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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beleimen von Fasern für die Herstellung
von Faserplatten sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
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Eine
Darstellung des allgemeinen Standes der Technik der Faserherstellung
und -beleimung für diese
Anwendung einschließlich
der Vorteile der sog. Trockenbeleimung gegenüber der Blasrohr("Blow Line")-beleimung gibt
die
DE 197 40 676
C2 , Spalten 1 und 2, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
Diese Schrift offenbart ein Verfahren zur Trockenbeleimung, bei
dem Leim in einem senkrechten Turm auf die getrockneten Fasern aufgebracht
wird und anschließend
die ggf. nach dem Beleimen vorhandenen Faseragglomerate in einem
Faser-Luft-Strom in Turbulenz versetzt und so durch Verwirbeln wieder
aufgelöst
werden. Dabei können Temperatur
und/oder Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Fasern bzw. der Feuchtegehalt
der Fasern während
des Beleimens geändert
werden.
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Bekannt
sind weitere Verfahren zur Trockenbeleimung und dafür bestimmte
Vorrichtungen, z. B. aus
DE
100 39 226 C1 ,
DE
101 53 593 A1 und
DE 203
17 633 U1 . Die Fasern werden hierbei in einem Luftstrom
gefördert
und mit unterschiedlichen Systemen beleimt. Danach werden die Fasern
in einem Sichter abgeschieden und dem Pressvorgang zugeführt. Dabei
ist keine besondere Trocknung nach der Beleimung vorgesehen, so
dass ein Risiko für
Anhaftungen an den Innenwänden
der nachfolgenden Vorrichtungen und für Bildung von Agglomeraten
besteht, die zu Fehlern im Presserzeugnis führen können.
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Ein
Verfahren zum Beleimen von Faserplatten ist in
DE 199 30 800 A1 offenbart.
Dabei werden zur Verminderung des Bindemittelverbrauchs die aus Hackschnitzeln
durch Dampfüberdruckerweichung und
Aufmahlung erzeugten Fasern in einem Rohrtrockner getrocknet, dessen
Endabschnitt als Leimbenetzungszone ausgebildet ist, in der durch
Vergrößerung des
Querschnitts und Eindüsen
von Luft eine Turbulenz erzeugt wird. Damit die beleimten Fasern nicht
an den Wänden
der Beleimungszone und des folgenden Zyklons anhaften, sollen diese
innen mit einer selbstreinigenden Antihaftbeschichtung versehen
werden (www.ivth.org/publikat/aif-11688.htm). In der Praxis hat
sich aber gezeigt, dass solche Beschichtungen nicht dauerhaft Ablagerungen
von leimbehafteten Fasern an den verschleißempfindlichen Oberflächen verhindern
können.
Auch bleibt die Gefahr der Agglomeratbildung bestehen.
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Die
DE 102 47 412 B4 offenbart
eine Anlage und ein Verfahren zum Beleimen von Fasern. Diese werden
einem senkrechten Fallschacht zugeführt, beim Eintritt in den Schacht
mit Sprühdüsen beleimt und
am Ende des Schachts von einem luftdurchlässigen Transportbad aufgefangen
und abtransportiert. Dabei kann sich zwischen dem fallenden Faserstrom und
der Innenwand des Schachts ein Luftmantel ausbilden, der das Anbacken
der beleimten Fasern verhindert und für den Mantelluftzuführungen
vor oder kurz nach den Sprühdüsen vorgesehen
sein können. Jedoch
kann eine Verschmutzung des Transportbands durch die beleimten Fasern
und isolierte Leimtropfen nicht sicher verhindert werden, weshalb
das Band kontinuierlich gereinigt werdenmuss und/oder vor dem Erreichen
des Fallschachts mit Frischfasern belegt werden soll. Zudem kann
es schwierig und unwirtschaftlich sein, Fallschächte mit einer zur vollständig klebfreien Trocknung
der beleimten Fasern ausreichenden Höhe zu konstruieren.
