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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen im
Trocknen von Bahnen und ist mit besonderem Vorteil, wenngleich
nicht auf einen in einer Papierherstellungsmaschine
durchgeführten Prozeß begrenzt, auf die Auftragung von "Leim"
oder "Beschichtung" anwendbar.
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Derartige Beschichtungen basieren normalerweise auf Wasser
und müssen durch Verdampfung des Wassergehalts getrocknet
werden. Ein besonderes Problem im Zusammenhang mit der
Auftragung von Leim/Beschichtung "an der Maschine" besteht
darin, daß, solange vor einer Berührung mit den Trockenzylindern
nicht ausreichend getrocknet worden ist, eine als "Hochziehen"
bekannte Erscheinung stattfindet. Ein "Hochziehen" ergibt sich
in Bereichen von Leim/Beschichtung, die sich an den
Nachtrocknungszylindern aufbauen, wodurch eine
Zylinderverschmutzung verursacht wird, woraus sich
Produktqualitätsprobleme ergeben. Deswegen besteht ein Bedarf
für eine Vorrichtung, die den Leim oder die Beschichtung
angemessen trocknet, wenn dieser einmal auf die Papierbahn
aufgetragen worden ist, die innerhalb des betrachteten Bereiches
der Papierherstellungsmaschine positionierbar ist. Ferner ist
der in Frage kommende Bereich oftmals bezüglich des Raumes
begrenzt, so daß die erforderliche Vorrichtung äußerst kompakt
und bezüglich ihrer Verdampfungsmöglichkeiten hoch intensiv sein
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Bislang wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß eine
berührungsfreie "Luftschwenk"-Vorrichtung zwischen der Leim-
/Beschichtungsauftragung und dem ersten "Nachtrocknungs"-
Zylinder positioniert worden ist, wodurch die korrekte
Bogengeometrie durch die Leimpresse/den Beschichter festgelegt
worden ist und ein ungestörter Bahnweg von großer Länge
geschaffen worden ist, in welchen eine
Infrarotstrahlungsheizeinheit positioniert werden konnte. Der
Zweck der Infraroteinheit ist es, die erforderliche Verdampfung
von Wasser aus der beschichteten Papierbahn zu erzielen.
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Es bestehen jedoch Probleme, die der Anwendung von
Infrarotstrahlungsvorrichtungen zugeschrieben werden können,
nämlich:
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1.Feuerrisiko
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2.Bogeninstabilität, die durch eine Turbulenz innerhalb der
Einheit verursacht wird und zu einer Verunreinigung, schlechter
Qualität und dem Risiko führt, daß sich eine Bogenkante umlegt.
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3.Eine die Einheit umgebende feindliche Umgebung, und zwar
aufgrund der sehr großen Strahlungstemperaturen und des
resultierenden Wärmeverlusts mit begleitenden Ineffizienzen.
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4.Üblicherweise besteht in gasbefeuerten Infrarotsystemen eine
große Wärmeträgheit, d.h. ein langsames Ansprechen von
Hochfahren und Herunterfahren.
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5.Eine schleche Massentransferfähigkeit, die sich aus dem
Übergewicht des Strahlungswärmetransfers bei geringer
Luftbewegüng ergibt.
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Somit ist es erstrebenswert, ein verbessertes Verfahren zur
Bahntrocknung zu ermitteln. Üblicherweise werden Bahnen, die mit
"feuchtem" Leim oder Beschichtung beschichtet sind, mittels
Luftaufschwimmsystemen gehandhabt. Derartige Systeme gestatten
einer Bahn, in einem Polster aus Gas, gewöhnlicherweise Luft,
gestützt zu werden, und zwar ohne Berührung und ohne
Beschädigung der beschichteten Oberfläche.
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Ein übliches Luftaufschwimmsystem hat zwei
Luftbalkenanordnungen, zwischen welchen eine Bahn wandert. Jede
Luftbalkenanordnung hat eine Vielzahl von parallelen und
voneinander beabstandeten Luftbalken, wobei jeder Luftbalken
langgestreckt ist und derart eingerichtet ist, daß seine
Längsachse quer zu der Wanderrichtung der Bahn verläuft. Jeder
Luftbalken hat eine der Bahn zugewandte Oberfläche, durch die
Gas, üblicherweise Luft, von dem Luftbalken aus strömt.
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Wenngleich das in Luftaufschwimmsystemen verwendete Gas
oftmals Luft ist, sind beizeiten unterschiedliche Gase zu
verwenden, um die Bahn zu stützen. In der Schrift wird der
Begriff "Luftbalken" und "Lufauschwimmsystem" verwendet, um
Systeme einzuschließen, die auch mit anderen Gasen als Luft
betätigt werden können.
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Gemäß einer Luftbalkenform hat jeder Luftbalken einen
Lufteinlaß und an der der Bahn zugewandten Oberfläche ein Paar
paralleler linearer Düsen, durch welche Luft geleitet wird, um
auf der Bahn zur Stützung derselben aufzuprallen. Die Düsen sind
derart eingerichtet, daß sie mit der Längsachse des Luftbalkens
derart ausgerichtet sind, daß die Düse quer zu der
Wanderrichtung liegt. Viele dieser Luftbalken arbeiten unter
Anwendung des Coanda-Effekts, der verursacht, daß der Luftstrom
konvergiert. Dies ist dadurch eingerichtet, daß eine zentrale
Oberplatte vorgesehen wird, die zwischen den Düsen liegt, an der
jede Kante der Oberplatte eine Kante einer jeweiligen Düse
bildet, deren Radius derart bemessen ist, daß von der Düse
strömende Luft über den Radius hinweg und quer in Richtung auf
das Zentrum der Oberplatte strömt. Ein üblicher Luftbalken, der
unter Anwendung dieser Grundsätze arbeitet, wird in den GB
Patentschriften 1 302 091 und 1 302 092 beschrieben.
