ATBECHDE..ESFRGBGRITLILUNLSE......................
C
0236832
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A2
19870916
EP
87102555.7
19870224
de
de
de
3607370
19860306
DE
19870916
198738
19870916
198738
4
4B 65H 20/14 A
4B 65H 23/24 B
de
Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen mittels eines gasförmigen oder flüssigen Mediums
en
Device for the floating guiding of material webs by means of a gas or a liquid
fr
Dispositif pour le guidage flottant de bandes de matière au moyen d'un gaz ou d'un liquide
STORK CONTIWEB B.V.
01023770
KN/So 46069EP
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen mittels eines gasförmigen oder flüssigen Mediums. Die Vorrichtung besteht aus mindestens einem länglichen Strömungskörper mit auf der Warenbahnoberseite konvex gekrümmter Oberfläche, und an beiden Längsrändern in Reihe und quer zur Materialbahnlaufrichtung angeordneten Düsen 4a, 4b, mit denen zwischen den Strömungskörper 2 und die Materialbahn 1 das gasförmige oder flüssige Medium einblasbar ist. Die dem einen Längsrand des Strömungskörpers 2 zugeordneten Düsen 4a sind gegenüber den dem anderen Längsrand zugeordneten Düsen 4b in Richtung der Längsachse des Düsenkörpers 2 um eine halbe Teilung versetzt. Die Düsen 4a, 4b sind als mit Abstand von dem Strömungskörper 2 angeordnete Freistrahldüsen ausgebildet und sind mit spitzem Winkel flach in den Spalt zwischen der Materialbahn und dem Strömungskörper 2 derart gerichtet, daß die einander benachbarten Ränder der entgegengesetzt gerichteten divergierenden Strömungsstrahlen bei fehlender Materialbahn 1 im wesentlichen ohne gegenseitige Behinderung aneinander vorbeiströmen und mit kleiner werdendem Abstand der Materialbahn 1 von der Oberfläche des Strömungskörpers 2 mehr und mehr aufeinandertreffen. Die Vorrichtung arbeitet damit in Abhängigkeit von dem Materialbahnabstand sowohl nach dem Tragflächenprinzip als such dem Luftkissenprinzip mit fließendem Übergang von dem einen in das andere Prinzip. Die Kennlinie für die materialbahnabstandsabhängige Tragkraft verläuft steil bis zue Tragkraft Null und hat bei geringem Abstand einen sehr großen absoluten Wert.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen, bestehend aus einem länglichen quer zur Laufrichtung der Materialbahn angeordneten Strömungskörper mit auf der Materialbahnseite konvex gekrümmter Oberfläche und an beiden Längsrändern des Strömungskörpers in Reihe angeordneten Düsen, mit denen zwischen die konvex gekrümmte Oberfläche des Strömungskörpers und die Materialbahn ein gasförmiges oder flüssiges Medium einblasbar ist, wobei die dem einen Längsrand zugeordneten Düsen gegenüber den dem anderen Längsrand zugeordneten Düsen in Richtung der Längsachse des Strömungskörpers etwa um eine halbe Teilung (Abstand benachbarter Düsen) versetzt sind.
Bei Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Materialbabnen mittels Blasluft unterscheidet man zwischen solchen, die nach dem Tragflächenprinzip arbeiten, und solchen, die nach dem Luftkissenprinzip arbeiten. Bei einer nach dem Tragflächenprinzip arbeitenden Vorrichtung tritt die Blasluft aus einem an einem Längsrand des Strömungskörpers ausgebildeten Schlitz oder aus in Reihe angeordneten Löchern unmittelbar als Wandstrahl aus und überstreicht die konvex gekrümmte Oberfläche des Strömungskörpers. Dabei wird die durchlaufende Materialbahn abwechselnd Druck- und Saugkräften ausgesetzt. Selbst mit weiteren Vorkehrungen, wie in der Tragfläche angeordnete Löcher zum Ansaugen von Zusatzluft, ist das Schwebeverhalten solcher Vorrichtungen nicht optimal.
Eine nach dem Luftkissenprinzip arbeitende Vorrichtung unterscheidet sich von einer nach dem Tragflächenprinzip arbeitenden Vorrichtung dadurch, daß von den beiden gegenüberliegenden Längsrändern des Strömungskörpers Blasstrahlen aufeinander zu gerichtet sind. Die Blasstrahlen können aus Schlitzen oder aus in Reihe angeordneten Löchern austreten. In jedem Fall treffen diese Blasstrahlen aufeinander und stauen sich zwischen der Materialbahn und der gekrümmten Oberfläche, so daß sich ein die Materialbahn tragendes Luftkissen bildet. Auch bei einer solchen Vorrichtung ist das Tragverhalten nicht optimal, weil deren Tragkraft nur ganz allmählich mit größer werdendem Abstand der Materialbahn von der gekrümmten Oberfläche abnimmt.
