DE2556442A1

DE2556442A1 - Verfahren zur schwebend fuehrung von warenbahnen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2556442A1
Application number: DE19752556442
Authority: DE
Inventors: Carl Prof Dr Ing Kramer
Original assignee: Gerhardt hans Joachim profdr
Current assignee: Gerhardt hans Joachim profdr
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1975-12-15
Publication date: 1977-06-23
Also published as: US4074841A; CA1043728A; DE2556442C2

Description

Dr. l.-iV:r Marx 8COO WZnchon 70 1

Anwaltsakte: 5313 München, den

Prof. Dr. Carl Kramer, Aachen Prof. Dr. Heinrich Stein, Aachen

,_ Dr, Hans Joachim Gerhardt, M.Sc, Lövenich bei Köln

Verfahren zur schwebend Führung von Warenbahnen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schwebend Führung von Warenbahnen durch Beblasung mit einem weitgehend tangential zur Warenbahn verlaufenden, aus Düsen austretenden Gasstrom.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Als Warenbahnen können Tuche, Papierbahnen, Kunststoffbahnen, Me-

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tallbänder oder ähnliches, bahnförmiges Material verwendet werden, das für eine Wärmebehandlung, eine andere Behandlung oder aus einem anderen Grund schwebend geführt werden soll.

Die bekannten Verfahren zum schwebend Führen von Warenbahnen lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen, und zwar in Verfahren zum Tragen schwerer Bahnen, und in Verfahren zum Tragen leichter Bahnen.

Für das Tragen schwerer Bahnen bieten sich insbesondere Gaskissenoder Gaspolstersysteme an, deren hohe Tragkraft im wesentlichen durch die Erzeugung eines Gaskissens bzw. Gaspolsters zwischen dem Düsensystem und der Warenbahn erreicht wird. Die dabei an der Warenbahn angreifenden großen Normalkräfte schließen eine Anwendung für leichte Bahnen, beispielsweise Folien, aus.

Für das Tragen leichter Warenbahnen eignen sich insbesondere Dusensysteme, deren Gasstrahlen weitgehend tangential zur Warenbahn ■gerichtet sind. In dieser Weise läßt sich der senkrecht zur Warenbahn wirkende Anteil des Strahlimpulses relativ gering halten, so daß zu starke Verwölbungen einer sehr leichten Warenbahn vermieden werden.

Bei Düsensystemen mit Tangentialstrahlen treten jedoch oft dann Schwierigkeiten auf, wenn die Bahn stabil und flatterfrei in ausreichendem Abstand von dem Düsensystem geführt werden soll; da sich die Flatterneigung bei sinkendem Flächengewicht der Warenbahn immer stärker bemerkbar macht, müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um Düsensysteme mit Tangentialstrahlen bei sehr leichten Bahnen einsetzen zu können.

Aus der DT-OS 1 954 880 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem der Gasstrahl aus einem quer zur Warenbahn angeordneten

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Schlitzjkustritt und dann der Krümmung eines Profilteils folgt, das den oberen Teil der Düsenrippe bildet und eine im sehr geringen Abstand - bei üblichen Ausführungen um 1 mm - von der zu behandelnden Fläche liegende Gasführungsoberfläche darstellt. Die stabile Führung der Warenbahnen wird im wesentlichen durch die genaue Dimensionierung der Düsenschlitze und die Abstimmung der Abmessungen der Düsenrippen auf die Düsenschlitze bestimmt. Dies läßt sich aus der physikalischen Wirkungsweise dieses bekannten Düsensystems erklären, da sich bei dem sehr kleinen, für viele Anwendungen unbrauchbaren Warenbahnabstand bereits kleine Änderungen der Form und der Düsenschlitzweite stark auswirken.

Aus der DT-AS 1 774 12S ist ein Düsensystem bekannt, bei dem die Düsenrippen in dem der Warenbahn zugewandten Bereich tragflügelprofilförmig ausgebildet sind. Neben der in der Herstellung teuren Form der Düsenrippen und dem kleinen Abstand zwischen Warenbahn und Düsensystem ist dabei nachteilig, daß eine stabile und flatterfreie schwebend Führung bei einseitiger Beblasung der Warenbahn nicht möglich ist. .