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Eine alternative Luftbalkenform arbeitet ebenfalls unter
Anwendung des Coanda-Effekts und ist bekannt als
"Luftstreicheinrichtung". Hierbei ist der Luftbalken
langgestreckt, jedoch um seine Längsachse asymmetrisch. Jede
Luftstreicheinrichtung hat eine lineare Düse. Die Düse ist
derart eingerichtet, daß sie nicht entlang des Zentrums des
Luftbalkens vorhanden ist, sondern näher an der Kante, an der
die Bahn zunächst eintrifft, wenn diese über den Luftbalken
wandert. Die Düse ist eingerichtet, um einen Luftstrahl in einer
Diagonalrichtung in Richtung auf die Bahn zu führen, wobei der
Luftbalken eine geneigte Platte hat, die sich in einer Richtung
von der Düse weg und in Richtung auf die Bahn neigt, und
anschließend zu einer Oberplatte, die im wesentlichen parallel
zu der Bahn ist. Mittels des Coanda-Effekts haftet die aus der
Düse abgelassene Luft an der geneigten Platte und anschließend
an der Oberplatte, um ein Luftpolster zur Stützung der
wandernden Bahn zu bilden.
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Die Begriffe "Coanda-Effekt" und "Coanda-Luftbalken" sind dem
Fachmann, an dem die Schrift adressiert ist, wohl bekannt, wobei
der Begriff "Coanda-Luftbalken" hierbei verwendet wird, um
jedweden Luftbalken einzuschließen, von dem Luft unter
Zurschaustellung eines Coanda-Effekts strömt, und zwar im
Gegensatz zu einem Strahlaufpralluftbalken, von dessen der Bahn
zugewandten Oberfläche Luft geblasen wird, um auf die Bahn
aufzuprallen, ohne daß sich ein Coanda-Effekt zeigt. Der Begriff
"Strahlaufpralluftbalken" wird verwendet, um jedweden Luftbalken
einzuschließen, der keinen Coanda-Effekt zeigt. Derartige
Strahlaufpralluftbalken haben üblicherweise eine perforierte
obere Fläche mit einer Reihe von beabstandeten kleinen
Offnungen, wobei sie gleichermaßen Schlitze oder Düsen aufweisen
können, durch welche die Luft strömt.
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Um das Verdampfungserfordernis zur Trocknung innerhalb einer
kleinen Abmessung in Maschinenlaufrichtung zu genügen, ist es
notwendig gewesen, ein Luftaufprallsystem zu entwickeln, daß die
Bahn stützen kann, während sie in einer stabilen Weise
bearbeitet wird, sowie äußerst große Wärmetransferraten
bereitzustellen. Standardluftaufschwimmsysteme konnten nicht
konstruiert werden, um dies in dem begrenzt verfügbaren Raum zu
erreichen.
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Dies liegt darin begründet, daß die Fähigkeit eines
Standardlufüaufschwimmsystems zu verdampfen auf der Temperatur
und der Geschwindigkeit der Luft basiert, die zu der Oberfläche
der Bahn abgelassen wird. Für den Fachmann, an den die Schrift
adressiert ist, ist es klar, daß die Anwendung von extremen
Temperaturen Probleme in der Materialauswahl und dem
Maschinenaufbau (beispielsweise Wärmeausdehnung) verursachen
kann.
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Es bestehen auch dann Probleme, wenn herkömmliche
Luftaufschwimmdüsensysteme bei hohen Luftgeschwindigkeiten von
ca. mehr als 70 m/Sekunde mit begleitenden niedrigen
Bahnspannungen von ca. 5 kg/m in der Breite betrieben werden.
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Unter diesen Bedingungen großer Luftgeschwindigkeit und
niedriger Bahnspannung konnte der Abstand von der Düse zu der
Papierbahn üblicherweise in der Größenordnung von 40 mm sein und
zu groß sein, um die positiven Bahnstabilitätscharakteristiken
aufrechtzuerhalten und um die Wärmetransferfähigkeit eines
Standardaufschwimmsystems aufrechtzuerhalten.
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Aus dem US-Patent Nr. 3 982 328 (Aktiebolaget Svenska
Flaktfabriken) ist ein Bahntrockner bekannt, der zwei
Luftbalkenanordnungen aufweist, zwischen denen eine Bahn
wandert, wobei jede Luftbalkenanordnung eine Vielzahl von
parallelen und voneinander beabstandeten Luftbalken aufweist,
wobei jeder Luftbalken langgestreckt ist und derart eingerichtet
ist, daß seine Längsachse quer zu der Längsachse des Trockners
ist, wobei jede der Luftbalkenanordnungen zumindest zwei
Luftbalkensätze einschließt, von denen ein erster Satz
Coandaluftbalken aufweist, von denen jeder zumindest zwei
Luftdüsen hat, und ein zweiter Satz Strahlaufpralluftbalken
aufweist und in welchen die Luftbalkenanordnungen derart
eingerichtet sind, daß in Anwendung jeder Coandaluftbalken von
einer Anordnung einem Strahlaufpralluftbalken von der anderen
Anordnung zugewandt ist.
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Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
Luftströme, die von jeder der Luftdüsen eines Coandabalkens
strömen, in Richtung auf die Mitte dieses Balkens konvergieren.
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Aus den Strahlaufpralluftbalken austretende Luft verursacht,
daß deren Geschwindigkeitsdruck an der Bahn in einen statischen
Druck umgewandelt wird. Die Luftströme, die von jeder der
Luftdüsen eines Coandabalkens strömen, konvergieren in Richtung
auf die Mitte des Balkens und üben einen Polsterdruck auf die
andere Seite der Bahn aus. Der Effekt dieser gegenüberliegenden
Druckregionen hat die Auswirkung, die Amplitude der Sinuswelle,
die mittels der Coandaluftbalken erzeugt wird, zu unterdrücken,
und maximiert die Wärmetransferfähigkeit des Düsensystems und
gewährleistet eine Bahnstabilität.
