosten durch Ersatz von Platin zu senken.

[0012] Für das Stricken von Edelmetallnetzen werden Flachstrickmaschinen verwendet. Der Aufbau der Flachstrickmaschine wird in Abbildung 2 verdeutlicht. Die Flachstrickmaschine besitzt ein vorderes (8) und ein hinteres Nadelbett (9), in welche die Zungennadeln (10) verbaut sind. Der Faden bzw. der Edelmetalldraht wird durch einen Fadenführer (13) zugeführt. Im Folgenden beschränkt sich die Beschreibung auf das Verstricken von Edelmetalldraht.

[0013] Werden mehrere Fadenführer verwendet, so lassen sich auch synchron mehrere Edelmetalldrähte verstricken. Die Zungennadeln durchlaufen je nach Programmierung der Maschine unterschiedliche Stellungen. Die Programmierung gibt demnach die Struktur des Gestricks über die Bewegung der Zungennadeln vor. Eine Besonderheit der Flachstrickmaschine gegenüber anderen gewebebildenden Maschinen ist, dass man synchron auf dem vorderen als auch auf dem hinteren Nadelbett unabhängig voneinander Gestricke bilden kann (Einbettware). Darüber hinaus können Abstandsgestricke (Zweibettware) gebildet werden, bei denen der Edelmetalldraht im Wechsel vorne und hinten Maschen oder Fang bildet (EP1358010 B2). Das Gestrick wird nach unten zwischen den beiden Nadelbetten abgestrickt (11). Dies geschieht durch sukzessives Abschlagen der einzelnen geformten Maschen über die Abschlagsstellung und Abschlagstegkante (12).

[0014] Gestrickte Edelmetallnetze besitzen gegenüber gewebten Edelmetallnetzen eine Reihe von Vorteilen, weswegen sie heute im industriellen Einsatz bevorzugt werden. Zum einen bietet die Stricktechnik die Möglichkeit einer hohen Flexibilität in Hinblick auf Strickmuster, verwendete Edelmetalldrahtstärken und resultierendes Flächengewicht. Zum anderen lassen sich die Edelmetallgestricke ökonomischer herstellen, da bei der Stricktechnik kürzere Rüstzeiten als bei der Webtechnik anfallen. Dies bedingt insbesondere eine erheblich reduzierte Edelmetallbindung in der Produktion.

[0015] Auf Flachstrickmaschinen können Edelmetallnetze beliebiger Länge hergestellt werden. Die minimale Maschenweite, also die Dichte des Gestricks, ist jedoch durch die maximale Anzahl an Zungennadeln pro gegebener Breite begrenzt.

[0016] Im Folgenden werden die wesentlichen Begriffe definiert:
Als Edelmetall sollen Gold, Silber, sowie die Platinmetalle (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) gelten.

[0017] Als Katalysatornetze werden die Netze bezeichnet, deren katalytische Aktivität für die Umsetzung von Ammoniak mit Sauerstoff genutzt wird.

[0018] Als Getternetze werden die Netze bezeichnet, die im Reaktionsgasfluß ausgangsseitig zu den Katalysatornetzen eingebaut sind, um volatiles Platinoxid zwecks Recycling durch Legierungsbildung mit dem Palladium der Getternetze einzufangen und damit den Platinverlust zu minimieren.

[0019] Als Edelmetallnetze wird die Gesamtheit der Katalysator- und Getternetze bezeichnet.

[0020] Als Trennnetze werden Netze aus hochtemperaturstabilem Stahl bezeichnet, welche zwischen den Edelmetallnetzen verbaut werden, um ein Zusammensintern der Edelmetallnetze zu verhindern.

[0021] Der Netzstapel besteht aus den Katalysatornetzen auf der Einlaßseite des Netzstapels, und optional den Getternetzen auf der Auslaßseite des Netzstapels, sowie den Trennnetzen, die ggf. zwischen den Edelmetallnetzen verbaut werden.

[0022] Als Strömungsreaktor wird der Reaktor bezeichnet, der dafür sorgt, dass das Reaktionsgas über den in ihm verbauten Netzstapel geleitet wird.

[0023] Über die Zungennadeln wird der Strickprozeß durchgeführt. Für jedes Maschenstäbchen eines Gestricks wird eine Zungennadel benötigt.

[0024] Über den Fadenführer wird der Edelmetalldraht den Zungennadeln zugeführt. Dabei ist eine genaue Positionierung wichtig, damit die Zungennadeln den Edelmetalldraht greifen können und kein Einlegefehler entsteht, der einen Strickfehler im Produkt zur Folge hätte.