Aus der DT-OS 1 938 529 ist schließlich noch eine Vorrichtung zum Führen einer laufenden Bahn bekannt, die im wesentlichen aus einer Luftdüse mit dem Querschnitt eines flachen Rechteckkanals besteht, aus der Luft in Warenlaufrichtung austritt und tangential über eine hinter der Düse angeordnete Venturi-Fläche streicht. Die lichten Höhen der Düsenkanalspalte werden dabei auf relativ kleine Werte, maximal 0,76 cm, begrenzt. Dies ist für die übliche Anwendung nachteilig, da bei so schmalen Schlitzen die meist gewünschte hohe Wärmeübertragungsleistung sowie eine ausreichende Tragkraft nur mit relativ hohen Luftgeschwindigkeiten erreicht werden können, die wiederum eine hohe spezifische Ventilatorleistung erfordern.

Auch bei diesem Düsensystem tritt der bereits oben erwähnte Nachteil

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auf, daß der Abstand zwischen Warenbahn und Venturi-Fläche sehr gering ist. Es ist auch nicht möglich, die Düsen mit einer- Ventura-Fläche auszuführen, die einen größeren Abstand von der Warenbahn als die der Warenbahn zugewandten Begrenzung des Düsenkanals hat, wodurch sich der Abstand zwischen Warenbahn und Venturi-Fläche vergrößern würde, da bei einem größeren Abstand keine Tragwirkung mehr entsteht.

Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß der wesentliche Nachteil der hier beschriebenen sowie anderer, nicht im einzelnen erläuterter Düsensysteme zur schwebend Führung leichter Warenbahnen darin liegt, daß für das gewünschte stabile Tragverhalten der Warenbahn der tangential zur Warenbahn austretende Gasstrahl in ihrer unmittelbaren Nähe mittels einer Führungsfläche geführt werden muß, die glatt, gerundet oder tragflügelprofilförmig ausgebildet ist. Der geringe Abstand schließt den Einsatz der bekannten Verfahren auf vielen Anwendungsgebieten aus, zumal die Herstellung der Düsen wegen ihrer speziellen Ausgestaltung mit hohen Kosten verbunden ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Au§abe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die oben zusammen gestellten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll ein Verfahren vorgeschlagen werden, mit dem dünne, empfindliche Warenbahnen auch in größeren Abständen stabil geführt werden können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Tangential-Strömung vom Düsenboden abgelöst wird, und daß bei kleinem Abstand der Warenbahn in der Zone abgelöster Strömung ein Überdruckbereich erzeugt wird.

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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß die Warenbahn sowohl bei beidseitiger als auch bei einseitiger Beblasung stabil geführt wird, wobei auch dünne, empfindliche Warenbahnen in größerem Abstand von den Düsen getragen werden. Der Abstand zwischen Düsensystem und Warenbahn kann .1 cm betragen oder noch größer sein.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß sich an die Überdruckzone eine Unterdruckzone anschließt, da die Kraft-Äbstand-Charakteristik des Düsensystems dann im Bereich des Nulldurchgangs, also im Bereich der resultierenden Kraft Null, möglichst steil verläuft, wie im folgenden erläutert werden soll.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens wird diese Aufgabe gelöst durch einen parallel, zur. Warenbahn verlaufenden, ebenen Düsenboden und eine vor der vorderen Düsenöffnung angebrachte Führungsfläche, wobei durch die starke Erweiterung des Querschnittes zwischen Düsenboden und Führungsfläche aufgrund der Neigung der Führunfiläche die Ablösung der tangentialen Strömung vom Düsenboden erreicht wird.

Diese Ausgestaltung der Düsen erfordert also kein kostspieliges Herstellungsverfahren, da der ebene Dttsenboden in einem sehr viel einfacheren Verfahren hergestellt werden kann als beispielsweise eine tragflügelprofilförmige Führungsfläche.

Die Ablösung des Strahls vom Düsenboden und die Erzeugung der folgenden Unterdruckzone kann durch einen am Düsenboden vorgesehenen Spoiler unterstützt werden. Auf diese Weise lassen sich sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten erreichen, da durch die Wirkung des Spoilers im Behandlungsgas eine hohe einzellige Turbulenz auftritt.