Zu der Kategorie der nach dem Luftkissenprinzip arbeitenden Vorrichtungen gehört auch eine bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art (US-PS 39 57 187), bei der in der gekrümmten Oberfläche des Strömungskörpers an jedem Längsrand jeweils rechteckige Blasluftauslässe in Reihe angeordnet sind. Mit einer in jedem Blasluftauslaß angeordneten Führungszunge wird die Blasluft derart geführt, daß sie sogleich als flacher, breiter Wandstrahl über die gekrümmte Oberfläche streicht. Da die Länge der Blasluftauslässe jeder Reihe etwa gleich ihrem gegenseitigen Abstand ist, wird bei der gegenseitigen Versetzung der gegenüberliegenden Blasluftauslässe der beiden Reihen erreicht, daß die divergierenden Blasluftstrahlen aufeinandertreffen und sich zwischen den beiden Reihen ein Luftkissen bildet. Die Bildung des Luftkissens wird noch dadurch unterstützt, daß aus kleineren Auslässen zwischen den beiden Reihen austretende Blasstrahlen die Blasluftstrahlen aus den größeren Auslässen stören.
Schließlich ist bekannt, eine Warenbahn direkt, also ohne Hilfe eines Strömungskörpers, anzuströmen. Diese Art der schwebenden Führung von Materialbahnen hat sich aber im Vergleich zu den Vorrichtungen nach dem Tragflächen- und Luftkissenprinzip in der Praxis nicht bewährt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen zu schaffen, die die Vorteile von nach dem Tragflächenprinzip und dem Luftkissenprinzip arbeitenden Vorrichtungen ohne deren Nachteile nutzt. Die Vorrichtung soll also bei großen Materialbahnabständen von der Oberfläche des Strömungskörpers anziehend und bei kleinen Materialbahnabständen abstoßend wirken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Düsen als mit Abstand von dem Strömungskörper angeordnete Freistrahldüsen ausgebildet sind, die unter spitzem Winkel zur Materialbahn flach in den Zwickel zwischen dem Strömungskörper und der Materialbahn gerichtet sind, daß daß die benachbarten Randbereiche der aus gegenüberliegenden Düsen austretenden divergierenden Strömungsstrahlen bei fehlender Materialbahn im wesentlichen ohne gegenseitige Behinderung aneinander vorbeiströmen und mit kleiner werdendem Abstand der Materialbahn von der Oberfläche des Strömungskörpers mehr und mehr aufeinandertreffen.
Beim Gegenstand eines prioritätsgleichen Patentes mit beiden Rändern des Strömungskörpers zugeordneten, aber nicht gegeneinander versetzten Düsen wird zwar wegen des gleichen Anströmprinzips mit Freistrahlen auch schon ein erheblich verbessertes Tragverhalten erzielt, doch auf einem wesentlich niedrigerem Tragkraftniveau und mit geringerer Steilheit der Kennlinie als beim Erfindungsgegenstand. Die Verbesserung beim Erfindungsgegenstand beruht darauf, daß die besondere Anordnung der Düsen untereinander und in bezug auf die Oberfläche des Strömungskörpers es den Strömungsstrahlen ermöglicht, ohne Behinderung von dem einen Rand des Strömungskörpers über die Oberfläche bis zum anderen Rand zu strömen, solange die Materialbahn einen großen Abstand von der Oberfläche hat. Bei diesen Strömungsverhältnissen bildet sich zwischen der Oberfläche des Strömungskörpers und der Materialbahn ein kleiner Unterdruck aus, der anziehend auf die Materialbahn wirkt. Diese für nach dem Tragflächenprinzip arbeitende Vorrichtungen typische Wirkung geht mehr und mehr verloren und wird durch die Wirkung eines schnell stärker werdenden Polsters ersetzt, wenn sich die Materialbahn der Oberfläche des Strömungskörpers nähert. Diese Umwandlung zwischen einer nach dem Tragflächenprinzip arbeitenden Vorrichtung und einer nach dem Luftkissenprinzip arbeitenden Vorrichtung beruht darauf, daß mit kleiner werdendem Abstand der Materialbahn von der Oberfläche des Strömungskörpers die divergierend aus den Düsen austretenden Strömungsstrahlen flachgedrückt werden, was eine Vergrößerung des Divergenzwinkels zur Folge hat. Die Randstrahlen können dann nicht länger unbehindert aneinander vorbeiströmen, sondern treffen aufeinander, so daß es zu einem Stau des Strömungsmediums zwischen den beiden Düsenreihen kommt. Das verbesserte Tragkraftverhalten der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt in einer graphischen Darstellung der auf die Materialbahn einwirkenden Kraft, aufgetragen über den Abstand der Materialbahn von dem Strömungskörper, dadurch zum Ausdruck, daß die Tragkraft bei sehr nahem Materialbahnabstand sehr groß ist und die Kennlinie für die Tragkraft mit einer großen Steilheit den Nullwert erreicht.
