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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befeuchten einer Materialbahn
mit einem Gehäuse, das
einen Flüssigkeitsanschluß zur Zufuhr
einer Flüssigkeit
und eine der Bahn zugewandte Befeuchtungsseite, durch die Flüssigkeit
an die Bahn abgebbar ist, aufweist. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Befeuchten einer Materialbahn, bei dem man eine
Flüssigkeit
in Tröpfchen
aufteilt und die Tröpfchen
auf die Materialbahn transportiert.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel
für die
Materialbahn beschrieben. Sie ist jedoch bei anderen Materialbahnen in
entsprechender Weise anwendbar.
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Bei
der Herstellung von Papier ist es in bestimmten Verfahrensstufen
erforderlich, die Papierbahn zu be feuchten. Die Befeuchtung kann
dabei unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Zum einen kann man die
Befeuchtung verwenden, um ein Feuchteprofil in einer Richtung quer
zur Laufrichtung der Papierbahn zu vergleichmäßigen oder auf einen gewünschten
Verlauf einzustellen. Zum anderen ist es möglich, die Feuchtigkeit der
Papierbahn insgesamt anzuheben, beispielsweise vor dem Satinieren
in einem Kalander.
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Zum
Befeuchten einer Papierbahn gibt es zwei prinzipiell unterschiedliche
Befeuchtungsvorrichtungen. Zum einen kennt man sogenannte Düsenfeuchter.
Hier wird eine Flüssigkeit,
in der Regel Wasser, durch eine Düsenanordnung ausgestoßen. Durch
die Düsenanordnung
wird das Wasser in Tröpfchen
unterteilt. Die Düsenanordnung
ist dabei zur Papierbahn hin gerichtet, so daß das ausgestoßene Wasser
in Tröpfchenform
auf die Papierbahn gelangt. Düsenfeuchter
haben den Vorteil, daß man damit
größere Mengen
an Flüssigkeit
an die Papierbahn abgeben kann. Sie werden daher insbesondere verwendet,
um Feuchtigkeitsunterschiede auszugleichen oder die Feuchtigkeit
der Papierbahn insgesamt anzuheben.
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Eine
andere Möglichkeit,
Feuchtigkeit auf die Papierbahn zu übertragen, besteht in der Verwendung
von sogenannten Dampffeuchtern. Dampffeuchter stoßen Dampf über entsprechend
ausgebildete Düsen
in Richtung auf die Papierbahn aus. Der Dampf, der auf der Papierbahn
auftrifft, kondensiert dort und erhöht die Oberflächentemperatur
der Papierbahn und ihre Feuchtigkeit. Dampffeuchter verwendet man
insbesondere zur Beeinflussung des Glanz- und Glätte-Querprofils. Mit Dampffeuchtern
ist die übertragbare
Feuchtigkeitsmenge allerdings be schränkt. Dampffeuchter haben den
Vorteil, daß sie die
Feuchtigkeit besser verteilen. Es bilden sich im Grunde keine oder
nur sehr feine Tröpfchen,
die später
an der Oberfläche
der Papierbahn nicht mehr unterschieden werden können, sondern die Flüssigkeit bildet
einen Film.
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Eine
Kombination von Dampf- und Flüssigkeitsbefeuchtung
ist schwierig. Von der Konstruktion sind Dampf- und Düsenfeuchter
zu unterschiedlich, um sie ohne weiteres kombinieren zu können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Befeuchtungsmöglichkeiten
zu erweitern.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß der Flüssigkeitsanschluß in einen
Verteilerraum mündet, in
den auch ein Gasanschluß mündet, und
zwischen dem Verteilerraum und der Befeuchtungsseite poröses Material
angeordnet ist, das flüssigkeits-
und gasdurchlässig
ausgebildet ist.
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Mit
dieser Ausgestaltung ist es nun möglich, die Flüssigkeit
in außerordentlich
feine Tröpfchen
zu unterteilen. Hierzu erzeugt man im Verteilerraum einen entsprechenden
Gasdruck. Das unter Druck stehende Gas tritt durch das poröse Material
in Richtung auf die Materialbahn aus. Da man in den Verteilerraum
aber auch die zum Befeuchten verwendete Flüssigkeit einspeist, reißt das Gas
dabei die Flüssigkeit
in das poröse
Material hinein und preßt
es durch das poröse
Material hindurch. Das poröse
Material teilt die Flüssigkeit
entsprechend der Porengröße in kleinste
Teilvolumina auf. Das durch das poröse Material hindurchtretende
Gas bläst
dann diese kleinsten Teilvolumina, die zu entsprechend kleinen Tröpfchen führen, auf
die Oberfläche
der Materialbahn. Die Materialbahn wird dann mit sehr feinen Tröpfchen beaufschlagt,
so daß man
einerseits eine große Menge
an Flüssigkeit
auf die Materialbahn übertragen
kann, andererseits die Nachteile eines Düsenfeuchters mit den relativ
großen
Tröpfchen
nicht in Kauf nehmen muß.