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Λ'

Als Spoiler können ein Strahlspoiler, der im Düsenboden vorgesehen ist, oder ein am Düsenboden vorgesehener, der Warenbahn zugewandter fester Spoiler eingesetzt werden.

Durch Verschiebung des Spoilers in Warenbahnlaufrichtung läßt sich auf sehr einfache Weise die Größe des Überdruckgebietes auf die des Unterdruckgebietes hinter dem Spoiler abstimmen, so daß der gewünschte Verlauf der Tragkraft-Abstand-Charakteristik genau eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, in gleicher Weise, also in Serienfertigung hergestellte Düsen durch die einfache Verschiebung unterschiedlichen Behandlungsbedingungen und Problemstellungen anzupassen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Tragkraft-Abstand-Charakteristik " '- - ?

der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 Meßwerte für den Druckverlauf an der Warenbahn für verschiedene Abstände bei der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung.

Zur schwebend Führung leichter Warenbahnen wird eine Tragkraft-Äbstand-Charakteristik angestrebt, wie sie in Fig. 1 dargestellt

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ist; dabei wird in einem bestimmten Abstand der Warenbahn von den Düsen die resultierende, auf die Warenbahn wirkende Kraft gleich Null. Dieser Abstand soll 1 cm oder mehr betragen. Außerdem sollte die Tragkraft-Abstand-Charakteristik im Bereich des Null-Durchgangs möglichst steil verlaufen.

Fig. 1 läßt sich entnehmen, daß diese Anforderungen mit dem Düsensystem nach der vorliegenden Erfindung, da-s im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 erläutert werden soll, erfüllt werden.

"Ein Düsenkasten 10 weist eine Grundfläche 12 und Seitenflächen auf. Auf der einer Warenbahn 13 zugewandten Seite ist der Düsenkasten 10 durch einen Düsenboden 1 abgeschlossen.

Auf der in Warenbahnlaufrichtung gesehen ersten Seite, gemäß der Darstellung in Fig. 3 linken Seite des Düsenkastens 10 ist eine erste, vordere Schiitzöffnung 9 vorgesehen, die durch den umgebogenen vorderen Rand des Düsenbodens 1 und eine Verlängerung der linken Seitenfläche 14 gebildet wird. Dadurch entsteht eine als Abdeckung wirkende Führungsfläche 3, die sich über den vorderen Rand des Düsenbodens 1 hinaus erstreckt.

Die Führungsfläche 3 ist gegen den Düsenboden 1 in einem Winkel geneigt, der zwischen 10° und 30° liegt. Der Querschnitt der Führungsfläche 3 wird durch ein Kreisbogenstück mit einem Radius, der zwischen 30 und 50 mm liegt, so-wie ein anschließendes-girades Stück gebildet, das ein Länge von 10 bis 30 mm hat. Der Düsenboden 1 ist an seiner Vorderkante mit einem Radius abgerundet, der zwischen 5 und 15 mm liegt. Dadurch entsteht ein schlitzförmiger Düsenspalt mit einer Breite, die zwischen 2 mm und 16 mm liegt.

und/

Der Düsenboden 1 verläuft vollkommen flach parallel zu Warenbahn 13,

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Auf dem Düsenboden 1 ist ein der Warenbahn zugewandter, fester Spoiler 7 vorgesehen, der beispielsweise durch ein Winkeleisen gebildet werden kann, von dem eine Fläche 7b mit dem Düsenboden 1 verbunden" ist. Die andere Fläche steht senkrecht auf dem Düsenboden und erstreckt sich in Eichtung auf die Warenbahn 13. Die wirksame, von dem Düsenboden 1 vorstehende Fläche 7a des Spoilers 7 ist also im rechten Winkel zur Warenbahn angeordnet. Die Längsseite dieser Fläche 7a erstreckt sich im rechten Winkel zur Warenbahnlaufrichtung über die gesamte 3reite des Düsenbodens 1.

Der Abstand des Spoilers 7 von der Vorderkante des Düsenbodens 1 beträgt etwa 4o bis 100 mm.