[0025] Nadelbett, Einbettware, Zweibettware, Polfaden: Das Nadelbett ist das Element der Flachstrickmaschine, über das die Zungennadeln geführt werden. Die Flachstrickmaschine verfügt üblicherweise über ein vorderes und ein hinteres Nadelbett, auf welchem jeweils ein Gestrick gestrickt werden kann (Einbettware). Werden diese beiden Gestricke während des Strickvorgangs über Polfäden zusammengestrickt, ist das neu entstehende Gestrick eine Zweibettware.

[0026] Ein Henkel entsteht durch eine Verbindung von zwei Schleifen. Fang ist ein Henkel, der bei einer R/R-Bindung von einem Nadelbett zum gegenüberliegenden Nadelbett eingelegt wird. Die Begriffe 'Henkel', 'Schleife' und 'R/R-Bindung' sind dem Fachmann bekannt.

[0027] Maschenreihe und -stäbchen: Die nacheinander durch den gleichen Edelmetalldraht gebildeten Maschen werden in ihrer Gesamtheit als Maschenreihe bezeichnet. Die parallel verlaufenden Maschenreihen werden durch Verschlingung der Maschen eines Maschenstäbchens zusammengehalten.

[0028] Während des Strickvorgangs wird der Edelmetalldraht durch Biegebeanspruchung und Reibung belastet. Insbesondere der Fadenführer (13), welcher den Edelmetalldraht in der richtigen Position den Zungennadeln (10) zuzuführen hat, stellt eine Belastung für den Edelmetalldraht dar, da der Edelmetalldraht am Drahtauslaß über eine Öse um ca. 90° umgelenkt wird und dabei mit hoher Geschwindigkeit über die Ösenkante läuft. Dies führt zur Verletzung der Edelmetalldrahtoberfläche und evtl. sogar bis zum Edelmetalldrahtabriss, und zum Verschleiß der Fadenführeröse. Zudem ist Edelmetalldraht aufgrund seiner Biegesteifigkeit schwieriger in der Position zu halten als ein Textilfaden, so daß Einlegefehler im Maschenbildungsprozess des Strickens die Folge sein können.

[0029] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, den Verschleiß des Edelmetalldrahtes und des Fadenführers zu reduzieren und die Positionierung des Edelmetalldrahtes für das Ergreifen durch die Zungennadeln zu verbessern. Im Folgenden wird deshalb immer als Ausgangsmaterial Edelmetalldraht genannt. Dabei können, falls erforderlich, ebenfalls Stahldraht oder Garn verstrickt werden.

[0030] Die Aufgabe wird gelöst durch einen Fadenführer für eine Flachstrickmaschine für die Verstrickung von Edelmetalldraht, bei der der Fadenführer am Drahtauslaß mit einer oder mehreren Umlenkrollen ausgestattet ist, über die der Edelmetalldraht umgelenkt wird.

[0031] Abbildung 3 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Fadenführers. Deutlich sind die Umlenkrollen (14) zu erkennen.

[0032] Eine Umlenkrolle besteht aus einem Rad, das möglichst reibungsarm auf einer Achse gelagert ist, und über welches ein Edelmetalldraht geführt wird. Dadurch wird die Reibung zwischen dem Edelmetalldraht und der Umlenkrolle minimiert, wodurch der Verschleiß des Edelmetalldrahtes minimiert und damit die Gefahr eines Drahtabrisses reduziert wird.

[0033] Der Fadenführer wird oberhalb der Zungennadeln hin und her bewegt, so daß sich die Austrittsrichtung des Edelmetalldrahtes jeweils am Ende des verwendeten Strickbetts um 180° ändert. Bevorzugt ist der Fadenführer am Ende mit zwei Umlenkrollen ausgestattet, deren Achsen parallel verlaufen, wobei der Edelmetalldrahtaustritt aus dem Fadenführer zwischen den Umlenkrollen erfolgt. Somit wird in beiden Bewegungsrichtungen der Edelmetalldraht über eine Umlenkrolle geführt, ohne daß der Fadenführer gedreht werden muß.

[0034] Die Umlenkrolle sollte sich möglichst leicht und schnell drehen können, um die Reibung zwischen dem Edelmetalldraht und der Umlenkrolle möglichst gering zu halten. Eine Variante des Fadenführers ist deshalb mit Umlenkrollen mit Gleitlagerbuchsen ausgestattet. Als Gleitlagerbuchsenmaterial ist Teflon oder Bronze geeignet, da diese reibungsarm laufen und eine lange Lebensdauer ermöglichen. Gleitlager haben gegenüber Wälzlagern den Vorteil, daß sie wenig empfindlich gegen Stöße und Erschütterungen und wenig verschmutzungsempfindlich sind. Zudem ist ihre Bauweise sehr einfach.

