DE2556442C2

DE2556442C2 - Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen

Info

Publication number: DE2556442C2
Application number: DE2556442A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Prof. Dipl.-Ing.M.Sc. 5100 Aachen Gerhardt; Carl Prof. Dr.-Ing. Kramer; Heinrich Prof. Dr.-Ing. Stein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1975-12-15
Publication date: 1984-09-06
Also published as: US4074841A; CA1043728A; DE2556442A1

Description

der zu behandelnden Warenbahn liegende Gasfuhrungsoberfläche darstellt. Die stabile Führung der Warenbahnen wird im wesentlichen durch die genaue Dimensionierung der Oüsenschlitze und die Abstimmung der Abmessungen der Düsenrippen auf die Dtisenschiitze 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.

Weiterhin geht aus der DE-AS 17 74 126 ein Düsensystem hervor, bei dem die Düsenrippen in dem der Warenbahn zugewandten Bereich tragflügelprofilförmig ausgebildet sind. NeDen 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.

Weiterhin ist aus der DE-OS 19 38 529 eint. Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen bekannt, die im wesentlichen aus einer Luftdüse mit dem Querschnitt eines flachen Rechteckkanals besteht, aus der Luft in Warenlaufrichiung austritt und tangential über eine hinter der Düse angeordnete Venturi-Fläche streicht. Die lichten Höhen der Düsenkanalspalte werden dabei auf relativ kleine Werte, maximal 0,7 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 Luftgeschwindigkciter erreicht werden können, die wiederum eine hohe spezifische Ventilatorleistung erfordern.

Außerdem tritt auch bei diesem Düsensystem der bereits oben erwähnte Nachteil auf, daß nämlich der Abstand zwischen Warenbahn und Venturi-Fläche sehr gering ist. Es ist auch nicht möglich, die Düsen mit einer Venturi-Fläche auszuführen, die einen größeren Abstand von der Warenbahn als die der Warenbahn zugewandte Begrenzung des Düsenkanals hat, wodurch sich der Abstand zwischen Warenbahn und Veniuri-Fläche vergrößern würde, da bei einem größeren Abstand keine ausreichende Tragwirkung mehr besteht.

Weiterhin geht aus dem Artikel »Erprobung eines Heißluft-Schwebetrockners«, veröffentlich; in der Zeitschrift »Archiv«, Dez. 1967, S. 59 bis 63 ein Vsrfahren zur schwebend Führung von Warenbahnen durch Beblasung mit einem weitgehend tangential zur Bahn verlaufenden, aus Düsen austretenden und einen Überdruckbereich erzeugenden Gasstrom hervor, bei dem die Strömung der Düsenkontur und der Tragfläche ohne Ablösung folgt. Daher ist der Abstand, in dem die Warenbahn über diesem Düsensystem stabil getragen werden kann, relativ klein. Insbesondere solche Materialien, die eine geringe Wellenform und/oder Verbindungs- und Stoßstellen haben, können mit einem solchen Düsensystem nicht getragen werden.

Weiterhin geht aus der DE-Anmeldung V 2 76b. 8b. 1/03 bekanntgemacht am 15. Nov. 1951, ein Düsensystem für Blasluftlrockner hervor, bei dem die aus den Düsenspalten austretenden Luftslrahlen durch Lcitblcche dicht über die Warenbahn geführt werden. Die Kontur des Düsenbodens ist stromab vom Düsenstrahl-Austrius-Querschnitt unter Vermeidung von Kanten und engen Radien sorgfältig so gestaltet, daß keine Ablösung der Strömung vom Düsenboden auftritt.

Ein entsprechendes Düscnsystem geht auch aus der DE-PS 9 75 243 hervor, wobei der mittlere Absland der Spaltdüsenöffnung von der Mittellage der Bahn etwa gleich der Spaltbreite der Düsenöffnung ist. Auch hier wird angestrebt, eine am Düsenboden anliegende Strömung zu erhalten.

Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß der wesentliche Nachteil der hier beschriebenen sowie anderer, nicht im einzelnen erläuterten Düsensysteme zur schwebend Führung leichter Warenbahnen darin liegt, daß für das gewünschte stabile Tragverhaken der Warenbahn der tangential zur Warenbahn austretende Gasstrahl in unmittelbarer Nähe der Warenbahn mittels einer Führungsfläche geführt werden muß, die giatt, gerundet oder tragflügelprofilförmig ausgebildet ist Der geringe Abstand zwischen Düsensystem und Warenbahn schließt den Einsatz dieser Vorrichtungen auf vielen Anwendungsgebieten aus, zumal die Herstellung der Düsen wegen ihrer speziellen Ausgestaltung mit hohen Kosten verbunden ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der dünne, empfindliche Warenbahnen auch in größeren Abständen zum Düsensystem stabil geführt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

jo Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf, daß sich durch die angegebene Ausgestaltung der Führungsfläche an der Auslaßdüse eine vom Düsenboden abgelöste Tangentialströmung ergibt. Dieses Ablösegebiet befindet sich als Wirbelzone zwisehen der Tangentialströmung an der Warenbahn und dem Düsenboden. Dazu trägt auch der am Düsenboden vorgesehene Spoiler bei. wodurch ein mit abnehmendem Abstand anwachsender Aufstau der Tangentialströmung und damit eine stark progressive Tragkraft entsteht; außerdem wird das Wirbelgebiet in der Ablösezonc am Düsenboden durch die abstromseitige Abgrenzung stabilisiert.

In Folge der Behinderung durch den Spoiler strömt das Gas beschleunigt durch den Querschnitt zwischen dem Spoiler und der Warenbahn, ^.o daß zwischen dei Warenbahn und dem Diffusorblech ein Unterdruck herrscht, der im weiteren Verlauf durch die diffusorartige Erweiterung des Diffusorblechs gegenüber der Warenbahn nahezu auf Umgebungsdruck abgebaut wird.

so Dieses Diffusorblech bringt auch die Tangentialströmung wieder zum Anliegen, wodurch sie zu einer Strömungsstabilisierung beiträgt und das Flattern der Warenbahn vermeidet.
Weiterhin tritt durch die Wirkung des Spoilers im

Yi ßchandlungsgas eine hohe, einzellige Turbulenz auf, so daß sich sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten realisieren lassen.

Als Spoiler können ein Strahlspoiler, der im Düsenboden vorgesehen ist, oder ein der Warenbahn zugewand-

M) lcr, fester Spoiler eingesetzt werden.

Durch Verschiebung des Spoilers in Warenbahnlaufrichtung läßt sich auf sehr einfache Weise die Größe des Überc'nickgcbietes auf die des Unterdruckgebietes hinler dem Spoiler abstimmen, so daß der gewünschte Ver-

h^r) lauf der Tragkraft/Abstandscharakteristik genau eingestellt werden kann. Dadurch wird es außerdem möglich, in gleicher Weise, also in Serienfertigung hergestellte Düsen durch die einfache Verschiebune des Snoilers

unterschiedlichen Behandlungsbedingungen und Problemstellungen anzupassen.

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

Fig. t die Tragkraft/Abstandscharakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen,

F i g. 2 Meßwerte für den Druckverlauf an der Warenbahn für verschiedene Abslände bei dieser Vorrichtung,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen, und

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung.

Zur schwebend Führung leichter Warenbahnen wird eine Tragkraft/Abstandscharakteristik angestrebt, wie sie in Fig. 1 dargestellt 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/Absiandscharakteristik im Bereich des Null-Durchgangs möglichst steil verlaufen.

F i g. 1 läßt sich entnehmen, daß diese Anforderungen mit dem Düsensystem nach der vorliegenden Erfindung, das im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 3 und 4 erläutert werden soll, erfüllt werden.

Ein Düsenkasten 10 weist eine Grundfläche 12 und Seitenflächen 14 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 F i g. 3 linken Seite des Düsenkastens 10 ist ein erster, vorderer schlitzförmiger Düsenspalt 9 vorgesehen, der 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. Im Querschnitt wird die Führungsfläche 3 durch ein Kreisbogenstück mit einem Radius, der zwischen 30 und 50 mm liegt, sowie einem anschließenden geraden Stück gebildet, das eine 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 Düscnspalt mit einer Breite, die zwischen 2 mm und 16 mm liegt.

Der Düsenboden 1 verläuft vollkommen flach und parallel zu Warenbahn 13.

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

Der Abstand des Spoilers 7 von der Vorderkante des Düsenbodens 1 beträgt etwa 40 bis 100 mm.