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Wie bereits erklärt, soll der Begriff "Coanda-Luftbalken"
jeglichen Luftbalken einschließen, der Düsen und obere Flächen
aufweist, die derart eingerichtet sind, daß durch die Düsen
gehende Luft den Coanda-Effekt zeigt.
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Der Begriff "Strahlaufpralluftbalken" wird genommen, um einen
Luftbalken einzuschließen, der keinen Coanda-Effekt zeigt und in
welchen die obere Fläche perforiert ist und Luft durch die obere
Fläche geblasen wird, um auf die Bahn aufzuprallen.
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Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Trockners schließt
ein, daß jede der Luftbalkenanordnungen mit alternierenden
Coandaluftbalken und Strahlaufpralluftbalken eingerichtet sind,
so daß zwischen jedem Paar von Coandaluftbalken ein
Strahlaufpralluftbalken liegt und zwischen jedem Paar von
Strahlaufpralluftbalken ein Coandaluftbalken liegt.
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Im Hinblick auf die vorbeschriebenen Probleme bietet diese
Erfindung folgendes:
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1.Fähigkeit, eine variable Verdampfungsanforderung zu erzielen,
und zwar bis zu den durch die Prozeßerfordernisse vorgegebenen
Maximalbedarfsbedingungen.
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2.Fähigkeit, eine Bahn dadurch zu bearbeiten, daß sie auf Luft
oder einem weiteren Gas mit vollkommener Stabilität abgestützt
wird.
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3.Energieeffizienter Betrieb.
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4.Geringe Wärmeträgheit, wodurch ein schnelles Ansprechen
erleichtert wird.
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5.Kompaktibilität mit der Papiermaschine, deren Betriebweise und
deren Umgebungen
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6.Ein stark reduziertes Feuerrisiko (im Vergleich zu Infrarot).
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Das Düsensystem, das Coanda-Düsen hat, denen
Strahlaufpralldüsen gegenüberliegen, verleiht einen großen
Wärmetransferkoeffizienten, eine völlkommene Bahnstabilität und
einen berührungsfreien Betrieb.
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Der Strahlaufpralluftbalken hat auch zusätzlich dazu,
beträchtlich zu der Wärmetransferfähigkeit des Systems
beizutragen, den unmittelbaren Einfluß, eine Sinuswelle großer
Amplitude zu unterdrücken. Daher ist das System in der Lage,
große Luftgeschwindigkeiten bei niedrigen Spannungen anzuwenden
und eine vollkommene Bahnstabilität und einen berührungsfreien
Betrieb zu erhalten.
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In dieser Weise garantiert die Erfindung die erforderlichen
großen Verdampfungsraten, eine vollkommene Bahnstabilität und
einen berührungsfreien Betrieb, und zwar ungeachtet einer
bislang nicht möglich gewesenen Bahnspannung.
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Der bevorzugte Coandaluftbalken ist derjenige, der von der
Spooner Industries Ltd. von Moorland Engineering Works, Railway
Road, Ilkley LS29 8JB unter dem Handelsnamen SPOONERFLOAT
vertrieben wird.
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Vorzugsweise hat der Strahlaufpralluftbalken eine der Bahn
zugewandte Oberfläche, die perforiert ist und vorzugsweise eine
Vielzahl relativ kleiner Öffnungen einschließt.
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Vorzugsweise ist in jedem der Coanda- und
Strahlaufpralluftbalken eine Diffusorplatte montiert, um einen
gleichmäßigen Luftstrom zu gewährleisten.
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In diesem System ist es bevorzugt, daß die Luft, die zu dem
Düsensystem geliefert wird, in gleichmäßiger Weise mit Bezug auf
die Quermaschinen- und Maschinenlaufrichtung geliefert wird, und
zwar in Bezug auf sowohl die Temperatur als auch die
Geschwindigkeit der Aufpralluft. Vorzugsweise hat jede
Luftbalkenanordnung zumindest einen Luftzufuhrkanal, der in der
Lage ist, Luft zu den Luftbalken zuzuführen, wobei jeder
Luftbalken über eine Vielzahl von Zufuhreinlässen versorgt wird,
die entlang des Luftbalkens beabstandet sind, der
Luftzufuhrkanal sich im wesentlichen entlang der Länge des
Luftbalkens erstreckt und mit einer Quelle von Druckluft (oder
weiterem Gas) in der Region eines Endes des Luftbalkens
gekoppelt ist, wobei sich der Luftzufuhrkanal entlang der Länge
des Luftbalkens verjüngt, so daß der Querschnitt des Kanals an
dem Ende des Kanals in dem Bereich der Gasquelle und zumindest
an dem Ende des von der Gasquelle entfernten Kanals größer ist.
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Dies dient dazu, zu gewährleisten, daß Gas von im
wesentlichen konstantem Druck zu dem Luftbalken entlang seiner
Länge in der Quermaschinenlaufrichtung geführt wird.
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Der Trockner hat vorzugsweise auch Stromregulatoren, die in
dem Luftzufuhrkanal und in einem Gasrückführkanal positioniert
sind Derartige Stromregulatoren können Dämpfer bzw. Klappen,
Flügel, Diffusorplatten oder Ventile sein.
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Die verjüngten Kanalzufuhr- und -rückführsysteme mit
derartigen Stromregulatorvorrichtungen verleihen quer zur
Maschine eine gleichmäßige Düsengeschwindigkeit und eine
gleichmäßige Bewegung der "verbrauchten" Rückführluft.