Die besondere geometrische Zuordnung der Düsen zueinander und in bezug auf die Oberfläche des Strömungskörpers schafft für das Strömungsmedium definierte Strömungsverhältnisse. Sowohl bei der Arbeitsweise der Vorrichtung nach dem Tragflächenprinzip als auch beim Übergang in die Arbeitsweise der Vorrichtung nach dem Luftkissenprinzip kann das ohne Störung über den Strömungskörper strömende Strömungsmedium oder das durch das Aufeinandertreffen der Strömungsstrahlen zur Umkehr gezwungene Strömungsmedium quer zur Längsachse des Strömungskörpers über den einen oder anderen Längsrand zwischen den Strömungsstrahlen abströmen. Da die über den Strömungskörper hinwegstreichenden Strömungsstrahlen auch im Bereich der Materialränder vorhanden sind, verhindern sie ein Abströmen des Mediums aus dem zwischen Materialbahn und Strömungskörper gebildeten Polster quer zu den Materialbahnrändern. Dieses Strömungsverhalten schließt ein Randflattern der Materialbahn aus, das infolge einer in Längsachse des Strömungskörpers bei herkömmlichen nach dem Luftkissenprinzip arbeitenden Vorrichtungen leicht auftritt. Selbst bei großem Abstand der Materialbahn vom Strömungskörper bis zum Materialbahnrand ergibt sich bei einem Betrieb mit erwärmter Blasluft wegen dieser Überströmung der Strömungskörper ein besserer Wärmeübergangswert zwischen dem Strömungsmedium und der Materialbahn, verbunden mit einer gleichmäßig verteilten Erwärmung der Materialbahn, im Vergleich zu herkömmlichen, nach dem Luftkissenprinzip arbeitenden Vorrichtungen, weil bei großer überströmter Fläche die Strömungsverhältnisse über die Länge des Strömungskörpers gleich sind.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Volumen und Druck den unterschiedlichen Aufgaben zum schwebenden Führen und gegebenenfalls Wärmebehandeln von Materialbahnen extrem weit anpassen.
Die Erfindung mit ihren Vorteilen der Wandlung vom Tragkraftverhalten auf das Luftkissenverhalten läßt sich sowohl bei mit großem Volumen arbeitenden umluftbetriebenen Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Materialbahnen, bei denen der Querschnitt der Düsen bei etwa 2 % bezogen auf die beaufschlagte Materialbahnoberfläche liegt, als auch bei mit geringem Luftvolumen arbeitenden Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Materialbahnen verwirklichen, bei denen der Querschnitt der Düsen bei etwa 2 o/oo bezogen auf die beaufschlagte Materialbahnoberfläche liegt. Sofern es nicht auch noch auf die Wärmebehandlung der Materialbahn mit Blasluft ankommt, sondern nur auf die schwebende Bahnführung ist es sogar möglich, mit dem Querschnitt der Düsen bis auf etwa 0,1 o/oo herunterzugehen. Die erfindungsgemäße Lehre ermöglicht diese starke Herabsetzung des Düsenquerschnittes allerdings bei erhöhtem Druck des Blasmediums ohne Beeinträchtigung der Schwebeeigenschaften und damit ein geringeres Luftvolumen, was sich vorrichtungstechnisch insofern günstig auswirkt, als nicht mehr die großvolumigen herkömmlichen Umlufttrockner benötigt werden.
Während bei Umlufttrocknern die aus den Düsen austretende Blasluft nicht nur die Aufgabe hat, die Warenbahn schwebend zu führen sondern auch zu trocknen und die beim Trocknen flüchtig werdenden Stoffe aufzunehmen, kann bei einer Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art die Funktion des Schwebens und die der Trocknung getrennt werden. In diesem Fall dient die erfindungsgemäße Vorrichtung nur der schwebenden Führung, während die Trocknung durch zusätzliche Elemente, zum beispiel Infrarotstrahler erfolgt, die zwischen den einzelnen Vorrichtungen angeordnet sind. Die Infrarotstrahler können als Hell- oder Dunkelstrahler ausgebildet sein. Als Dunkelstrahler können die Strömungskörper verwendet werden, die dann als Hohlkörper ausgebildet und von einem Heizmedium durchströmt sind.