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Vorzugsweise
ist der Gasanschluß als Dampfanschluß ausgebildet.
Man führt
also als Gas den Dampf der Flüssigkeit
zu. Gegebenenfalls können
natürlich
sowohl Gas als auch Flüssigkeit
modifiziert worden sein, die Flüssigkeit
beispielsweise durch Zusatz von Hilfsmitteln. Die Verwendung von Dampf
hat zwei Vorteile. Zum einen wird die auf die Oberfläche der
Materialbahn aufgebrachte Feuchtigkeitsmenge zusätzlich erhöht, weil auch der Dampf eine
gewisse Feuchtigkeit transportiert. Zum anderen hebt der Dampf,
der eine erhöhte
Temperatur hat, auch die Temperatur der Flüssigkeit an. Dies senkt beispielsweise
die Viskosität
ab, so daß die
Flüssigkeit
leichter durch das poröse
Material hindurchtreten kann. Die Aufteilung der Flüssigkeit
in feinste Tröpfchen
wird dadurch erleichtert.
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Vorzugsweise
bildet das poröse
Material eine Begrenzungswand des Verteilerraums. Das poröse Material
ist also über
die gesamte Befeuchtungsseite verteilt. Es besteht keine Möglichkeit,
daß Flüssigkeit
sozusagen um das poröse
Material herumfließt
und dann auf die Materialbahn gelangt.
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Dies
ist insbesondere dann der Fall, wenn das poröse Material als Platte ausgebildet
ist. Diese Platte be grenzt den Verteilerraum auf einer Seite und sorgt
dafür,
daß Flüssigkeit,
die aus dem Verteilerraum austreten will, nur durch das poröse Material treten
kann.
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Bevorzugterweise
ist das poröse
Material zwischen dem Verteilerraum und einer Düsenanordnung angeordnet. Die
Düsenanordnung
kann verwendet werden, um die Feuchtigkeit, die in Form von Tröpfchen aus
dem porösen
Material ausgestoßen wird,
auf die Materialbahn zu richten.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß die
Düsenanordnung
als Düsenplatte
ausgebildet ist. Die Düsenplatte
stützt
dann das poröse
Material ab. Das poröse Material
kann also eine verminderte mechanische Festigkeit haben. Man kann
die Düsenplatte
auch noch für
einen weiteren Zweck nutzen. Wenn das poröse Material komprimierbar ist,
kann dessen nutzbarer Volumenanteil durch das Komprimieren verändert werden.
Die Kompression kann man beispielsweise durch eine Änderung
des Dampfdrucks verändern. Über die
Kompression des porösen
Materials läßt sich
dann in gewissen Grenzen die Größe der Tröpfchen einstellen.
Bei der Kompression wird das poröse
Material zwischen dem Gas im Verteilerraum und der Düsenplatte
zusammengedrückt.
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Vorzugsweise
ist das poröse
Material als Schaumstoff mit offenen Poren ausgebildet. Die Poren
bilden dann Kanäle
durch das poröse
Material mit kleinstem Querschnitt. Diese Kanäle müssen auch nicht unbedingt geradlinig
verlaufen. Sie gestatten den Durchtritt der Flüssigkeit, wobei die Poren,
wie bereits ausgeführt,
die Flüssigkeit
in kleinste Volumina unterteilen.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß der
Schaumstoff zusätzlich
zu den offenen Poren geschlossene Poren aufweist. Durch Kompression
können
einerseits die Teilvolumina der offenen Poren und andererseits auch
die Breite der Kanäle
innerhalb des porösen Materials
verändert
werden. Damit lassen sich die Flüssigkeitsanteile
und die Strömungsgeschwindigkeiten
beeinflussen. Es ergeben sich zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten
für die
ausgestoßene
Flüssigkeit.
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Vorzugsweise
ist der Schaumstoff aus einem Kunststoff gebildet. Kunststoff-Schaumstoffe
stehen in großer
Zahl und Vielfalt zur Verfügung.
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In
einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Schaumstoff
als Metallschaum ausgebildet ist. Ein Metallschaum hat den Vorteil,
daß keine
Temperaturbegrenzung gegeben ist. Man kann also auch Dampf mit einer
höheren
Temperatur verwenden. Bei einem Metallschaum ist die Gefahr gering,
daß er
infolge der Dampfatmosphäre
quillt und altert.