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Um die großen Verdampfungsraten zu erreichen, die von der
Vorrichtung erfordert werden, zeigt diese einen sehr großen
Wärmetransferkoeffizienten bei angehobenen Temperaturen und
Aufprallgeschwindigkeiten. Üblicherweise ist die Temperatur in
der Region von 450ºC und ist die Aufprallgeschwindigkeit in der
Region von 70 m/s.
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Jedoch sollte angemerkt werden, daß die Vorrichtung über
einen -breiten Bereich von Temperaturen und Geschwindigkeiten
betrieben werden kann, und zwar von unteren Standardtemperaturen
(wie in herkömmlichen Luftaufschwimmsystemen verwendet) bis
Temperaturen, die gut über 450ºC liegen.
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Um die vorbeschriebenen anvisierten angehobenen
Betriebstemperaturen zu erreichen, würde das System
normalerweise mittels unmittelbarer Gasfeuerung beheizt werden;
allerdings ist die Konstruktion nicht auf das dieses Verfahren
zur Beheizung beschränkt und können weitere Brennstoffquellen
gut angewendet werden (beispielsweise Dampf, Öl, Elektrizität,
Turbinenabgase, etc.)
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Vorzugsweise ist die innenliegende Umgebung der Region der
Luftbalken und der Bahn von der umliegenden Umgebung durch die
Anwendung einer speziell entwortenen Einzelschlitzdüse (an
beiden Seiten der Bahn am Eingang und am Ausgang positioniert)
isoliert, die als ein dynamischer Dichtvorhang wirkt. Solche
Düsen sind im Stand der Technik als "Anti-Überlauf"-Düsen
bekannt, wobei die Wahl einer geeigneten Düse dem Fachmann, an
dem die Schrift gerichtet ist, offensichtlich ist. Ein
Bahnpositionieren kann am Eingang und am Ausgang dadurch
erreicht werden, daß der verfügbare Polsterdruck zu den
Coandaluftbalken und/oder den Strahlaufpralluftbalken an den
Positionen gesteuert wird.
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Vorzugsweise hat zumindest einer der Luftbalken, die an dem
Eingangs- und Ausgangsende der Anordnung positioniert sind,
einen Stromregulator, um den Gasstrom in diesen Luftbalken zu
steuern. Üblicherweise hat ein solcher Stromregulator einen
manuell betätigbaren Dämpfer bzw. eine Klappe. Vorzugsweise
haben beide Luftbalken an jeweils dem Eingangs- und Ausgangsende
der Anordnung solche Stromregulatoren, um eine maximale
Steuerung zu verleihen. Die Anti-Überlauf-Düsen weisen
vorzugsweise derartige Dämpfer bzw. Klappen auf.
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Um Trocknervolumenanforderungen zu minimieren, können
lediglich Zufuhrkanäle/Kammern/Düsen, etc., zwischen den
Papiermaschinenrahmen untergebracht werden. Die äußere
Ausrüstung, wie etwa Gebläse, eine Verbrennungskammer, etc. wird
üblicherweise von der Maschine weg an gelegt, wobei eine Reihe
von Kanälen die notwendige Gasbewegung fördert. Jedoch kann es
möglich sein, diese in einigen Fällen innerhalb des
Trocknerrahmens anzulegen.
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Vorzugsweise ist der Trockner in der Lage, in einem
begrenzten Raum positioniert zu werden. Obwohl der verfügbare
Raum von Maschine zu Maschine variabel ist, liegt der Bereich,
in dem die Erfindung anzubringen ist, im allgemeinen in der
Größenordnung von 2 m in Maschinenlaufrichtung und 1 m von der
Bahn bis nach oben auf den Trocknermantel (d.h. 2 m insgesamt)
Jedoch ist die Erfindung gleichermaßen auf größere oder kleinere
Trockner anwendbar.
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In vielen Luftaufschwimmsystemen ist bekannt, daß eine oder
beide der Luftbalkenanordnungen montiert sind, um sich in
Richtung auf die weitere Luftbalkenanordnung oder davon
wegzubewegen. Dies gestattet eine Bahnzufuhr, eine Inspektion,
eine Reparatur und Auswechseln von einer oder mehrerer der
Luftbalken, ohne daß die gesamte Maschine abmontiert werden muß.
Es ist möglich für den vorliegenden Bahntrockner,
Luftbalkenanordnungen einzuschließen, dieaufeinander zu und
voneinander weg bewegbar sind.
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In diesem Fall ist bevorzugt, daß zumindest eine der
Luftbalkenanordnungen bezüglich einer im wesentlichen zu der
Bahn parallelen Schwenkachse schwenkbar montiert ist, und zwar
an oder angrenzend an einem Ende der Luftbalken, wobei die
Luftbalkenanordnung innerhalb eines Mantels von sich
verjüngender Konstruktion montiert ist, wobei dessen Abmessung
in einer zu der Ebene der Bahn senkrechten Richtung von einem
Maximum in der Region der Schwenkachse zu einem Minimum in der
Region des Endes der Anordnung, die entfernt von der
Schwenkachse ist, sich verjüngt.
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Vorzugsweise werden beide der Luftbalkenanordnungen
schwenkbar montiert, und zwar um jeweilige parallele Achsen, und
werden innerhalb jeweiliger Mantel montiert, die sich in der
gleichen Richtung verjüngen.
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Vorzugsweise ist der Schwenkpunkt an der Antriebsseite der
Maschine, wobei der engste Teil die Vorder- oder Betriebsseite
der Maschine ist.
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Wenn zu dem Trockner ein Zugang erforderlich ist, werden die
oberen und unteren Hälften voneinander weg bewegt, und zwar
mittels pneumatischer Zylinder oder gleichartiger Stellglieder.