Wegen des mit hoher Strömungsgeschwindigkeit aus den Düsen austretenden geringen Volumens der Blasstrahlen läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einem Trockner auch als sperrende Schleuse am Einlaßschlitz für die Materialbahn einsetzen. In diesem Fall wird die Vorrichtung mit hocherhitzter Blasluft betrieben. Durch Vermischung mit der über den Einlaßschlitz einströmenden Kaltluft wird diese auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der es nicht mehr bei Vermischung mit der lösungsmittelhaltigen Trockneratmosphäre zu schädlichen Kondensationen kommen kann.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich nicht nur mit Blasluft, sondern auch mit einem flüssigen Medium betreiben. Ein Einsatzgebiet sind Beizbäder für Metallbänder. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bringt in einem solchen Fall eine erhebliche Einsparung des Badvolumens, da die Intensität der Flüssigkeitsstrahlen bei Einsatz von Hochdruckpumpen die Beizwirkung verbessert. Durch den Einsatz von Hochdruckpumpen ist auch die Voraussetzung für kleine, zu den Düsen führende Leitungen geschaffen. Der Bauaufwand wird dadurch erheblich vermindert. Die Strömungskörper können als Kanäle ausgebildet sein und das Heizmedium für eine gleichmäßige Erwärmung des Bades führen. Bei zentral erwärmter Beize kann die Beize in die Strömungskörper eingeleitet und den in deren Wandung ausgebildeten Düsen zugeführt werden. Oberflächenfehler an dünnen und empfindlichen Bändern, die sonst durch Fehler in der Walzenoberfläche hervorgerufen werden, entfallen.
Die Strahlachse des Strömungsstrahls einer jeden Düse kann zur gekrümmten Oberfläche des Strömungskörpers eine Sekante, Tangente oder Passante bilden. Wichtig ist bei hohem Druck und kleinem Volumen, daß der Strömungsstrahl unter Berücksichtigung seines Divergenzwinkels und des Abstandes der Düse von der gekrümmten Oberfläche bei fehlender Materialbahn mit wenigstens einem Drittel seines Umfangs die Oberfläche des Strömungskörpers anströmt. Durch den Bernoulli-Effekt beeinflussen der Strömungskörper und die Materialbahn wechselseitig die Blasstrahlen. Bei umluftbetriebenem Trockner und unempfindlicher Materialbahn können die Blasstrahlen mehr auf die Materialbahn gerichtet sein, wodurch der Wärmeübergang verbessert wird. Statt des Coanda-Effekts ist es dann die Materialbahn, die die Blasstrahlen zum Strömungskörper drückt und sie zu Wandstrahlen werden läßt. Der Abstand der Düsen von der angeströmten Oberfläche des Strömungskörpers sollte etwa 1/10 der der Materialbahn zugekehrten Oberfläche des Strömungskörpers 2 in Strömungsrichtung betragen.
Eine gegenseitige Behinderung benachbarter Strömungsstrahlen wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung jedenfalls dann mit Sicherheit ausgeschlossen, wenn die auf eine Mittelebene der Materialbahnführung projizierten Verbindungslinien zwischen den zugewandten Randbereiche der gegenüberliegenden Düsen einen Winkel zwischen 5° und 20°, insbesondere 10° bis 12°, einschließen.
Die konvex gekrümmte Oberfläche des Strömungskörpers kann unterschiedliche Formen haben. Als zweckmäßig haben sich d_e Form eines flachen Ellipsenbogens, eines flachen Korbbogens oder eines flachen Polygons erwiesen. Optimale Ergebnisse lassen sich mit Ellipsenbogen einer Ellipse mit dem Achsverhältnis 1:4 für Hochdruckblasluft (über 50 mbar) und 1:3 für Umluftblasdruck (unter 30 mbar) erzielen.
Bei mehreren in Materialbahnlaufrichtung hintereinander angeordneten Strömungskörpern ist es zweckmäßig, entweder zwischen zwei benachbarten Strömungskörpern einen gemeinsamen Zufuhrkanal für das Strömungsmedium für die den beiden Strömungskörpern zugeordneten Düsen vorzusehen oder die Strömungskörper als Zufuhrkanäle auszubilden, die die Düsen tragen, die den benachbarten Strömungskörpern zugeordnet sind. Der Abstand der hintereinander angeordneten Ellipsenbogen beträgt vorzugsweise 50 bis 80 von Hundert der großen Ellipsenachse.
Bei mehreren hintereinander angeordneten Strömungskörpern sollte der Abstand der hintereinander angeordneten Ellipsenbogen 50 bis 80 % der großen Ellipsenachse betragen, wenn zwischen den Strömungskörpern besondere Kanäle für das Strömungsmittel angeordnet sind, aber nur etwa 10 %, wenn die Strömungskörper selbst Kanäle für das Strömungsmedium, z.B. der Umluft bilden.