Der Spoiler 7 kann in Warcnbahnlaiifrichtung verschoben werden, um die Oberdruckzonc und die Unterdruck/.one aufeinander abzustimmen, wie noch erläutert werden soll. Dazu können im Düsenboden 1 verschließbare Schlitze vorgesehen sein, in denen der Spoiler 7, beispielsweise durch Schrauben und Muttern, fi-

^r) xicrt wird.

In Warenbahnlaufrichtung gesehen hinter dem Spoiler 7 ist ein weiterer Düsenspalt 11 vorgesehen, der durch den hinteren, geraden Rand la des Düsenbodens 1 und die vordere Kante eines Diffusorblechs 5 gebildet

in wird. Die Breite des hinteren Düsenspalles 11 liegt zwischen 2 und Ib mm.

Die gemäß der Darstellung in F i g. 3 rechte Seitenfläche 14 des Düsenkastens 10 wird so umgebogen, daß das Diffusorblcch 5 entsteht. Der Abstand des höchsten

r> Punktes 5;i des Diffusorblechs 5 von der Warenbahn 13 ist kleiner ais der Abstand des Düsenboden ί von der Warenbahn 13. Ausgehend von diesem Punkt vergrößcrt sich dann der Abstand des Diffusorblechs 5 in Warenbahnlaufrichtung gesehen von der Warenbahn 13, da das Diffusorblech unter einem geringen Winkel in Richtung auf die Grundfläche 12 des Düsenkastens 10 verläuft.

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 I in der Nähe der Düsenspalte 9, 11 angeordnete, nach unten in den Düsenkasten 10 ragende Stege 15 vorgesehen, die sich parallel zu den Düsenspalten 9, 11 erstrecken. Zwischen diesen Stegen 15 und den Seiten-

BO flächen 14 des Düsenkastens 10 befinden sich die einzelnen Leitgitier 16, die durch kleine, im unteren Bereich gewölbte Platten gebildet werden. Die Leitgitter 16 sind in den Düsenspalten 9, 11 hintereinander senkrecht zu den Seitenflächen 14 des Düsenkastens 10, angeordnet.

)5 Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 2, die den gemessenen Druckverlauf an der Warenbahn 13 in verschiedenen Abständen über einem solchen Düsenkasten 10 darstellt, die Funktionsweise der Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen erläutert werden.

Aus dem Diisenspalt 9 tritt ein Strahl aus. der nahezu tangential zur Warenbahn 13 gerichtet ist. Aufgrund der Form der Führungsfläche 3 gegenüber der vorderen Kante des Düscnbodcns 1 wird der Strahl von dem

4^r> 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 Düsenspall 9 und dem Spoiler 7 aufstaut, weil der Spoiler 7 durch Einengung des Querschnittes zwischen Spoiler 7 und Warenbahn 13 im Vergleich mit dem Querschnitt des Raumes 17 zwischen Düsenboden 1 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 umsq ausgeprägter, je kleiner der Abstand der Warenbahn 13 vom Düsenboden 1 ist, so daß also im Bereich 1 (siehe F i g. 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

h5 das Gas beschleunigt durch den Querschnitt zwischen Spoiler 7 und Warenbahn 13. Dabei wird die aus dem Düscnspalt 11 austretende Strömung mitgerissen. Zwischen der Warenbahn 13 und dem Diffusorblech 5

herrscht ein Unterdruck, der im weiteren Verlauf durch die diffusorartigc Erweiterung des Diffusorblechs 5 gegenübcr der Warenbahn 13 auf nahezu Umgebung*- druck abgebaut wird. Die Füllung dieses Diffusors 5 wird durch das Gas begünstigt, das durch den Düsen- <■> spalt 11 zuströmt.

In I·' i g. 2 sind für mehrere Abstände ;; zwischen der Warenbahn 13 und dem Düsenboden I die Druckverlaufe über die Länge des Düsenkastens 10 dargestellt. Der Uberdruckbereich und der Unterdruckbereich sind durch einen Null-Durchgang voneinander gelrennt, der bei den für die Praxis wesentlichen Werten von α gleich 20 mm und a gleich 30 mm einen steilen Verlauf hat.