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Es ist offensichtlich, daß das Trocknergehäuse, wenn es geöffnet
ist, nicht mehr Raumhöhe einnimmt, als wenn es geschlossen ist,
wobei auf diese Weise der verfügbare Raum maximiert wird.
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Die Kombination der bevorzugten Merkmale der sich
verjüngenden Mantelkonstruktion und einem sich verjüngenden
Luftzufuhrkanal ist besonders vorteilhaft. Hierbei kann der sich
verjüngende Kanal innerhalb des sich verjüngenden Mantels
angebracht werden, so daß die Gasquelle sich an dem gleichen
Ende der Luftbalkenanordnung wie die Schwenkachse befindet.
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Das Düsensystem und das Kanalsystem, die innerhalb einer sich
verjüngenden Mantelkonstruktion untergebracht sind, gestatten
einen guten Zugang zu den Einbauten des Trockners für
Reinigungszwecke etc. sowie für eine maximale Nutzung des
verfügbaren Raums.
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Diese Erfindung gestattet es dem Trockner, in einen sehr
begrenzten Raum an einer Papiermaschine, die nach der
Leimpresse/dem Beschichter folgt, zu passen, und gestattet es,
das Papier trocken genug für eine innige Berührung mit den
Nachtrocknungszylindern zu machen und somit die Möglichkeit
eines "Hochziehens" zu beseitigen, was zu
Produktqualitätsproblemen führt.
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Der Trockner arbeitet vorzugsweise mit einer großen
Energieeffizienz.
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Die gesamte Einheit muß mit der Papiermaschine, ihrer
Arbeitsweise und ihren Umgebungen kompatibel sein.
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Die Einheit besitzt vorzugsweise eine geringe Wärmeträgheit,
wodurch ein schnelles Ansprechen auf Anderungen in
Prozeßbedingungen erleichtert wird.
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ie Anwendung dieser Lufttemperaturen, die über dem
Durchschnitt liegen, gibt die Anwendung von Materialien mit
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Wärmewiderstand sowie den Aufbau und Konstruktionstechnologien
vor, die die Bedürfnisse erfüllen, die durch den Betrieb bei
großen Temperaturen und dessen schnelle Anderungen
(beispielsweise Wärmeausdehnung) auferlegt werden.
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Die Erfindung umfaßt auch eine Papiermaschine einschließlich
eines Bahntrockners gemäß ersten Aspekt der Erfindung.
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Beim Hochfahren wird ein Papierstreifen mittels
"Aufführseilen" und "Aufführrädern" aufgeführt, die an oder
neben der Erfindung montiert sind, wobei die Erfindung während
des Betriebs mittels einer extern montierten Steuertafel
gesteuert wird.
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Eine Weiterentwicklung des Trockners ist es, innerhalb des
Trocknergehäuses Infrarotsender zu integrieren, und zwar in
einer Weise, daß die positiven Nutzen von sowohl dem
Infrarotals auch dem Aufschwimmtrocknersystem mit erzwungener Konfektion
verwirklicht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein erffndungsgemäßer Bahntrockner ist nachstehend lediglich
beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
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e Fig. 1 eine Querschnittsansicht der Düsenanordnung;
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Fig. 2 eine Querschnittsseitenansicht des Trocknerkonzepts;
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Fig. 3 eine Endansicht des Trocknerkonzepts in der offenen
Position, in der die vorgeschlagene sich verjüngende
Kammeranordnung gezeigt ist;
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Fig. 4 ein Diagramm, in dem der "Luftkreislauf"-Aufbau in
Einzelheiten dargelegt ist.
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Fig. 5 einen schematischen Querschnitt eines
Coandaluftbalkens; und
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Fig. 6 einen schematischen Querschnitt eines
Strahlaufpralluftbalkens.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Ein Bahntrockner 1 hat zwei Luftbalkenanordnungen 3,5,
zwischen denen eine Bahn 7 wandert. Jede Luftbalkenanordnung 3,5
hat eine Vielzahl von parallelen und voneinander beabstandeten
Luftbalken 9. Jeder Luftbalken 9 ist derart langgestreckt und
eingerichtet, daß seine Längsachse quer zu der Wanderrichtung A
der Bahn 7 ist. Jede der Luftbalkenanordnungen 3,5 hat zwei
Luftbalkensätze. Ein erster Satz 13 hat Coandaluftbalken, wobei
der zweite Satz 15 Strahlaufpralluftbalken hat.
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Lediglich einer der Coandaluftbalken 13A zeigt die der Bahn
zugewandte Oberfläche 17. Fig. 5 zeigt den Luftbalken
ausführlicher. Der Luftbalken wird unter dem Handelsnamen
SPOONERFLOAT von der Spooner Industries Limited vertrieben. Die
Abmessungen des Balkens sind so, daß der Balken 104 mm breit und
130 mm hoch ist. Die Länge des Luftbalkens ist in Abhängigkeit
von der handzuhabenden Bahnbreite gewählt. Der Luftbalken hat
einen Einlaß 19 einer Abmessung von 300 auf 75 mm, durch welchen
Luft zu dem Luftbalken geführt wird. An seiner Fläche 17, die in
Anwendung der Bahn 7 zugewandt ist, ist ein Paar paralleler
linearer Düsen 21 vorhanden, durch die Luft geleitet wird, um
auf der Bahn aufzuprallen, um diese zu stützen. Die Düsen sind
derart eingerichtet, daß sie mit der Längsachse des Luftbalkens
derart ausgerichtet sind, daß die Düsen zur Wanderrichtung der
Bahn quer sind. Eine zentrale Oberplatte 23 liegt zwischen den
Düsen 21, an denen jede Kante der Oberplatte 23 eine Kante einer
jeweiligen Düse 21 bildet. Die Kanten der Platte 23 sind mit
einen derartigen Radius bemessen, daß verursacht wird, daß von
der Düse strömende Luft über die mit dem Radius versehene
Oberfläche 21 und daher in Richtung auf die Mitte des Balkens
strömt. Der Balken hat eine Reihe von Löchern 24 an seiner Basis
von einer Abmessung von 300 auf 75 mm, die als Lufteinlässe zu
dem Balken wirken.