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Die
Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung
anzugeben, mit denen auf einfache Weise bei der Trockenbeleimung
von Fasern die Bildung von Anbackungen in den auf die Beleimungsvorrichtung
folgenden Rohren und Apparaten sicher und dauerhaft vermieden und
eine möglichst
weitgehende Ausnutzung des Bindemittels erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung
nach Anspruch 8 gelöst.
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Die
Trocknung der Fasern in der ersten Trocknerstufe kann auf an sich
bekannte Weise erfolgen, beispielsweise mit dem in
DE 199 30 800 A1 erwähnten Rohrtrockner
bei Anfangstemperaturen von etwa 170°C mit einer Verweilzeit von
einigen Zehntelsekunden. Wesentlich ist, dass am Ende der ersten Trocknerstufe
vor der Beleimung der Wassergehalt kleiner als 100% ist. Bevorzugt
wird ein Gehalt von weniger als 25%, wobei vorteilhaft mindestens
8 bis 10% Restfeuchte eingehalten werden können. Die Angabe des Wassergehalts
bzw. der Feuchte erfolgt hier branchenüblich in Gewichtsprozent bezogen
auf den Gewichtsanteil an absolut trockenen Fasern (atro).
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Auch
das Auftragen der Leimzusammensetzung auf die Fasern (Beleimen)
kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Dazu gehören beispielsweise das Eindüsen in einen
Faser-Luft-Strom, das Besprühen
eines Faservorhangs und das Auftragen mittels Beleimungswalzen oder
-brettern, wie in den oben genannten Druckschriften beschrieben.
Die so beleimten Fasern werden dann in eine zweite Trocknerstufe
eingeführt.
Diese zweite Trocknerstufe hat die Form eines geraden Rohrs, vorzugsweise
mit kreisförmigem
Querschnitt. Demzufolge wird der Faser-Luft-Strom nach dem Einführen in
die zweite Trocknerstufe nicht mehr umgelenkt. Das Einführen erfolgt
bevorzugt mit dem Faser-Luft-Strom aus der Beleimungsvorrichtung,
der beispielsweise axial oder radial in die zweite Trocknerstufe
eingeführt
werden kann.
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Zur
Beleimung können
alle üblichen
Leimzubereitungen verwendet werden, beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-(UF)-
oder Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-(MUF)-Leime. Bei der Beleimung können auch
andere Additive, z B. Beschleuniger, zugesetzt werden. Um die mit
dem Leim aufgetragene Wassermenge möglichst gering zu halten, verwendet man
bevorzugt Leimdispersionen mit hohen Feststoffanteil, bevorzugt
von 30 bis 60, bevorzugt 40 bis 50 Gewichtsprozent.
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Der
Leimauftrag richtet sich unter anderem nach der angestrebten Qualität der Faserplatten.
Beispielsweise können
für MDF-Platten etwa 8 bis
10, für
HDF-Platten etwa 15 bis 16 Gewichtsprozent Leim, bezogen auf trockene
Fasern, aufgetragen werden. Diese Werte können aber bei Optimierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
auch unterschritten werden.
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Das
gerade Rohr der zweiten Trocknerstufe kann sowohl waagerecht als
auch senkrecht oder schräg
angeordnet sein.
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Mit
dem Faser-Luft-Strom aus der Beleimungsvorrichtung können auch
kleinere Anteile bereits trockener beleimter oder unbeleimter Fasern, die
beispielsweise in späteren
Herstellungsstufen übrig
geblieben sind, in die zweite Trocknerstufe rückgeführt werden.
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In
der zweiten Trocknerstufe werden die beleimten Fasern mittels eines
Heißluftstroms
gefördert.
Dieser Heißluftstrom
hat dort, wo er mit dem Strom der beleimten Fasern vereinigt wird,
bevorzugt eine Temperatur von 60 bis 140°C, besonders bevorzugt 80 bis
120°C. Infolge
der Verdampfung des Lösungs-
bzw. Dispersionsmittels aus der Bindemittelzusammensetzung sinkt
die Temperatur des fördernden
Luftstroms ab und kann am Ende des geraden Rohrs beispielsweise
50°C betragen.