Um die Abströmverhältnisse festzulegen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß zwischen den Blasluftdüsen und den Strömungskörpern auf der der Materialbahn abgewandten Seite ein Abströmkanal angeordnet ist. Der Abströmkanal kann in einen Sammelkanal münden, der von einem Strömungskörper gebildet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
- Fig.1 eine Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen im Querschnitt in Laufrichtung der Materialbahn bei großem Materialbahnabstand,
- Fig.2 die Vorrichtung gem. Fig.1 in Aufsicht,
- Fig.3 die Vorrichtung gem. Fig.1 im Querschnitt in Materialbahnlaufrichtung bei kleinem Materialbahnabstand,
- Fig.4 die Vorrichtung gem. Fig.3 in Aufsicht,
- Fig.5 eine weitere Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen im Querschnitt in Materialbahnlaufrichtung,
- Fig.6 ein Düsenrohr mit im Querschnitt kleinen Runddüsen in Ansicht,
- Fig.7 einen Blaskasten mit im Querschnitt großen, länglichen Düsen in Ansicht,
- Fig.8 einen Ausschnitt mehrerer oberhalb und unterhall einer Warenbahn angeordneter Vorrichtungen zum schwebenden Fähren von Warenbahnen im Querschnitt in Materialbahnlaufrichtung,
- Fig.9 einen Ausschnitt mehrerer oberhalb und unterhait einer Warenbahn angeordneter Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Warenbahnen im Querschnitt in Materialbahnlaufrichtung in einer zur Fig.8 anderen Ausführung und
- Fig.10 ein Diagramm des Tragkraftverhaltens verschiedener Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Materialbahnen.
Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung zum schwebenden Führen einer Materialbahn 1 besteht aus einem Strömungskörper 2, der im Querschnitt die Form einer flachen Strömungskörpers 2 angeordneten Düsenrohren 3a,3b, über die Blasluft zu im Querschnitt kleinen Düsen 4a,4b zuführbar ist. Die Düsen 4a,4b sind in dem Rohr 3a,3b ausgebildet und in Reihe mit gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet, wie in Fig.6 oder 7 dargestellt. Ihr Abstand von den Strömungskörpern 2 beträgt etwa 1/10 der Wegstrecke für die Strömung über den Strömungskörper 2, die wegen der Krümmung des Strömungskörpers 2 etwas größer als dessen Breite ist. Die Düsen 4a,4b der beiden Düsenreihen sind in Richtung der Längsachse des Strömungskörpers 2 um eine halbe Teilung (Abstand zweier benachbarter Düsen 4a,4b) gegeneinander versetzt. Der gegenseitige Abstand der Düsen 4a,4b und der Abstand der gegenüberliegenden Düsenreihen ist so gewählt, daß die auf eine Mittelebene der Materialbahnführung projizierten Verbindungslinien 5a,5b zwischen den zugewandten Rändern der gegenüberliegenden Düsen einen Winkel V einschließen, der 5° bis 20° beträgt. Die aus den Düsen 4a,4b austretenden Freistrahlen 6a,6b strömen die gekrümmte Oberfläche der Strömungskörper 2 flach an. Die zentrale Strömungsachse 7a,7b bildet zur gekrümmten Oberfläche entweder eine Sekante, eine Tangente oder, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, eine Passante. Dabei sollte der Freistrahl 6a,6b mit wenigstens einem Drittel seines Umfangs die Oberfläche des Strömungskörpers 2 anströmen.
Wie die Figuren 1 und 2 für einen großen Abstand der Materialbahn 1 von der Oberfläche des Strömungskörpers 2 zeigen, werden die aus den Düsen 4a,4b als Freistrahlen austretenden Blasluftstrahlen nach Auftreffen auf den Strömungskörper 2 aufgrund des dann wirksamen Coandaeffektes zu Wandstrahlen 8a,8b, die über die gekrümmte Oberfläche des Strömungskörpers 2 ungestört hinwegströmen, denn die divergierenden Wandstrahlen bleiben innerhalb des jeweiligen, durch den Winkel 1" eingegrenzten Strömungsfeldes. Das bedeutet, daß die in entgegengesetzter Richtung über die Oberfläche strömenden Blasluftstrahlen sich auch nicht mit ihren Randstrahlen störend tangieren.
