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Die
Erfindung betrifft ein Bahnleitelement zur Führung und/oder Umlenkung einer
laufenden Papier-, Karton- oder anderen Faserstoffbahn, welches mit
Druckgas beaufschlagbar ist und sich im Wesentlichen über die
gesamte Breite der Faserstoffbahn erstreckt, aufweisend einen Mantel
mit einer der Faserstoffbahn zugeordneten Bahnleitfläche und
wenigstens einer gasdurchlässigen,
porösen
Schicht, um zwischen der Bahnleitfläche und der darüber laufenden
Faserstoffbahn einen Tragfilm zu bilden.
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Ein
Bahnleitelement mit einer luftdurchlässigen, porösen und zylindrisch geformten
Oberfläche ist
aus verschiedenen Druckschriften bereits bekannt.
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Auf
die DE-A1 103 22 519 soll hierbei verwiesen werden.
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Mit
derartigen Leitelementen soll eine definierte gleichmäßige Luftverteilung
möglich
sein, so dass die Faserstoffbahn berührungslos und ohne Gefahr einer
Faltenbildung bei deren Lauf durch eine Herstellungs- und/oder Veredelungsmaschine
führbar
ist.
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In
der Praxis konnte diese Luftverteilung noch nicht zufriedenstellend
gelöst
werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vor allem in dieser
Hinsicht verbessertes Bahnleitelement bereitzustellen, mit dem eine
kontaktlose Führung
und Umlenkung einer Faserstoffbahn möglich ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenes Bahnleitelement.
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Demgemäß ist vorgesehen,
dass der Mantel des Bahnleitelementes aus einer inneren und einer äußeren Schicht
besteht, wobei die äußere Schicht aus
dem gasdurchlässigen,
porösen
Material besteht. Die innere Schicht ist dagegen so gestaltet, dass
sie stabilitätsbildend
wirkt. Darüber
hinaus weist diese innere Schicht eine Vielzahl an Durchtrittsöffnungen
auf, die in Verbindung stehen mit wenigstens einer Druckkammer für die Beaufschlagung
des Bahnleitelementes mit dem Druckgas.
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Erfindungsgemäß sind beide
Schichten, also die äußere und
die innere Schicht, durchgängig
ausgebildet, so dass deren Herstellung weniger aufwändig ist.
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Als
Druckgas wird konditionierte Luft (gereinigt und gefiltert) verwendet.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass die Luft beim Durchströmen des
Bahnleitelementes bzw. des aus mehreren Schichten bestehenden Mantels
in radialer Richtung von innen nach außen zur zu führenden
Faserstoffbahn hin, einen großen
Druckabfall erfährt.
Dieser Druckabfall bewirkt, dass stets gleichmäßige Luftmengen abgegeben werden.
In überraschender
Weise funktioniert das sogar in solchen Fällen, wo der Abstand des Bahnleitelementes
zur Faserstoffbahn unterschiedlich, d.h. ungleichmäßig ist.
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Aus
diesem Grunde ist im Inneren des Bahnleitelementes wenigstens eine
Druckkammer angebracht, die das Anströmen des Mantels des Bahnleitelementes
mit dem Druckgas bzw. der Druckluft von innen her möglich macht.
Zweckmäßig ist
aber die Anordnung von mehreren umfangsseitig angebrachten Druckkammern.
Die Anzahl und die Größe der Druckkammern
richten sich nach der Größe des gesamten
Bahnleitelementes. Anders ausgedrückt: die Größe bestimmt sich durch den
gewünschten
Funktionsbereich, also jenen Bereich den die Faserstoffbahn umschlingen
soll. So ist eine komplette kreiszylindrische Querschnittsform,
als auch eine Viertelkreisform mit ebensolcher Umschlingung, auch
eine Ausbildung in Halbkreisform bei Umschlingung von 180°, aber auch
eine gerade und ebene Bauweise möglich.
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Die
für die
Stabilität,
d.h. auch Tragfunktion zuständige
innere Schicht weist, wie oben schon beschrieben, eine Vielzahl
von Durchtrittsöffnungen auf.