Durch die Begren zung der Temperatur wird erreicht, dass der Leim
nicht schon in der zweiten Trocknerstufe abbindet, sondern vollständig zur
Bindung in der Faserplatte verfügbar
ist. Aufgrund der geringen Restfeuchte der Fasern vor der Beleimung
und der begrenzten Temperatur ist auch der Leimverlust durch Diffusion in
die Fasern minimal.
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Die
Länge des
geraden Rohrs in der zweiten Trocknerstufe muss so bemessen sein,
dass die beleimten Fasern nicht mehr klebrig sind, wenn sie das Rohrende
erreicht haben. Das bedeutet, dass sie beim Auftreffen auf feste
Oberflächen,
beispielsweise metallische Oberflächen von nachgeschalteten Vorrichtungen
wie Krümmern,
Zyklonen, Sieben, Pressplatten und dgl. dort nicht anhaften. Ein
bevorzugter Bereich für
die Länge
des geraden Rohrs der zweiten Trocknerstufe liegt zwischen 10 und
40 m.
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Die
Restfeuchte der beleimten Fasern nach der zweiten Trocknerstufe
beträgt
beispielsweise etwa 5 bis 25%, bevorzugt etwa 10%.
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Der
faserfreie Mantelluftstrom, der zwischen dem in die zweite Trockenzone
eingeführten
Faser-Luft-Strom und der Innenwand des geraden Rohrs geführt wird,
kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Beispielsweise
kann bei axialer Einführung
des Faser-Luft-Stroms in den Heißluftstrom dieser gespalten
werden, so dass ein axial innenliegender Anteil sich mit den Fasern
mischt und diese fördert,
während
ein axial außenliegender
Anteil den faserfreien Mantelluftstrom bildet. Dieser kann in weiteren
Abschnitten der zweiten Trocknerstufe wiederum gespalten werden,
so dass jeweils axial innenliegende Anteile abschnittsweise dem
Faser-Luft-Strom zugeführt
werden. Zur Spaltung und Stabilisierung der Strömung können entsprechende Einbauten
im geraden Rohr dienen. Eine den gesamten Querschnitt des geraden
Rohrs erfassende Turbulenz ist damit ausgeschlossen. Bei dieser
Ausführungsform
besteht also der Mantelstrom ebenfalls aus Heißluft.
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Der
Mantelluftstrom kann auch aus einem separat zugeführten Luftstrom
gebildet werden. Beispielsweise kann nach Einführung der Fasern in den Heißluftstrom
weitere Luft, bevorzugt Heißluft,
so durch geeignete Öffnungen
in das gerade Rohr eingeblasen werden, dass sich eine Matelluftströmung ausbildet.
Im weiteren Verlauf wird diese sich kontinuierlich teilweise mit
dem Faser-Luft-Strom vermischen. Der Mantelluftstrom kann dabei
für eine
gewisse Zeit stabilisiert werden, wenn die eingeblasene Luft eine
tangentiale Richtungkomponente hat und sich dadurch spiralförmig um
den innenliegenden faserhaltigen Heißluftstrom bewegt.
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Besonders
vorteilhaft ist es demnach, den Mantelstrom aus Heißluft zu
erzeugen und diese Heißluft
abschnittsweise oder kontinuierlich nach und nach mit dem Faser-Luft-Strom
zu vermischen. Der Mantelstrom wird hierbei mit zur Trocknung der
beleimten Fasern benutzt und durch die allmähliche Zugabe zum Faser-Luft-Strom bleibt dessen
Temperatur niedrig genug, um eine Voraushärtung des Leims zu vermeiden.
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Falls
infolge besonderer Strömungsverhältnisse
an einzelnen Stellen der Vorrichtung, beispielsweise im Bereich
der Einführung
der beleimten Fasern, eine Neigung zur Bildung von Anbackungen beobachtet
wird, dann können
diese Stellen vorzugsweise von außen gekühlt werden, um an der Innenwand
einen die Anbackung verhindernden Kondenswasserfilm zu bilden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich beim
Beleimen von Fasern anwenden, die für die Herstellung von Faserplatten
sowohl mit mittlerer Dichte (MDF-Platten) als auch mit hoher oder
niedriger Dichte (HDF- bzw. LDF-Platten) verwendet werden sollen.