Da die Materialbahn 1 einen großen Abstand von der gekrümmten Oberfläche des Strömungskörpers 2 hat, werden die Blasluftstrahlen in der Höhe nicht eingeengt. Die mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über die gekrümmte Oberfläche strömenden Blasluftstrahlen üben auf die Materialbahn 1 durch den Bernoulli-Effekt eine anziehende Wirkung aus. Das hat zur Folge, daß der Strömungskanal zwischen der gekrümmten Oberfläche und der Materialbahn enger wird. Die divergierenden Blasluftstrahlen werden deshalb von der Materialbahn 1 flachgedrückt. Damit wird aber ihr Divergenzwinkel größer und die entgegengerichteten _Blasstrahlen treffen mehr und mehr aufeinander, und es kommt zu einem Stau von Blasluft auf der Oberfläche des Strömungskörpers zwischen seinen Längsrändern, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Aus der nach dem Tragflächenprinzip arbeitenden Vorrichtung ist also eine nach dem Luftkissenprinzip arbeitende Vorrichtung geworden. Der in dem Luftkissen bzw. Luftpolster herrschende Überdruck sorgt für eine Strömungsumkehr. Die Blasluft strömt dann quer zur Längsachse des Strömungskörpers 2 jeweils zwischen den benachbarten Blasstrahlen derselben Düsenreihe über die Längsränder ab.
Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommt die Materialbahn 1 in einen solchen Abstand von dem Strömungskörper 2 zur stabilen Lage, bei dem Gewicht und Gegendruck der Materialbahn 1 durch die Tragkraft der Vorrichtung kompensiert werden. Dünne und leichte Materialbahnen benötigen praktisch kein Luftpolster und können deshalb ohne Wellenlinie geführt werden. Dadurch wird es möglich, auch auf beiden Seiten der Materialbahn gegenüberliegend Strömungskörper anzuordnen.
In Figur 10 sind für verschiedene Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Materialbahnen charakteristische Kurven für die Tragkraft über den Abstand der Materialbahn von der Oberfläche des Strömungskörpers dargestellt. Um einen wahren Vergleich der verschiedenen Vorrichtungen zu erhalten, sind sowohl für die Abszisse dimensionslose Abstandswerte als auch für die Ordinate dimenionslose Tragkraftwerte gewählt. Der dimensionslose Abstand ist das Verhältnis zwischen absolutem Abstand zur Ausdehnung des Strömungskörpers in Materialbahnlaufrichtung. Die dimensionslose Tragkraft ist das Verhältnis zwischen absoluter Tragkraft zum Produkt aus dem dynamischen Anfangsdruck und dem Querschnitt der Düsen unter Berücksichtigung der Kontraktion.
Die Kurve 13 stellt das Tragkraftverhalten einer herkömmlichen, nach dem Tragflächenprinzip arbeitenden Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen dar, während die Kurve 12 das Tragkraftverhalten einer nach dem Luftkisscnprinzip arbeitenden Vorrichtung zum schwebenden Führen von Warenbahnen darstellt.
Nachteilig bei der erstgenannten Vorrichtung ist, daß selbst bei sehr kleinem Abstand die Tragkraft nicht besonders groß ist. Es besteht deshalb die Gefahr, daß die Materialbahn den Strömungskörper berührt. Bei einer solchen Vorrichtung wird zwar der angestrebte Nullwert für die Tragkraft erreicht, doch in diesem Fall bei geringer Kurvensteilheit und nur durch die Addition von hintereinanderliegenden Über- und Unterdruckzonen. Das bedeutet, daß bei solchen Vorrichtungen eine Neigung zum Randflattern der Materialbahn besteht.
Bei der zweitgenannten Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen erhält man bei kleinem Materialbahnabstand zwar eine wesentlich größere Tragkraft als mit der erstgenannten Vorrichtung, doch hat die Kurve eine geringere Steilheit, und es wird nicht der Nullwert für die Tragkraft erreicht. Das bedeutet eine instabile Führung und Randflattern der Materialbahn.
Die Kurve 10 stellt das Tragverhalten einer Vorrichtung mit Freistrahlen dar gemäß einem prioritätsgleichen Patent, das sich von der erfindungsgemäßen Vorrichtung darin unterscheidet, daß die gegenüberliegenden, demselben Strömungskörper zugeordneten Düsen nicht gegeneinander um eine halbe Teilung versetzt sind. Bei dieser Vorrichtung erreicht die Tragkraft wie die erstgenannte Vorrichtung den Nullwert, sie liegt aber insgesamt auf einem höheren Niveau. Das bedeutet, daß diese Vorrichtung gegenüber den beiden bekannten Vorrichtungen ein verbessertes Tragkraftverhalten hat.
Im Vergleich zum Tragverhalten dieser bekannten Vorrichtungen, aber auch zu der des anderen Patentes zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ein überlegenes Tragverhalten aus. Die Kurve 9 stellt das Tragkraftverhalten der Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 mit den Düsen kleinen Querschnitts gemäß Figur 6 dar. Bei kleinem Materialbahnabstand ist die Tragkraft der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich größer als die Tragkraft bei den nach dem Luftkissenprinzip arbeitenden Vorrichtungen. Wegen der größeren Steilheit der Kurve bei Erreichen des Nullwertes der Tragkraft ist die schwebende Führung wesentlich stabiler. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht deshalb ein wellenlinien- und flatterfreies Schweben von Materialbahnen, unabhängig von der Zugspannung in Materialbahnlängsrichtung.