Diese stehen über
die unterhalb angeordnete wenigstens eine Druckkammer in Verbindung
mit Druckluftanschlüssen.
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Bei
kleineren Bauweisen reichen ein einzelner Luftanschluss und nur
eine einzelne Druckkammer aus.
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Der
Herstellungsaufwand für
die einzelnen Druckkammern lässt
sich minimieren, wenn jeweils dieselbe und einfache Bauform vorgesehen
ist. So ist im Rahmen der Erfindung an eine L-Form gedacht, die
umfangsseitig aneinander gereiht eine Sägezahn-artige Form ergibt.
An der Längsseite
des "L" ist dadurch auch
genügend
viel Platz zur Anbringung der Druckluftanschlüsse vorhanden. Andere Druckkammerformen,
z.b. Rechteckformen sind aber ebenso denkbar.
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Jede
Druckkammer kann mit einem eigenen Druckluftanschluss versehen sein.
Die Druckkammern können
dabei alle mit dem gleichen Versorgungsdruck beaufschlagt sein.
Es ist aber auch eine unterschiedliche Versorgung möglich, beispielsweise um
Ein- und Auslaufbereiche (dort wo die Faserstoffbahn dem Bahnleitelement
zuläuft
und abläuft)
anders zu versorgen. Innerhalb jeder Druckkammer wird der Versorgungsdruck
gleichmäßig über die Breite
(in Breitenrichtung der Faserstoffbahn bzw. des Bahnleitelementes
gesehen) verteilt. Zur Seite hin sind die Druckkammern bzw. die
eine Druckkammer von Seitenwänden
begrenzt. In der genannten Breitenrichtung können mehrere Seitenwände vorgesehen
sein, mit denen die Druckkammer/Druckkammern zonenartig abgegrenzt
sind, so dass eine zonenweise Querprofilierung, d.h. zonenweise
anderer Versorgungsdruck möglich
ist.
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Die
innere Schicht kann sowohl integraler Bestandteil des Tragkörpers des
Bahnleitelementes sein, als auch selbst den Tragkörper bilden.
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Vorteilhaft
ist es hinsichtlich des Herstellungsaufwandes auch, wenn die innere
Schicht aus einem Rohr oder einem Rohrabschnitt gefertigt ist. Entscheidend
für die
Auswahl ist, wie eben beschrieben, der beabsichtigte Umschlingungsgrad
der Faserstoffbahn. Bei Umschlingung von ca. 180° würde man also ungefähr einen
halben Rohrquerschnitt wählen.
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Dementsprechend
ist dann auch die äußere Schicht
in ihrer Größe herzustellen.
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Eine
zweckmäßige Möglichkeit
kann darin bestehen, dass die äußere, gasdurchlässige und
poröse
Schicht auf die innere Schicht mittels thermischen Spritzverfahren
oder durch Sintern aufgebracht ist.
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Diese äußere Schicht,
die als Funktionsschicht bezeichnet werden kann, weist Anteile von Eisen
und/oder Chrom und/oder Nickel und/oder Molybdän und/oder Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen
oder Aluminiumhydroxyd und/oder Silizium auf oder kann auch aus
Duroplast-Aluminium-Verbundwerkstoffen bestehen.
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Die äußere Schicht
kann im Übrigen
aus mehreren homogenen Lagen aufgebaut sein. Dabei kann es vorteilhaft
sein, wenn deren einzelne Luftdurchlässigkeit nach außen hin
abnimmt bzw., der Luftwiderstand nach außen hin zunimmt. In bestimmten
Fällen
kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Schicht inhomogen ausgebildet
ist und ihr Luftwiderstand innerhalb der Schicht nach außen hin
kontinuierlich zunimmt.
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Im
Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schichtdicke der äußeren Schicht
insgesamt zwischen 0,5 und 20mm beträgt und die Schichtdicke der
stabilitätsbildenden,
inneren Schicht ca. 5 bis 50mm beträgt. Letzteres Maß hängt davon
ab, wie breit die Maschine ist. Je breiter diese ist, desto dicker
ist auch die innere Schicht zu wählen.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass der Mantel des Bahnleitelementes
maschinenbreit ausgeführt
sein kann. Er kann aber auch nur aus einzelnen Teilstücken bestehen,
die auf einem durchgehenden, maschinenbreiten Träger aufgebracht sind. In diesem
Fall braucht die innere Schicht weniger dick zu sein.