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Schließlich ist
es auch möglich,
daß das
poröse
Material als Sintermaterial ausgebildet ist. Ein Sintermaterial
läßt sich
mit extrem feinen Poren herstellen. Es ist in der Regel allerdings
nicht kompressibel.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß das
Sintermaterial als Sintermetall ausgebildet ist. Bei einem Sintermetall
gibt es im Hinblick auf die verwendeten Dampftemperaturen im Grunde
praktisch keine Begrenzungen.
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Vorzugsweise
mündet
der Flüssigkeitsanschluß über eine
Verteilerleiste in den Verteilerraum, die die Flüssigkeit zumindest abschnittsweise
gleichmäßig auf
das poröse
Material verteilt. Man richtet also zunächst eine Vielzahl von Flüssigkeitsstrahlen gegen
das poröse
Material. Diese Flüssigkeit
dringt dann in das poröse
Material ein und wird durch den anstehenden Gasdruck durch das poröse Material hindurch
transportiert. Das poröse
Material muß in diesem
Fall allerdings keine Verteilfunktion aufweisen. Es reicht aus,
wenn die auftreffende Flüssigkeit direkt
durch das poröse
Material hindurchgedrückt wird.
Das poröse
Material wird zwar in der Regel keinen Kanal aufweisen, der senkrecht
zur Oberfläche des
porösen
Materials steht, das poröse
Material sozusagen geradlinig durchquert. Man wird also lokal kleine
Abweichungen zwischen dem Eintrittsort der Flüssigkeit in das poröse Material
und dem Austrittsort haben. Durch eine gleichmäßige Beaufschlagung der dem
Verteilerraum zugewandten Seite des porösen Materials ergibt sich jedoch
praktisch eine genauso gleichmäßig ausgebildete
Austrittsverteilung der Flüssigkeit
auf der Außenseite
des porösen
Materials. Die Verteilerleiste kann eine Vielzahl von Düsen aufweisen,
die auf das poröse
Material gerichtet sind. Diese Düsen
sorgen also für
eine hohe Auflösung
und damit eine gleichmäßige Verteilung
der Flüssigkeit.
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Vorzugsweise
ist der Verteilerraum quer zur Laufrichtung der Materialbahn in
mehrere Abschnitte unterteilt, wobei die Gas- und/oder Flüssigkeitszufuhr zu
einzelnen Abschnitten einzeln einstellbar ist. Man kann die Befeuchtung
der Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung in einzelnen Abschnitten
unterschiedlich beeinflussen.
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Damit
lassen sich beispielsweise Feuchtigkeitsunterschiede in Querrichtung
der Materialbahn ausgleichen.
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Die
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß man
die Flüssigkeit
mit Hilfe von Gas durch ein poröses
Material drückt.
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Wie
oben im Zusammenhang mit der Vorrichtung ausgeführt, erzeugt das poröse Material, beispielsweise
ein Sintermaterial, insbesondere ein Sintermetall, oder ein Schaumstoff
aus Kunststoff oder Metall, aufgrund seiner kleinen Porengröße außerordentlich
feine Tröpfchen,
die dann sehr gleichmäßig verteilt
auf der Oberfläche
der Materialbahn niedergehen. Dadurch, daß die Tröpfchen so fein sind, erzeugt
man nicht nur eine gleichmäßige Verteilung
der Flüssigkeit.
Auch das Risiko, daß größere Tröpfchen die
Materialbahn durchschlagen oder auf andere Weise beschädigen, ist
praktisch nicht mehr vorhanden. Dementsprechend kann man auch höhere Gasdrücke verwenden,
die ihrerseits zwar eine höhere
Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeitströpfchen zur
Folge haben, andererseits aber auch einen vergrößerten Ausstoß der Flüssigkeit
auf die Materialbahn gestatten. Damit wiederum ist es möglich, die Materialbahn
schneller laufen zu lassen und trotzdem eine ausreichende Befeuchtung
zu gewährleisten.
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Hierbei
ist bevorzugt, daß man
Dampf als Gas verwendet. Der Dampf hat eine höhere Temperatur, die dann zu
einer Herabsetzung der Viskosität der
Flüssigkeit
beitragen kann. Der Dampf selbst transportiert auch noch einen gewissen
Teil an Feuchtigkeit, so daß die
Befeuchtung der Bahn weiter erhöht
werden kann.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
erste Ausgestaltung einer Befeuchtungsvorrichtung in schematischer
Darstellung und
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2 eine
zweite Ausgestaltung einer Befeuchtungsvorrichtung.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zum Befeuchten einer Materialbahn 2,
insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit einem Gehäuse 3,
das einen Flüssigkeitsanschluß 4 aufweist.