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Jeder Strahlaufprallbalken 15 - in Fig. 6 ist lediglich einer
mit 15A gezeigt - hat an seiner der Bahn zugewandten Oberfläche
25 eine perforierte Platte einschließlich einer Vielzahl kleiner
Öffnungen, durch die Luft geblasen werden kann, um auf die Bahn
7 aufzuprallen, ohne einen Coanda-Effekt zu zeigen. Die
Dimensionen des Luftbalkens betragen 104 mm in der Breite und
115 mm in der Höhe. Die Perforationen 26 haben einen Durchmesser
von 5 mm.
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Die Luftbalken 13, 15 sind in jeder Luftbalkenanordnung 3,5
derart eingerichtet, daß zwischen jedem Paar von
Coandaluftbalken 13 ein Strahlaufpralluftbalken 15 liegt und
zwischen jedem Paar von Strahlaufpralluftbalken 15 ein
Coandaluftbalken 13 liegt. Überdies ist jeder Coandaluftbalken
13 einem Strahlaufpralluftbalken 15 und jeder
Strahlaufpralluftbalken 15 einem Coandaluftbalken 13 zugewandt.
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An dem Trocknereingang und -ausgang sind die Coandaluftbalken 27
und die Stahlaufpralluftbalken 29 in ihren
Luftzufuhrsystemregulierdämpfern 31 positioniert.
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Ebenso sind an der Umgebungsschnittstelle im Eingang und
Ausgang oberhalb und unterhalb der Bahn Antiüberlaufdüsen 33
positioniert, in die auch Regulierdämpfer bzw. -klappen 35
angebracht werden. Die Düsen 33 werden unter dem Handelsnamen
ANTI-OVERSPILL von der Spooner Industries Limited vertrieben.
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Regulierdämpfer bzw. klappen 31 und 35 können elektrisch oder
elektronisch gesteuert sein, jedoch sind diese hier manuell
unabhängig voneinander einstellbar.
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Innerhalb eines jeden Luftbalken 13, 15, 27 und 29 ist eine
Diffusorplatte 37 vorhanden, die innerhalb der Luftbalken einen
gleichmäßigen Luftstrom gewährleisten.
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Die Luftbalken sind mit einem Luftverteilungskammersystem 39
gekoppelt, die mit dem Luftzufuhrkanalsystem 41 verbunden ist.
An den Schnittstellen zwischen der Luftverteilungskammer 39 und
dem Luftzufuhrkanalsystem 41 sind Stromregulatoren 43
positioniert. An der Schnittstelle, an der der Luftstrom in den
Rückführluftkanal 47 eintritt, sind Stromregulatoren 45
positioniert. Wie ersichtlich ist, strömt Luft von der Umgebung
durch Auslässe 49 in die Region der Bahn.
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Entlang des Luftzufuhrkanalsystems 41 ist das
Luftrückführkanalsystem 47 positioniert. All das Vorbeschriebene
ist innerhalb eines isolierten Mantels 51 untergebracht.
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Regulierplatten oder Dämpfer 53 sind an dem Eingang zu dem
Luftzufuhrkanalsystem 41 positioniert. Die Kanäle, die Gas zu
und von dem Trockner fördern, sind an der Trocknerschnittstelle
abgeschlossen. Der ortsfeste Teil dieser Schnittstelle ist eine
im wesentlichen für schwere Beanspruchungen ausgelegte Membran,
die als ein Rückrahmen 56 bekannt ist. Das Verfahren zum Dichten
zwischen dem Rückrahmen 56 und dem Luftzufuhrkanal ist eine
Material-auf-Material-Dichtung, und zwar üblicherweise eine
Dichtung 55 miüt geflanschten Flächen aus Metall. Alternativ kann
eine Dichtung von einer kompressiblen Abdichtungsbauart
verwendet werden. Die Flansche werden derart eingestellt, daß
derbereich füreine Leckage zwischen dem Rückrahmen 56 und dem
Luftzufuhrkanal minimal ist. Diese Dichtung an dieser
Schnittstelle nimmt diese Form ein, da die Anwendung flexibler
Kanäle an diesem Punkt schnell aufgrund hoher Temperaturen in
einer Herabsetzung der Materialgüte resultieren würde. Es ist
jedoch möglich, dort, wo es Raumbegrenzungen gestatten, einen
bei hohen Temperaturen flexiblen Kanal, üblicherweise aus
rostfreiem Stahl, anzuwenden.
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Eine Dichtung 58 zwischen dem Rückrahmen und dem isolierten
Mantel 51 ist eine konpressible Dichtung und isoliert als solche
den Trocknerkörper von der Umgebungsatmosphäre. Pneumatische
Zylinder 57 (oder gleichartige Stellglieder) bewegen den
Oberund Untermantel 51 des Trockners, um diese um die Schwenkachsen
59 zu schwenken. Der Mantel 51 ist von sich verjüngender
Konstruktion, wobei sich dessen Abmessung senkrecht zu der
Bahnwanderung allmählich von dem Ende, an dem er schwenkbar
montiert ist, zu seinem anderen Ende verjüngt. Dies bedeutet,
daß, wenn die Luftbalkenanordnungen sich in ihrer "offenen"
Position gemäß Fig. 3 befinden, die vonder Vorrichtung
erforderliche Raumhöhe nicht ansteigt. Dies ist ausreichend für
Bahnaufführ- und vielen Wartungsbetätigungen. Wenn jedoch ein
größerer Zugang erforderlich ist als mittels einer Bewegung der
Mäntel 51 um Schwenkachsen 59 aufgebracht werden kann, dann
können, vorausgesetzt, daß die Raumhöhe verfügbar ist, die
ursprünglichen Schwenkachsen 59 festgestellt werden und die
Mäntel 51 um neuen Schwenkachsen 60 bewegt werden, um einen
größeren Zugang zu gestatten. Diese Erleichterung würde
üblicherweise für eine teuere Wartungsarbeit verwendet werden.