Mit einer Vergrößerung des Querschnittes der Düsen ändert sich auch das Tragkraftverhalten. Die Kurve 11 stellt das Tragkraftverhalten einer umluftbetriebenen Vorrichtung gemäß Figur 5 mit Düsen gemäß Figur 7 dar. Der Verlauf dieser Kurve 11 entspricht im Prinzip dem Verlauf der Kurve 9, allerdings bei größerem Bahnabstand. Nach wie vor ist aber das Tragkraftverhalten einer solchen Vorrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen wegen der größeren Anfangstragkraft und des Abfalls der Tragkraft bis auf Null überlegen. Der Bahnabstand entspricht dem herkömmlicher Vorrichtungen.
Während beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 der Strömungskörper 2 als ein von einem Heiz- oder Kühlmedium durchströmtes Rohr ausgebildet sein kann, um die aus den Düsen austretende Blasluft zu erwärmen, ist eine solche Erwärmung beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 nicht nötig, das mit Umluft betrieben werden kann. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 hat die der Materialbahn 1 zugekehrte Oberfläche des Strömungskörpers 2 etwa die gleiche Form wie der im Querschnitt flachelliptische Strömungskörper 2 des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 4. Anstelle der in einem Rohr 3 ausgebildeten Düsen 4 mit rundem, verhältnismäßig kleinen Querschnitt sind in Kästen 3 für die Zufuhr von Blasluft Düsen 4 mit ovalem, wesentlich größerem Querschnitt ausgebildet, wie in Fig.7 dargestellt. Während die Düsen 4 mit kleinem Querschnitt der Fig. 6 mit geringem Luftvolumen, dafür aber höherem Druck betrieben werden, werden die Düsen 4 mit großem Querschnitt der Fig. 7 mit großem Luftvolumen, aber geringem Druck betrieben. Letztere eignen sich für den Einsatz in einem Umlufttrockner, während die erstgenannten Düsen sich für den Einsatz zum schwebenden Führen von Warenbahnen vor allem dann eignen, wenn die Wärmeübertragung durch die Luft zweitranging ist.
Der Strömungskörper 2 beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist als kastenförmiger Kanal ausgebildet und weist in seinen Seitenwänden ein Gitter 15a,15b auf, über das die zwischen den Freistrahlen 6a,6b eingeströmte verbrauchte Blasluft abströmen kann.
Das Wirkungsprinzip der Vorrichtung gemäß Fig. 5 ist gleich dem der Figuren 1 bis 4. Der einzige Unterschied besteht, wie ausgeführt, darin, daß die Düsen 4 den in Fig. 7 dargestellten anderen und größeren Querschnitt haben. Das Tragverhalten einer Vorrichtung gemäß Figur 5 kommt in der Kurve 11 der Figur 10 zum Ausdruck. Für diese Vorrichtung gelten also im wesentlichen die gleichen Aussagen wie für die Vorrichtung mit dem Tragverhalten gemäß der Kurve 9.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 8 und 9 zeigen mögliche Anordnungen von Vorrichtungen zur schwebenden Führung von Materialbahnen ober- und unterhalb der Materialbahn. Die Vorrichtung gemäß Figur 8 ist aus Vorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 aufgebaut, während die Vorrichtung gemäß Figur 9 aus flachelliptischen Hohlkörpern ausgebildet ist, die die Strömungskörper bilden und gleichzeitig Zufuhrkanäle für Blasluft zu den an ihren Längsrändern ausgebildeten Düsen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Düsen derart angeordnet, daß die Freistrahlen sich in der Darstellung der Projektion in der Längsachse der Strömungskörper, nicht aber in Wirklichkeit kreuzen.
Die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 eignet sich besonders für Luft- und Flüssigkeitskalander. Wegen des harten Polsters auf den Strömungskörpern, der engen Anordnung und der konvexen Form der Strömungskörper lassen sich die Strömungskörper und die trapezförmigen Luft- bzw. Flüssigkeitskanäle 3 beiderseits der Materialbahn auf einen Abstand Null zu der zwischen ihnen liegenden Mittelebene oder darüber hinaus sogar etwas ineinander verzahnt anordnen, so daß die Materialbahn in kurzen Wellen mit großen Amplituden geführt wird. Hierdurch werden Beulen und Längsfalten infolge ungleicher Feuchte, Materialstruktur oder Dehnung schon im Trocknungsprozeß vermieden, so daß oft ein nachfolgender Walzenkalender für die Glättung entfallen kann.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 9 sind die Strömungskörper noch näher aneinandergerückt und bilden gleichzeitig die Zufuhrkanäle für die Blasluft zu den Düsen 4a,4b. Diese Anordnung eignet sich vor allem zum Betreiben mit Preßluft, gespanntem Dampf oder Flüssigkeiten unter Druck. Diese Ausbildung führt jedoch zu keiner Beschränkung. Für den Einsatz bei Umluftbetrieb (großes Volumen) kann das Volumen der Strömungskörper durch Vergrößerung auf der der Materialbahn abgekehrten Seite vergrößert werden. Die enge Verteilung der Düsen und damit der Blasstrahlen bewirkt dann einen gegenüber bisherigen Umlufttrocknern nicht nur im Schwebeverhalten, sondern auch in der Wärmeübertragung großen Fortschritt.