Der Spoiler 7 kann in Warenbahnlaufrichtung verschoben werden, um die Überdruckzone und die Uhterdruckzone aufeinander abzustimmen, wie noch erläutert werden soll. Dazu können im Düsenboden verschließbare Schlitze vorgesehen sein, in denen* der Spoiler 7_t beispielsweise durch Schrauben und Muttern, fixiert wird.

In Warenbahnlaufrichtung gesehen hinter dem Spoiler 7 ist ein weiterer Düsenspalt 11 vorgesehen, der durch den hinteren,geraden Hand 1a des Düsenbodens 1 und die vordere Kante eines Diffusorblechs 5 gebildet wird. Die Breite des hinteren Düsenspaltes 11 liegt zwischen 2 und 16 mm.

Die gemäß der Darstellung in Fig. 3 rechte Seitenfläche 14 des DU-senkastens 10 wird so umgebogen, daß das Diffusorblech 5 entsteht. Der Abstand des höchsten Punktes 5a des Diffusorblechs 5 von der Warenbahn 13 ist kleiner als der Abstand des Düsenboden 1 von der Warenbahn 13. Ausgehend von diesem Punkt vergrößert sich dann der Abstand des Diffusorblechs 5 in Warenbahnlaufrichtung gesehen von der Warenbahn 13, da das Diffusorblech unter einem geringen Winkel in Sichtung auf die Grundfläche 12 des Düsenkastens 1o verläuft .

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Für die seitliche Beschickung des Düsenkastens 10 mit der Gasströmung sind vor den Düsenspalten 9 und 11 Leitgitter 16 angeordnet; dazu sind an dem Düsenboden 1 in der Nähe der Düsenspalte 9,11 angeordnete, nach unten in den Düsenkasten 10 ragende Stege 15 vorgesehen, die sich parallel zu den Düsenspalten erstrecken. Zwischen diesen Stegen und den Seitenflächen 14 des Düsenkastens 10 befinden sich die einzelnen Leitgitter, die durch kleine, im unteren Bereich gewölbte Platten gebildet werden. Die Leitgitter sind in den Düsenspalten 9,11 hintereinander senkrecht zu den Seitenflächen 14 des Düsenkastens 10, angeordnet.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig.1, die den gemessenen Druckverlauf an der Warenbahn in verschiedenen Abständen über einem solchen Düsenkasten darstellt, die Funktionsweise der Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen erläutert werden.

Aus dem Dusenspalt 9 tritt ein Strahl aus, deivnahezu tangential auf die Warenbahn 13 trifft. Aufgrund der Form der Führungsfläche gegenüber der vorderen Kante des Düsenbodens 1 wird der Strahl von dem Düsenboden 1 abgelöst und liegt an der dem Düsenboden 1 zugewandten Innenfläche der Führungsfläche 3 an.

Die Ablösung des Strahls von dem Düsenboden 1 wird durch den Spoiler 7 unterstützt, der darüber hinaus den Strahl im Raum 17 zwischen dem vorderen Düsenspalt 9 und dem Spoiler 7 aufstaut, weil der Spoiler durch Einengung des Querschnittes 15 zwischen Spoiler und Warenbahn 13 im Vergleich mit dem Querschnitt des Raumes 17 zwischen Düsenboden und Warenbahn 13 das Abströmen des Strahls aus dem Raum 17 behindert.

Im Raum 17 entsteht also ein Gaskissen mit höherem Druck, ähnlich wie bei einer Luftkissendüse. Dieses Gaskissen ist umso ausgepräg-

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ter, je kleiner der Abstand der Warenbahn 13 vom Düsenboden ist, so daß also im Bereich I (siehe Fig. 2) mit abnehmendem Abstand der Warenbahn 13 von dem Düsenboden 1 die Tragkraft außerordentlich stark zunimmt.

In Folge der Behinderung durch den Spoiler 7 strömt das Sas beschleunigt durch den Querschnitt 15 zwischen Spoiler 7 und Warenbahn 13. Dabei wird die aus dem Düsenspalt 11 austretende Strömung mitgerissen. Zwischen der Warenbahn 13 und dem Diffusorblech 5 herrscht ein Unterdruck, der im weiteren Yerlauf durch die diffusorartige Erweiterung des Diffusorblechs 5 gegenüber der Warenbahn auf nahezu Umgebungsdruck abgebaut wird. Die Füllung dieses Diffusor s wird durch das Gas begünstigt, das durch den Düsenspalt 11 zuströmt .