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Außerdem ist
vorgesehen, dass der einen bzw. den einzelnen Kammern zugeführte Versorgungsdruck
für das
berührungslose
Führen
der Faserstoffbahn im Bereich zwischen 1 und 10 bar, vorzugsweise
1 bis 6 bar und die durch diesen Versorgungsdruck regelbare und
durch die Schichten strömende
Luftmenge ca. 0,03 bis 5m3/(min m2), vorzugsweise 0,5 bis 3 m3/(min
m2) beträgt.
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Sehr
zweckmäßig ist
es, wenn die innere Schicht eine Vielzahl an Durchtrittsöffnungen
in Form von kreisrunden Bohrungen oder Langlöchern aufweist. Damit lässt sich
die Anströmung
der äußeren Schicht
von unten bzw. von innen her bewerkstelligen und der beabsichtigte
Druckabfall an der Außenfläche der äußeren Schicht,
zwecks einer gleichmäßigen und
definierten Luftverteilung erreichen. Das war mit den Mitteln aus
dem Stand der Technik- z.B. mit sogenannten Airturns, die eine Prallluftströmung direkt
an die Faserstoffbahn abgeben – oder
mit porösen
Leitelementen ohne die erfindungsgemäßen Druckkammern nicht möglich.
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Die
Gestaltung der einzelnen Durchtrittsöffnungen der inneren Schicht
bzw. des Tragkörpers
ist aus weiteren Unteransprüchen
entnehmbar.
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Das
erfindungsgemäße Bahnleitelement
ist vorgesehen für
einen Einsatz innerhalb einer Maschine zur Herstellung und/oder
Veredelung einer Faserstoffbahn, die bevorzugterweise eine Papierbahn sein
soll.
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Ein
bevorzugter Anwendungsort ist seine Anordnung unmittelbar nach einer
Streichstation für eine
oder beide Bahnseiten der Faserstoffbahn, wo die Auftragsschicht
der frisch beschichteten Faserstoffbahn nicht beim weiteren Lauf
durch die Maschine nicht beschädigt
werden soll und deshalb ein berührungsloses
Führen
und ggf. Umlenken der Bahn notwendig ist.
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Die
Erfindung weist folgende Vorteile auf:
- –- berührungslose
Bahnführung
- – definierte
und gleichmäßige Luftverteilung
in Richtung der Faserstoffbahn
- – die
Luftverteilung ist unabhängig
vom Bahnabstand
- – reinigungsfreundliche
Ausführung
- – verschleißarme bis
verschleißfreie
Oberfläche
- – zuverlässige und
dauerhafte Verbindung aller Einzelteile
- – Senkung
der Betriebskosten durch geringeren Luftverbrauch
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:
Es
zeigen in schematischer Darstellung:
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1:
ein erfindungsgemäßes Bahnleitelement
im Querschnitt
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2:
die Draufsicht auf die innere Schicht der Bahnleitfläche des
erfindungsgemäßen Bahnleitelementes
mit verschiedenen Beispielen a bis l der Anordnung von Durchtrittsöffnungen
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
der 1 ist ein Teilabschnitt eines erfindungsgemäßen Bahnleitelementes 1 im
Querschnitt dargestellt.
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Es
weist hier einen konvex gekrümmten Mantel 2 mit
einer Bahnleitfläche 2a auf,
so dass das Bahnleitelement 1 in etwa einen kreisförmigen,
oder halbkreisförmigen,
oder viertelkreisförmigen
Querschnitt bildet. Sein Querschnitt und seine Größe hängen jedenfalls
vom beabsichtigten Umschlingungswinkel einer über das Bahnleitelement 1 zu
führenden
Faserstoffbahn 3 ab. Wenn nicht an eine Umlenkung der Faserstoffbahn 3 gedacht
ist, kann der Mantel 2 des Bahnleitelementes 1 auch
gerade ausgeführt
sein.