1. Vorrichtung zum schwebenden Führen von Materialbahnen, bestehend aus einem länglichen quer zur Laufrichtung der Materialbahn angeordneten Strömungskörper mit auf der Materialbahnseite konvex gekrümmter Oberfläche und an beiden Längsrändern des Strömungskörpers in Reihe angeordneten Düsen, mit denen zwischen die konvex gekrümmte Oberfläche des Strömungskörpers und die Materialbahn ein gasförmiges oder flüssiges Medium einblasbar ist, wobei die dem einen Längsrand zugeordneten Düsen gegenüber den dem anderen Längsrand zugeordneten Düsen in Richtung der Längsachse des Strömungskörpers um etwa eine halbe Teilung (Abstand benachbarter Düsen) versetzt sind,
dadurch gekennzeichnet , daß die Düsen (4,4a,4b) als mit Abstand von dem Strömungskörper (2) angeordnete Freistrahldüsen ausgebildet sind, die unter spitzem Winkel zur Materialbahn flach in den Zwickel zwischen der Materialbahn und dem Strömungskörper (2) derart gerichtet Sind, daß die benachbarten Randbereiche der aus gegenüberliegenden Düsen austretenden divergierenden Strömungsstrahlen (6a,6b) bei fehlender MateriaLbahn (1) im wesentlichen ohne gegenseitige Behinderung aneinander vorbeiströmen und mit kleiner werdendem Abstand der Aaterialbahn von der Oberfläche des Strömungskörpers (2) mehr und mehr aufeinandertreffen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlachse (7a,7b) des Strömungsstrahls (6a,6b) einer jeden Düse (4, 4a, 4b) eine Sekante, Tangente oder Passante zur gekrümmten Oberfläche des Strömungskörpers (2) bildet und daß der Abstand der Düse (4, 4a, 4b) von der Oberfläche des Strömungskörpers (2) unter Berücksichtigung des Divergenzwinkels des zugehörigen Strömungsstrahls derart bemessen ist, daß bei fehlender Materialbahn (1) der Strömungsstrahl (6a,6b) mit wenigstens einem Drittel seines Umfangs die Oberfläche des Strömungskörpers (2) anströmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand der Düsen (4, 4a, 4b) von der angeströmten Oberfläche des Strömungskörpers (2) etwa 1/10, insbesondere 1/5 der Länge der der Materialbahn zugekehrten Oberfläche des Strömungskörpers (2) in Strömungsrichtung beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet , daß.die auf eine Mittelebene der Materialbahnführung projizierten Verbindungslinien (5a,5b) zwischen den zugewandten Randbereichen der gegenüberliegenden Düsen einen Winkel je zwischen 5° und 20°, insbesondere zwischen 10° und 12° einschließen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die konvex gekrümmte Oberfläche des Strömungskörpers (2) im Querschnitt die Form eines flachen Ellipsenbogens, eines flachen Korbbogens oder eines flachen Polygons hat.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in Materialbahnlaufrichtung hintereinander angeordneten Strömungskörpern (2) zwischen zwei benachbarten Strömungskörpern (2) ein gemeinsamer Zufuhrkanal (3) für das gasförmige oder flüssige Medium für die den beiden Strömungskörpern (2) zugeordneten Düsen (4a,4b) vorgesehen ist (Figur 8).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet , daß bei mehreren in Materialbahnlaufrichtung hintereinander angeordneten Strömungskörpern (2) die Strömungskörper (2) als Zufuhrkanäle für das gasförmige oder flüssige Medium ausgebildet sind und in ihrer Wandung die Düsen (4a,4b) ausgebildet sind, die den benachbarten Strömungskörpern (2) zugeordnet sind (Figur 9).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Düsen (4a,4b) und dem Strömungskörper (2) auf der der Materialbahn (1) abgewandten Seite ein Abströmkanal (16a,16b) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet , daß der Abströmkanal (16a,16b) in einen Sammelkanal (17) mündet, der von dem Strömungskörper (2) gebildet ist.