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Der
Flüssigkeitsanschluß 4 mündet über eine
Verteilerleiste 5 mit einer Vielzahl von nur schematisch
dargestellten Düsen 6 in
einem Verteilerraum 7.
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In
den Verteilerraum 7 mündet
ebenfalls ein Dampfanschluß 8.
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In
nicht näher
dargestellter Weise steht der Flüssigkeitsanschluß 4 mit
einer Flüssigkeitsquelle
in Verbindung. In ähnlicher
Weise steht der Dampfanschluß 8 mit
einem Dampfanschluß in
Verbindung. Über
den Dampfanschluß 8 wird
Dampf aus der Flüssigkeit
in den Verteilerraum 7 eingespeist. Da dann ein entsprechend
höherer
Druck im Verteilerraum 7 herrscht, muß die Flüssigkeitsquelle in der Lage
sein, die Flüssigkeit
auch gegen diesen Druck in den Verteilerraum 7 einzuspeisen.
Dementsprechend kann es notwendig sein, daß die Flüssigkeitsquelle eine Pumpe
aufweist.
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Das
Gehäuse 3 weist
auf seiner der Bahn 2 zugewandten Seite eine Befeuchtungsseite 9 auf, über die
die vom Flüssigkeitsanschluß 4 zugeführte Flüssigkeit
an die Bahn 2 abgegeben wird. Die Befeuchtungsseite 9 ist
gebildet durch eine Düsenplatte 10,
in der eine Vielzahl von Düsen 11 angeordnet sind.
Die Darstellung ist hier natürlich
stark schematisiert. Die Ausbildung der Düsenplatte 10 und der Düsen 11 richtet
sich nach der Form, die ein Sprühstrahl 12,
der aus einer Düse 11 austreten
wird, haben soll. In ähnlicher
Weise richtet sich auch ein Abstand 13 nach den Anforderungen
des Feuchtigkeitsauftrags.
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Der
Verteilerraum 7 ist auf der der Befeuchtungsseite 9 zugewandten
Seite durch eine Platte 14 aus einem porösen Material 23 begrenzt.
Die Platte 14 weist eine Vielzahl von durch Poren 15 gebildeten Kanälen 16 auf.
Diese sind in 1 aus Gründen der Übersicht übertrieben groß dargestellt.
Tatsächlich wird
man bei einem derartigen porösen
Material 23 Kanäle
mit einem außerordentlich
geringen Querschnitt erhalten. Dementsprechend wird die Flüssigkeit,
die über
den Flüssigkeitsanschluß 4 zugeführt wird,
durch die poröse
Platte 14 in sehr kleine Teilvolumina unterteilt. Diese
kleinen Teilvolumina werden durch den Dampf, der über den
Dampfanschluß 8 zugeführt wird,
durch die Platte 14 hindurchgedrückt und dann durch die Düsen 11 der
Düsenplatte 10 ausgestoßen.
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Da
die Düsenplatte 10 eine
gewisse mechanische Stütze
für die
Platte 14 aus dem porösen
Material 23 bildet, ist man in der Wahl des porösen Materials 23 weitgehend
frei. Man kann beispielsweise einen Schaumstoff verwen den, wobei
der Schaumstoff sowohl aus Kunststoff gebildet sein kann als auch
in Form eines Metallschaums vorliegen kann. Der Schaumstoff kann
ausschließlich
offene Poren haben. Er kann zusätzlich
zu den offenen Poren auch geschlossene Poren aufweisen. Insbesondere
kann die Platte 14 durch den im Verteilerraum 7 vorliegenden
Dampfdruck etwas komprimiert werden. Durch die Kompression kann
der nutzbare Volumenanteil verändert
werden. Dadurch läßt sich
auch die Größe der Poren 15 und
damit der Querschnitt der Kanäle 16 verändern.
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Wenn
man den Schaumstoff mit sowohl offenporiger als auch geschlossenporiger
Struktur verwendet, können
durch Kompression einerseits die Teilvolumina und andererseits auch
die Querschnitte der Kanäle
innerhalb des Schaumstoffs verändert und
so die Flüssigkeitsanteile
und die Strömungsgeschwindigkeit
beeinflußt
werden.