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Der
Mantel 2 besteht aus einer inneren Schicht 4 und
einer äußeren Schicht 5.
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Die
innere Schicht 4 ist stabilitätsbildend, d.h. bildet einen
Tragkörper
oder Teil eines Tragkörpers 6 des
Bahnleitelementes 1, wobei die innere Schicht 4 aus
einem Rohr oder einem Rohrsegment besteht und aus Stahl gefertigt
ist.
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Beide
Schichten 4 und 5 sind dem Querschnitt angepasst,
durchgängig
ausgebildet.
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Die äußere Schicht 5,
die als Funktionsschicht bezeichenbar ist, besteht aus einem aufgespritzten
oder aufgesinterten, gasdurchlässigen
und porösen
Material. Dafür kommen
Anteile von Chrom und/oder Aluminium und/oder Molybdän und/oder
Silizium und/oder Nickel und/oder Eisen oder auch Verbundwerkstoffe
infrage. Damit ist eine Funktionsschicht geschaffen, die eine ausreichend
hohe Härte und
Verschleißfestigkeit
aufweist.
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Unterhalb
der inneren Schicht bzw. der Trägerschicht 4 (auf
der von der Bahnleitfläche 2a gegenüberliegenden
Seite) sind mehrere Druckkammern 7 hier in L-Form (im Beispiel
sind sieben Kammern dargestellt) sägezahnartig eingearbeitet.
Diese Form der Druckkammern 7 ist relativ einfach herstellbar
und lässt
auch die symmetrische Anbringung von jeweils einem Luftdruckanschluss 8 zu.
Jede Kammer ist also mit einem Luftanschluss versehen, wobei die
Druckkammern 7 alle mit dem gleichen Versorgungsdruck oder
auch mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagbar
sind. Die unterschiedliche Beaufschlagung ist dann zu wählen, wenn
der Einlaufbereich 9 (wo die Faserstoffbahn 3 dem
Bahnleitelement 1 zuläuft)
und/oder der Auslaufbereich 10 (wo die Faserstoffbahn das
Leitelement 1 in Bahnlaufrichtung L wieder verlässt) anders
versorgt werden soll.
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Innerhalb
der Druckkammern 7 wird in der Regel der Versorgungsdruck,
der im Bereich von 1 bis 19 bar, vorzugsweise aber unter 6 bar liegt, gleichmäßig über die
Breitenrichtung des Bahnleitelementes 1 verteilt. An den
Stirnseiten des Bahnleitelementes 1 befindet sich jeweils
eine Seitenwand 11, die die Druckkammern seitlich zur Umgebung
hin begrenzt. Hierbei ist also die einzelne Druckkammer 7 maschinenbreit
ausgeführt.
Zusätzlich
können
aber noch zusätzliche
Seitenwände 11 zur
Unterteilung der Druckkammern 7 in einzelne nicht dargestellte Segmente
oder Zonen vorhanden sein. Diese so gebildeten Zonen ermöglichen
eine Querprofilierung bzw. Versorgung mit unterschiedlichen Versorgungsdrücken innerhalb
der Maschinenbreite, wobei unter der Maschinenbreite auch die Bahnelementbreite verstanden
sein soll. Diese Ausführung
gewährleistet stets
eine definierte, gleichmäßige und
berührungslose
Führung
auf einer Tragluftschicht 12 der Faserstoffbahn 3.
Als Druckgas ist konditionierte Luft vorgesehen.
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Die äußere Schicht 5 kann
insgesamt aus mehreren übereinander
gelegten, aber nicht dargestellten, homogenen Lagen aufgebaut sein.
Dabei kann deren Luftdurchlässigkeit
nach außen
hin abnehmen bzw. deren Luftwiderstand nach außen hin zunehmen. Die Schicht 5 kann
aber auch inhomogen sein und ihr Luftwiderstand nimmt ebenfalls
nach außen
hin kontinuierlich zu.
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Die
Schichtdicke der äußeren Schicht 5 beträgt insgesamt
zwischen 4 bis 20mm, und die Schichtdicke der stabilitätsbildenden,
inneren Schicht ca. 5 bis 50 mm beträgt.