Die Vorrichtung, die auf die äußere Zusatzausrüstung bezogen
ist, ist ein Standardaufbau und wird anhand des
Betriebsverfahrens gemäß Fig. 4 erläutert.
Betriebsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Mit Bezug auf Fig. 4 stellt sich die Betriebsweise der
Luftkreislaufführung wie folgt dar:
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Wenn der Trockner sich in Betrieb befindet, ist die By-Pass-
Dämpfungseinrichtung 61 geschlossen, und ist der
Luftzufuhrdämpfer 63 und der Luftrückstromdämpfer 65 offen. Die
Durchflußdämpfer 67 werden üblicherweise eingestellt, um in den
oberen und unteren Abteilungen einen gleichen Strom
herzustellen. Luft wird bei einer gegebenen Temperatur und bei
einem gegebenen Druck in den externen Luftzufuhrkanal 69 und
somit zu der Bahn 7 geführt.
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Beim Aufprall auf die Bahn 7 verursacht die heiße Luft, daß
die Bahn Feuchtigkeit abgibt. Dieser mit Feuchtigkeit beladene -
Luftstrom wird in den äußeren Rückführkanal 71 und demzufolge
zurück in die Verbrennungskammer 73 gezogen, in der ihre
Temperatur abermals angehoben wird, bevor er in das Gebläse 75
gezogen wird und zu dem Luftzufuhrkanal 69 zurückgeführt wird.
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Verbrennungsluft und Brennstoff 77 wird dem Brenner 79
zugeführt, wodurch sich der Temperaturanstieg ergibt. Wenn dies
alleine der Luftkreislauf sein würde, dann würde sich die
Feuchtigkeit bis zu dem Sättigungspunkt aufbauen und, wegen der
Einführung der Verbrennungsluft, das System außer Gleichgewicht
geraten und deswegen heiße feuchte Luft nicht steuerbar in die
Umgebung abströmen.
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Damit dies nicht geschieht, wird ein Anteil des Stroms
feuchter Luft im Kanal 71 durch ein Abluftgebläse 81 abgezogen.
Die abgezogene Menge wird mittels des Abzugsdämpfers 83
gesteuert und derart festgelegt, daß der erforderliche
Feuchtigkeitspegel innerhalb des Trockners aufrechterhalten
wird.
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Eine Luftmenge wird als "frische" Luft eingeführt, deren
Reinheit mittels des Einlaßfilters 85 garantiert wird. Die Menge
an in das System eingeführter Frischluft wird mittels der
Frischluftdämpfungseinrichtung 87 gesteuert.
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Um im System ein "Massengleichgewicht" zu erhalten, werden
die Dämpfer bzw. Klappen wie folgt eingerichtet: Der
Frischluftdämpfer 87 wirdfestgelegt, so daß der Strom frischer
Luft und von Verbrennungsluft mittels des Abstroms ausgeglichen
wird, wenn der Abluftdämpfer 83 festgelegt ist, um die korrekten
Feuchtigkeitsbedingungen aufrechtzuerhalten. Um die
Energieeffizienz des Systems zu maximieren, kann die Temperatur
der in den Kreislauf eingebrachten frischen Luft dadurch
angehoben werden, daß diese durch einen Luft-zu-Luft-
Wärmetauscher 89 geführt wird, wodurch Wärme von dem Abluftstrom
transferiert wird.
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Insbesondere stellt sich die Luftbewegung der Region der
Düsenanordnung wie folgt dar:
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Die Luft erreicht die Düsenbauarten 13, 15, 27, 29 und 33 in
einer im wesentlichen gleichmäßigen Weise bezüglich der
Quermaschinenlaufrichtung und der Maschinenlaufrichtung.
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Dies wird durch das folgende Verfahren erzielt. Wenn die
Anforderungen an die volumetrische Durchflußrate in einer
Quermaschinenlaufrichtung von einer Rückseite zu einer
Vorderseite betrachtet werden, ist es für einen Fachmann klar,
daß von einer Rückseite zu einer Vorderseite die erforderliche
volumetrische Durchflußrate abnimmt, während der Bedarf an Düsen
für Luft schrittweise erfüllt wird.
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Der Luftzufuhrkanal 41 ist von einem sich verjüngendem
Querschnitt, um diese Abnahme in der Stromratenanforderung
widerzuspiegeln, wodurch die Geschwindigkeit der Luft in dem
Kanal 41 bei einer Konstanten gehalten wird, wobei, da die
Luftbalken ihrerseits einen konstanten und gleichmäßigen
Druckabfall auf das System verursachen, der Luftstrom bei einer
gleichmäßigen Geschwindigkeit ausgestoßen wird.