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Bei
Verwendung eines Metallschaums ist im Grunde keine Temperaturbegrenzung
gegeben. Metallschaum hat auch den Vorteil, daß er nicht in der Dampfatmosphäre, die
in dem Verteilerraum 7 herrscht, quillt.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung, bei der gleiche Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausführungsform ist die Platte 14 durch
ein Sintermaterial gebildet, insbesondere ein Sintermetall. Eine
Platte 14 aus einem Sintermaterial oder einem Sintermetall
hat eine ausreichende mechanische Stabilität, so daß man auf die Düsenplatte 10 verzichten
kann. Die Platte 14 übernimmt
in diesem Fall die Funktionen der Düsenplatte 10 und dient
gleichzeitig als "Mischkammer", in der Dampf und
Flüssigkeit
miteinander gemischt und dann gemeinsam aus der Befeuchtungsseite 9 ausgestoßen werden.
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Zusätzlich ist
der Verteilerraum 7 in mehrere Abschnitte 7a, 7b, 7c unterteilt.
Alle Abschnitte 7a–7c werden
hier mit dem gleichen Dampfdruck beaufschlagt. Es ist aber auch
möglich,
jeden Abschnitt 7a, 7b, 7c mit unterschiedlichen
Dampfdrücken
zu beaufschlagen. Eine derartige Unterteilung ist auch beim Ausführungsbeispiel
der 1 möglich.
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Der
Flüssigkeitsanschluß 4 weist
drei Äste 17–19 auf,
von denen jeder einen Abschnitt 7a–7c speist. Für jeden
Abschnitt 7a–7c ist
ein eigenes Ventil 20–22 vorgesehen,
so daß die
Flüssigkeitszufuhr für jeden
Abschnitt 7a–7c getrennt
gesteuert werden kann.
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Die
Materialbahn 2 läuft,
bezogen auf die Darstellungen der 1 und 2,
senkrecht zur Zeichenebene. Die Querrichtung der Bahn 2 ist
also in den 1 und 2 von links
nach rechts gerichtet.
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Die
Verteilerleiste 5 mit den vielen Düsen 6 ermöglicht nun
eine sehr gleichmäßige Verteilung
der über
den Flüssigkeitsanschluß 4 zugeführten Flüssigkeit
in diese Querrichtung. Wenn man unterschiedliche Abschnitte 7a–7c des
Verteilerraums 7 verwendet, dann kann man dafür sorgen,
daß in
jedem Abschnitt 7a–7c die
Verteilung sehr gleichmäßig ist.
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Durch
die gleichmäßige Verteilung
wird sichergestellt, daß die
mit Hilfe des Dampfs durch die Platte 14 gedrückte Flüssigkeit
auch auf der Befeuchtungsseite 9 mit der entsprechenden
Gleichmäßigkeit
austritt, so daß die
Bahn 2 über
ihre gesamte Breite oder über
jeweils Abschnitte ihrer Breite gleichmäßig befeuchtet werden kann.
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Die
Platte 14 wird auch in Bewegungsrichtung der Bahn 2 eine
gewisse Ausdehnung haben, also in den 1 und 2 senkrecht
zur Zeichenebene. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, auch mehrere Reihen
von Düsen 6 einer
Verteilerleiste 5 vorzusehen, um auch in Laufrichtung der
Bahn 2 eine gleichmäßige Beaufschlagung
der Platte 14 mit Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, zu gewährleisten.
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Bei
der dargestellten Orientierung der Vorrichtung 1 zur Bahn 2 gelangt
die Flüssigkeit
aus der Verteilerleiste 5 auch unter der Wirkung der Schwerkraft
auf die Platte 14. Die Vorrichtung arbeitet aber auch "über Kopf", d.h. wenn die Verteilerleiste 5 in Schwerkraftrichtung
unterhalb der Platte 14 angeordnet ist. Die Flüssigkeit
muß ohnehin
mit einem gewissen Druck aus den Düsen 6 der Verteilerleiste 5 ausgestoßen werden.
Man kann diesen Druck so einstellen, daß die Flüssigkeit sicher die Verteilerplatte 14 erreicht,
von ihr aber nicht zurückspritzt,
sondern durch den in dem Verteilerraum 7 herrschenden Dampfdruck
dann praktisch unmittelbar durch die Platte 14 aus porösem Material
hindurchgedrückt wird.
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Durch
die Einstellung der Porengröße des porösen Materials 23 hat
man eine relativ große
Freiheit bei der Gestaltung der Tröpfchen, insbesondere bei der
Dimen sionierung ihrer Größe. Man
kann mit dem porösen
Material außerordentlich
kleine Tröpfchen
erreichen.
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Als
poröses
Material 23 kann man auch eine netzartige Struktur verwenden,
insbesondere dann, wenn eine solche netzartige Struktur in mehreren
Lagen übereinander
verwendet wird. Auch damit lassen sich außerordentlich kleine Tröpfchengrößen erzielen.