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Ferner
beträgt
der den Kammern 7 zugeführte
Versorgungsdruck für
das berührungslose
Führen der
Faserstoffbahn 3 zwischen 1 und 10 bar, vorzugsweise 1
bis 6 bar und die durch diesen Versorgungsdruck regelbare und durch
die Schichten 4 und 5 strömende Luftmenge ca. 0,03 bis
5m3/(min m2), vorzugsweise
0,5 bis 3 m3/(min m2).
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Die
innere Schicht weist eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 13 auf.
Die entsprechende Anordnung dieser Durchtrittsöffnungen ist in Lochbildern
der 2 in 2a bis 2l dargestellt.
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Die
Durchtrittsöffnungen 13 stellen
die Verbindung zwischen den Druckkammern 7 und der äußeren Schicht 5 des
Bahnleitelements 1 her. Zur Bildung einer gleichmäßigen und
auch gezielt beeinflussbaren Stärke
der Blaswirkung auf die Faserstoffbahn 3 sind die Durchtrittsöffnungen 13 in
Form von kreisrunden Bohrungen, wie 2a und 2b zeigen oder in Form von Langlöchern, wie
die 2c bis 2l zeigt,
gefertigt.
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In 2 sind
verschiedene Möglichkeiten der
Anordnung der einzelnen Durchtrittsöffnungen 13 in der
inneren Tragschicht 4 in der Draufsicht dargestellt.
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Aus Übersichtlichkeitsgründen wurden
nur vereinzelt Bezugszeichen eingezeichnet, da abgesehen von der
Anordnung der Durchtrittsöffnungen 13 die
einzelnen Elemente in allen Abbildungen gleichermaßen vorkommen.
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Die
Durchtrittsöffnungen 13 sind
im Laserverfahren hergestellt. Sie sind als kleine kreisrunde parallele
Löcher
mit gleichem Abstand zueinander (Bild a) oder in zueinander versetzter
Anordnung und in ebenso gleichem Abstand (Bild b) eingebracht.
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Im
Rahmen der Erfindung werden allerdings die Durchtrittsöffnungen 13 in
Form von Langlöchern bevorzugt,
weil diese sich auch mittels thermischen Abfrageverfahren, wie dem
Plasma- oder Brennschneiden kostengünstiger einfacher herstellen
lassen. Diese können
auch die Form von Ovalen 3.2 aufweisen und sind in den
Abbildungen c) bis l) nur als kurze Striche dargestellt. Die Durchtrittsöffnungen 13 weisen
eine maximale Breite b von 0,2 bis 1 mm auf. Die Maße gelten
auch als Durchmesser der kreisrunden Bohrungen bei Bildern a) und
b).
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Die
konstante Länge
d der bevorzugten länglich
ausgebildeten und in etwa in Laufrichtung L ausgerichteten Durchtrittsöffnungen 13,
wie die Bilder c) bis l) andeuten sollen, beträgt ca. 5 bis 20 mm.
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Im
Beispiel c) und d) beträgt
die Länge
5mm, in den übrigen
Beispielen 10mm.
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Außerdem weisen
die Durchtrittsöffnungen 13 jeweils
einen Abstand a zueinander zwischen kleiner 5mm bis kleiner 15mm
auf. Im Beispiel gemäß Abbildung
a) und b) mit kleinen kreisrunden Löchern beträgt der Abstand a) nur 4mm.
Im Beispiel c) und g) je 10 mm, im Beispiel d) f) h) i) k) und l)
jeweils 14mm, im Beispiel j) 6mm.
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Die
Abbildungen a) bis l) zeigen, dass die Durchtrittsöffnungen 13 in
Reihen R angeordnet sind.
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Außerdem können die
einzelnen Durchtrittsöffnungen 13 gegenüber einer
nebenliegenden Reihe versetzt zueinander angeordnet sein, wie die
Bilder d), f), g), i), k), j) zeigen. Dabei sind Zwischenabstände zwischen
den einzelnen Reihen R, wie in Bild d) und f) oder auch keine Zwischenabstände zwischen
den einzelnen Reihen R, wie Bild g), oder Überdeckungen der Enden der
Durchtrittsöffnungen 13,
wie Bild j) zeigt, möglich.