In Fig. 2 sind für mehrere Abstände a zwischen der Warenbahn und dem Düsenboden die Druckverläufe über die Längs des Düsenkastens dargestellt. Ber Überdruckbereich und der Unterdruckbereich sind durch einen Hull-Durchgang voneinander getrennt, der bei den für die Praxis wesentlichen Werten van a gleich 20 mm und a gleich 30mm einen steilen Yerlauf hat.

Dabei nimmt ±m ersten Gebiet der Druck mit zunehmendem Abstand a der Warenbahn 13 von dem Düsenkasten 10 ab, so daß sich für kleine. Abstände a ein relativ hoher Überdruck ergibt y nur bei größeren Abständen, wie sie in der Praxis im allgemeinen nicht verwendet werden, stellt sich in diesem Bereich zwischen Warenbahn 13 und Düsenkasten 10 ein Unterdruck ein.

In de» zweiten Gebiet herrscht für alle in Frage kommenden Abstände a ein Unterdruck, der mit zunehmendem Abstand kleiner wird.

Für einen großen Bereich des Flächengewichts dünner Bahnen ergibt sich somit jeweils ein Gleichgewichtszustand zwischen dem Gewicht

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der Warenbahn 13 und der· abstoßenden, bzw. anziehenden Kraft des Diisensystems. Badurch ist eine einwandfreie, flatterfreie Führung der Warenbahn auch bei einseitiger Beblasungr mög-Iich.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

/ 1 .] Verfahren zur schwebend Führung von Warenbahnen durch Beblasung mit einem weitgehend tangential zur Warenbahn verlaufenden, aus Düsen austretenden Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangential strömung vom Düsenboden (1) abgelöst wird, und daß bei kleinem Abstand der Warenbahn (13) in der Zone abgelöster Strömung ein Überdruckbereich (i) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an

den Überdruckbereich (i) ein Unterdruckbereich (il) anschließt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen parallel zur Warenbahn (13) verlaufenden, ebenen Düsenboden (1), und durch eine, vor dem vorderen Düsenspalt (9) angeordnete Führungsflache (S^VQbei durch die starke Erweiterung des Querschnittes zwischen Düsenboden (1) und Führungsfläche (3) aufgrund der Neigung der Führungsfläche (3) die Ablösung der Tangentialströmung vom Düsenboden (1) erreicht wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Führungsfläche (3) gegen den. Düsenboden (1) zwischen 10° und 30° beträgt, daß die Führungsfläche (3), im Querschnitt betrachtet, aus einem Kreisbogenstück mit einem

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Radius zwischen 30 und 50 mm und einem anschließenden, geraden Stück mit einer Länge von 10 bis 30 mm besteht, und daß der Düsenboden (i) an seiner Vorderkante mit einem Radius zwischen 5 und 15 mm abgerundet ist, wobei der Düsenspalt (9) eine Brei-te zwischen 2 und 16 mm hat.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen am Düsenboden (1) vorgesehenen, der Warenbahn (13) zugewandten festen Spoiler (7)«
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spoiler (7) senkrecht auf dem Düsenboden (1) steht.
· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen, am Düsenboden (1) vorgesehenen Strahlspoiler.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7_f dadurch gekenn=- zeichnet, daß der Spoiler in einem Abstand von 40 bis 100 mm von der Vorderkante des Düsenbodens (1) angeordnet ist,
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8-, gekennzeichnet durch einen Düsenspalt 0Ό ^am hinteren Ende des Düsenbodens (i)
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenspalt (11) eine Breite von 2 bis 16 mm hat.
. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem zweiten Düsenspalt (ii) aiii hinteren Ende des Düsenbodens (i) ein Diffusorblech (5) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Düsenspalten (9,11) Leitgitter (16) angeordnet sind.

13, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spoiler (7) in Varenbahnlauf richtung verschiebbar ist.

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