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Um die im wesentlichen gleichmäßige Düsengeschwindigkeit zu
verbessern, werden interne Stromregulatoren 43 an der
Schnittstelle zwischen dem Luftzufuhrkanal 41 und dem
Luftverteilungskammersystem 39 (bekannt als Zeiger)
positioniert. Diese können die Form von Flügeln, Dämpferklingen,
Diffusorplatten, Ventilen oder einer Kombination daraus
annehmen. Der Zweck des Stromregulators 43 ist es, den Luftstrom
von dem Luftzufuhrkanal 41 in den Zeiger (oder in die Vielzahl
von Zeigern) 39 weiter zu vergleichmäßigen. In diesem Fall ist
der Stromregulator eine Diffusorplatte. Die Gleichmäßigkeit der
Düsengeschwindigkeit wird weiter durch die Diffusoren 37
verbessert, die innerhalb der Luftbalkenkörper angeordnet sind.
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Es sind die Coandaluftbalken 13, die die stärkste Wirkung auf
die Aufschwimmcharakteristiken haben, die mittels des Systems
entfaltet werden. Wenn jedoch die Coandaluftbalken isoliert
betrachtet werden würden und die Einheit an einer Bahn bei
geringer Spannung von etwa Skg/m Breite betrieben werden würde,
dann könnten bei einer Betriebsgeschwindigkeit von ca. 70m/sec.
die vorherrschenden Abstände von Düse zu Material etwa 40mm sein
und würde somit die Wärmetransferfähigkeit und die
Bahnstabilität beeinträchtigt werden.
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Wenn allerdings das System insgesamt einschließlich der
Strahlaufpralluftbalken 15 betrachtet wird, wird der Luftstrom
normalerweise im wesentlichen gleichmäßig zu sowohl den
Coandaluftbalken 13 als auch den Strahlaufpralluftbalken 15
gefördert, wobei es die Wirkung der in die Luftbalken
eintretenden Luft ist, einen Bereich mit Polsterdruck von hoher
Größenordnung herzustellen.
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Die aus den Strahlaufpralluftbalken 15 austretende Luft
prallt auf die Bahn 7 mit der Wirkung, daß sie in großem Maße zu
dem Wärmeübergangskoeffizienten an der gegenüberliegenden Seite
zu der, an der das Coandapolster hergestellt ist, beiträgt. Wenn
die Strahlströmungen von Luft von den Strahlaufpralluftbalken 15
mit der Bahn 7 in Berührung kommen, werden diese effektiv
gestoppt und wird deren Geschwindigkeitsdruck als solcher in
einen statischen Druck übertragen. Die Wirkung dieser örtlichen
statischen Druckregionen ist es, eine durchschnittliche
statische Druckregion über der Fläche der
Strahlaufpralluftbalken 15 herzustellen.
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Dieser Sekundärbereich statischen Druckes wird auf die Bahn
7, und zwar gegenüberliegend zu dem Coandapolster, aufgetragen,
was zur Wirkung hat, daß die Amplitude der durch die
Coandaluftbalken erzeugten Sinuswelle unterdrückt wird, so daß,
wenn die Einheit bei einerluftgeschwindigkeit von 70m/s an
einer Bahn mit einer Spannung von 5kg/m in der Breite betrieben
wird, der Abstand von Düse zu Material ca. 5-10mm betragen
würde, so daß die Wärmetransferfähigkeit des Düsensystems
maximiert wird und eine Bahnstabilität gewährleistet wird. Die
Standardluftbalken 13, 15 sind mittels anderer Luftbalken
umgeben, wodurch die auf die Bahn wirkenden Kräfte sich im
Gleichgewicht befinden. Jedoch weisen die Luftbalken an dem
Eingang und Ausgang 27, 29 an einer Seite das Düsensystem und an
der anderen Seite die Außenumgebung auf, so daß die Bahn ein
Kräfteungleichgewicht anzeigt.
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Die Dämpfer bzw. Klappen 31 sind derart eingestellt, daß die
Größenordnung des über dem Coandaluftbalken 27 erzeugten
Polsters ausreichend ist, um die Bahn 7 in der
Gleichgewichtsposition aufrechtzuerhalten. Der Abluftdämpfer 83
kann derart eingestellt werden, daß der Umgebungsdruckpegel
innerhalb des Trocknerkörpers ein geringfügiger Unterdruck ist.
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Da jedoch Luftbalken 27, 29, sehr nahe an dem Eingang und
Ausgang angelegt sind, zeigt sich dennoch bei diesen Düsen die
Tendenz, einen Überlauf der Trockneratmosphäre zu der Umgebung
zu verursachen. Damit dies nicht passiert, sind Dämpfer bzw.
Klappen 35 in den Anti-Überlaufdüsen 33 eingestellt, bis die
interne Atmosphäre nicht mehr durch den Trocknerverschluß
entweichen kann.
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Ist einmal der Luftstrom hoher Temperatur und hoher
Geschwindigkeit auf die Bahn 7 aufgeprallt und verursacht dieser
eine Verdampfung, besteht ein Bedarf für diese verbrauchte"
Luft, zu dem Rückführkreislauf rückgeführt zu werden. Dies muß
in einer im wesentlichen gleichmäßigen Weise in der
Quermaschinenlaufrichtung passieren, da große Pegel von
Luftbewegung über die Bogenoberfläche die Produktqualität
beeinträchtigen könnten und äußerstenfalls verursachen könnten,
daß sich die Bahn seitwärts bewegt oder seitwärts zieht.
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Ein im wesentlichen gleichmäßiger Rückführstrom wird dazu
gebracht, den Luftstrom an der Zwischenfläche in den
Luftrückführkanal 47 mit einem Stromregulator 45 zu regulieren.
Dies können Dämpfer bzw. Klappen, Flügel, Diffusorplatten,
Ventile oder eine Kombination daraus sein. In diesem Fall sind
es Diffusorplatten. Auf diese Weise wird der Rückführstrom über
die Breite der Bahn im wesentlichen gleichmäßig gemacht. Die
Dimensionen dieses Trockners betragen 2 m in der Länge auf 4,8 m
in der Breite auf 2 m (d. h. 1 m an jeder Seite der Bahn 7).