[0035] Bevorzugt werden die Umlenkrollen jedoch mit Wälzlagern ausgestattet, da diese zwar technisch aufwendiger sind, jedoch die Reibung zwischen dem Edelmetalldraht und der Umlenkrolle weiter reduzieren können. Besonders bevorzugt sind Kugellager, da diese die Lager in Axialrichtung stabil halten und auch die aufgrund der Axialkräfte, die auf die Umlenkrolle wirken, erzeugte Reibung reduzieren können.

[0036] Als Wälzlagermaterial ist Stahl besonders geeignet, da er widerstandsfähig gegen Verschleiß ist. Aus dem gleichen Grund ist Stahl auch für die Umlenkrolle sehr geeignet. In dem Fall kann die Umlenkrolle gleichzeitig der Außenring des Wälzlagers sein.

[0037] Bevorzugt ist die Umlenkrolle oder die Umlenkrollen Führungsrollen, welche mittig in Ihrer äußeren Lauffläche über eine radial umlaufende Nut verfügen, welche das Abrutschen des Drahtes oder Fadens von der Rolle verhindert. Ein Abrutschen des Drahtes macht eine Unterbrechung des Strickprozesses erforderlich und ist auf jeden Fall zu vermeiden. Bevorzugt weist diese Nut eine Breite von 0,2 bis 2 mm auf.

[0038] Bevorzugt hat die Nut einen runden Querschnitt mit einem Radius der Krümmung dieses Querschnitts größer als die Nutbreite. Hierdurch wird die Verletzung der Drahtoberfläche durch die beidseitig zu der Nut verlaufenden Kanten vermieden, wodurch einem potentiellen Drahtabriß vorgebeugt wird.

[0039] Bestandteil der Erfindung ist ebenfalls eine Flachstrickmaschine für die Verstrickung von Edelmetalldraht, wobei der erfindungsgemäße Fadenführer Verwendung findet und derart in der Flachbettstrickmaschine verbaut ist, daß die Achsen der Umlenkrollen im rechten Winkel zur Bewegungsebene des Fadenführers angeordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, daß der Edelmetalldraht stets im rechten Winkel zur Achse der Umlenkrolle verläuft und durch diese Anordnung die Reibung des Edelmetalldrahtes mit der Umlenkrolle sowie die Gefahr des Abrutschens von der Umlenkrolle minimiert wird.

Legende:

[0040] 

1

Strömungsreaktor

2

Reaktionszone

3

Netzstapel

4

Katalysatornetze

5

Getternetze

6

Reaktionsgas

7

Produkte

8

vorderes Nadelbett

9

hinteres Nadelbett

10

Zungennadeln

11

abgestricktes Produkt

12

Abschlagstegkante

13

Fadenführer

14

Umlenkrollen

15

Nut

16

Radius der Krümmung der Nut

Ansprüche

1. Fadenführer (13) für eine Flachstrickmaschine für die Verstrickung von Edelmetalldraht, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenführer am Drahtauslaß mit mindestens einer Umlenkrolle (14) ausgestattet ist, über die der Edelmetalldraht umgelenkt wird.

2. Fadenführer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenführer (13) am Ende mit zwei Umlenkrollen (14) ausgestattet ist, welche mittig in der gleichen Ebene angeordnet sind und deren Achsen senkrecht zu dieser Ebene und parallel zueinander verlaufen, so daß der Edelmetalldrahtaustritt aus dem Fadenführer zwischen den Umlenkrollen erfolgt.

3. Fadenführer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle oder die Umlenkrollen mit Gleitlagern ausgestattet sind.

4. Fadenführer gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle mit Teflon- oder Bronzebuchsen als Gleitlager ausgestattet ist.

5. Fadenführer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle oder die Umlenkrollen mit Wälzlagern ausgestattet sind.

6. Fadenführer gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oder den Wälzlagern um Kugellager handelt.

7. Fadenführer gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Wälzlager aus Stahl sind.

8. Fadenführer gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle aus Stahl ist.

9. Fadenführer gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle der Außenring für das Wälzlager ist.

10. Fadenführer gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkrolle oder die Umlenkrollen Führungsrollen sind, welche mittig in Ihrer äußeren Lauffläche über eine radial umlaufende Nut (15) verfügen, welche das Abrutschen des Drahtes, Edelmetalldrahtes oder Fadens von der Rolle verhindert.

11. Fadenführer gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (15) eine Breite von 0,2 bis 2 mm aufweist.

12. Fadenführer gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (15) einen runden Querschnitt hat und der Radius der Krümmung (16) dieses Querschnitts größer ist als die Nutbreite

13. Flachstrickmaschine für die Verstrickung von Edelmetalldraht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fadenführer (13) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird, der derart in der Flachstrickmaschine verbaut ist, daß die Achsen der Umlenkrollen rechtwinklig zur Bewegungsebene des Fadenführers angeordnet sind.

Zeichnung