Dabei nimmt im ersten Gebiet der Druck mit zunehmendem Abstand a der Warenbahn 13 von dem Düsen- ι ■> kasten 10 ab, so daß sich für kleine Abslände ;/ ein relativ hoher Überdruck ergibt; nur bei größeren Abständen, wie sie in der Praxis im allgemeinen nicht verwendel werden, stellt sich in diesem Bereich /wischen Warenbahn 13 und Düsenkasten 10 ein Unterdruck ein.

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

Für einen großen Bereich des Flächengewichts dünner Bahnen ergibt sich somit jeweils ein Glcichgewichtszustand zwischen dem Gewicht der Warenbahn 13 und der abstoßenden bzw. anziehenden Kraft des Düsensystems. Dadurch ist eine einwandfreie, fiallerfreie Führung der Warenbahn auch bei einseitiger Beblasung möglich. jo

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur schwebend Führung von Warenbahnen

a) mit einem Düsenkasten mit einer Auslaßdüse für einen weitgehend tangential zur Warenbahn verlaufenden und einen Überdruckbereich erzeugenden Gasstrom,

gekennzeichnet durch

b) einen parallel zur Warenbahn (13) verlaufenden, ebenen Düsenboden (1), der den Düsenspalt (9) der Auslaßdüse begrenzt, durch

c) eine der gegenüberliegenden Begrenzung des Düsenspaltes (9) der Auslaßdüse zugeordnete, gegen den Düsenboden (1) geneigte Führungsfläche (3) mit starker Erweiterung des Quer- schnittes zwischen Düsenboden (1) und Führungsfläche (3), durch

d) ein Diffusorblech (5), das dem der Auslaßdüse gegenüberliegenden Ende des Düsenbodens (1) zugeordnet ist, und durch

e) einen am Düsenboden (1) vorgesehenen Spoiler (7)·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Neigung der Führungsfläche (3) gegen den Düsenboden (I) zwischen 10° und 30° beträgt, daß

g) die Führungsfläche (3), im Querschnitt betrachtet, aus einem Kreisbogenstück mit einem Radius zwischen 30 und 50 mm und einem anschließenden, geraden Stück mi' einer Länge von 10 bis 30 mm, daß

h) der Düsenboden (1) an seiner den Düscnspalt (9) der Auslaßdüse begrenzenden Kante mit einem Radius zwischen 5 und 15 mm abgerundet ist, und daß

i) der Düsenspalt (9) der Auslaßdüse eine Breite zwischen 2 und 16 mm hat.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

j) der Spoiler (7) als fester Spoiler ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß

k) der Spoiler (7) als Strahlspoiler ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

I) der Spoiler (7) in einem Abstand von 40 bis w) 100 mm von der den Düsenspalt (9) der Auslaßdüse begrenzenden Vorderkante des Düsenbodens (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, μ dadurch gekennzeichnet, daß

m) zwischen dem Diffusorblech (5) und dem der Auslaßdüse gegenüberliegenden, hinteren Ende des Düsenbodens (1) ein Düsenspalt (11) ausgebildet ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

n) der am hinteren Ende des Düsenbodens (1) ausgebildete Düsenspalt (11) eine Breite von 2 bis 16 mm hat.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

o) in den Düsenspalten (9) und (11) Leitgitter (16) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

p) der Spoiler (7) in Warenbahnlaufrichtung verschiebbar ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schwebend Fuhrung von Warenbahnen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Als Warenbahnen können Tuche, Papierbahnen, Kunststoff-Bahnen, Metallbänder 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 einteilen, und zwar in Verfahren zum Tragen schwerer Bahnen und in Verfahren zum Tragen leichter Bahnen.

Für das Tragen schwerer Bahnen bieten sich insbesondere Gaskissen- oder Gaspolstersysteme an, deren hohe Tragkraft im wesentlichen durch die Erzeugung eines GasUisscns 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 üüsensysteme, deren Gasstrahlen weitgehend tangential zur Warenbahn gerichtet sind. Auf diese 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 flatterfrci 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 DHOS 19 54 880 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem der Gasstrahl aus einem quer zur Warenbahn angeordneten Schlitz austritt und dann der Krümmung eines Profilteils folgt, das den oberen Teil der Diiscnrippc bildet und eine im sehr geringen Absland — bei üblichen Ausführungen um 1 mm — von