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Die
Durchtrittsöffnungen 13 können in
ihren Reihen R auch parallel nebeneinander und mit größerem Zwischenabstand
zwischen den Reihen R angeordnet sein, wie Bild e) zeigt.
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Die
Reihen R der Durchtrittsöffnungen 13 haben
zueinander einen Abstand A von ca. 3 bis 18mm.
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Die
Abbildungen k) und l) sollen zeigen, dass es auch möglich ist,
die Durchtrittsöffnungen 13 in
einem Winkel α zur
Laufrichtung L der Faserstoffbahn auszurichten, weil damit eine
Vergrößerung der
Wirkfläche
der Blasöffnungen 13 durch
deren Überdeckung
in deren Randbereichen in Querrichtung Q gesehen, möglich ist
und dadurch sich die Anströmung der äußeren Schicht 5 und
damit auch die Führung der
Faserstoffbahn 3 verbessert.
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Der
Winkel α beträgt zwischen
7° und 15°.
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Unterhalb
der Abbildungen a) bis l) ist ein horizontaler Pfeil L eingezeichnet,
der die Laufrichtung der Faserstoffbahn 8 angeben soll.
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Das
erfindungsgemäße Bahnelement 1 ist vorgesehen,
um unmittelbar an eine Streichvorrichtung zum Beschichten einer
oder beider Seiten der Faserstoffbahn 3 wirken zu können.
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Es
ist aber auch einzeln oder mehrfach nacheinander einer oder beiden
Bahnseiten der Faserstoffbahn 3 entlang ihrem Laufweg L
zuordenbar.
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Wichtig
dabei ist, dass die aufgetragene Schicht eines flüssigen bis
pastösen
Auftragsmediums, wie Streichfarbe, Leim oder Stärke nicht beschädigt wird
und die durch den Auftrag verursachte Quellung der Bahn mit möglicher
anschließender Faltenbildung
F ausgebügelt
werden kann.
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All
diese beschriebenen Ausführungen
und Anordnungen sind abhängig
von den aktuellen Bedingungen innerhalb einer Herstellungs- und/oder Veredelungsmaschine.
So lassen sich beispielsweise die genannten Bemessungen und Versorgungswerte
der verwendeten Druckluft an die jeweilige Bahngeschwindigkeit oder
die Art der Faserstoffbahn, d.h. an die Papiersorte anpassen, um
so einen optimalen Laufzeitwirkungsgrad der Maschine zu erreichen.
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Das
Bahnleitelement 1 kann wie gesagt bevorzugt innerhalb einer
auf eine Vor-Trockenpartie folgende
Streichmaschine einer Maschine zur Herstellung und Veredelung einer
Papier- oder Kartonbahn eingesetzt sein, könnte aber auch in anderen Partien
der Maschine Anwendung finden, wo die Faserstoffbahn aufgrund Ihres
Feuchtigkeitsgehaltes zur Faltenbildung neigt.
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Dabei
kann der Einbau nur an einer Bahnseite oder aber auch an beiden
Bahnseiten erfolgen.
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Auf
die Darstellung und Beschreibung der speziellen Auftragsaggregate
und Einbauarten soll hier verzichtet werden, da diese hinlänglich bekannt sind.
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- 1
- Bahnleitelement
- 2
- Mantel
- 2a
- Bahnleitfläche
- 3
- Faserstoffbahn
- 4
- innere
Schicht/Trägerschicht
- 5
- äußere Schicht/Funktionsschicht
- 6
- Tragkörper
- 7
- Druckkammer
- 8
- Druckluftanschluss
- 9
- Einlaufbereich
- 10
- Auslaufbereich
- 11
- Seitenwand
- 12
- Tragluftschicht
- 13
- Durchtrittsöffnungen
- A
- Reichenabstand
- L
- Laufrichtung
- R
- Reihe
- a
- Abstand
- b
- Breite
- d
- Länge
- α
- Winkel