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Ferner
kann das erfindungsgemäße Verfahren
mit bekannten Verfahren kombiniert werden, Beispielsweise können in
der ersten Trockenzone zu den nassen Fasern Leimanteile, beispielsweise
reaktionsträge
Leime, oder andere Additive, wie Beschleuniger oder Wachse, auf
die Fasern aufgetragen werden. Durch eine solche Kombination von Nass-
und Trockenbeleimung mit gezielter Zugabe von Leim und Additiven
kann die angewendete Leimmenge weiter optimiert werden.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie
umfasst ein gerades zylindrisches Rohr zur Führung eines Heißluftstroms,
das ein in Stromrichtung vorderes und ein hinteres Ende besitzt,
in der Nähe des
vorderen Endes erste Mittel zum Einführen eines Faser-Luft-Stroms in das gerade
Rohr, und stromab von diesen ersten Mitteln zweite Mittel zum Erzeugen eines
faserfreien Mantelluftstroms zwischen dem Faser-Luft-Strom und der
Innenwand des geraden Rohrs. Der Querschnitt des zylindrischen Rohrs
ist bevorzugt kreisförmig,
kann aber auch beispielsweise elliptisch sein. Die Länge des
geraden Rohrs beträgt
vorzugsweise etwa 10 bis 40 m. Das Rohr kann waagerecht, senkrecht
oder schräg
ausgerichtet sein. "Gerade" bedeutet hier, dass
das Rohr keine Krümmungen
aufweist, in denen die geförderten
beleimten Fasern aufgrund ihrer Trägheit an die Innenwand anstoßen würden.
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Das
erste Mittel zum Einführen
eines Faser-Luft-Stroms von der Beleimungsvorrichtung in das gerade
Rohr kann in einer ersten Ausführungsform
beispielsweise ein die Wand des geraden Rohrs in der Nähe des vorderen
Endes durchdringendes Einleitungsrohr mit geringerem Durchmesser
als das gerade Rohr sein, das im Inneren des geraden Rohrs nach
einer Krümmung
in einen mit dem geraden Rohr koaxialen Abschnitt mit offenem Ende übergeht.
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In
dieser Ausführungsform
kann als zweites Mittel ein erster Leitkanalabschnitt vorgesehen
sein, der mit seinem in Strömungsrichtung
vorderen Ende den mit dem geraden Rohr koaxialen Abschnitt des Einleitungsrohrs
mit einem Abstand umgibt. Das vordere Ende dieses ersten Leitkanalabschnitts
spaltet den vom vorderen Ende des geraden Rohrs heranströmenden Heißluftstrom
konzentrisch in einen inneren Anteil, der den Faser-Luft-Strom fördert, und einen äußeren Anteil,
der den Mantelluftstrom bildet, auf.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
weitere zylindrische Leitkanalabschnitte vorhanden sein, die sich
teilweise überlappen
und deren Durchmesser in Stromrichtung von Abschnitt zu Abschnitt
zunimmt. Jeder dieser Leitkanalabschnitte kann ein Teil vom Inneren
des Mantelluftstroms abspalten und dem Faser-Luft-Strom zuführen.
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Bei
waagerechter Ausrichtung des geraden Rohrs können die Leitkanalabschnitte
aus einer zum geraden Rohr koaxialen Position nach oben versetzt sein.
Dadurch wird der für
den Mantelluftstrom verbleibende Spalt oben schmaler als unten und
eine durch die Schwerkraft hervorgerufene Abweichung des Faser-Luft-Stroms
nach unten wird ausgeglichen.
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Andererseits
kann bei vertikaler Ausrichtung des geraden Rohrs der zweiten Trocknerstufe
das Einleitungsrohr ebenfalls gerade sein und am vorderen Ende koaxial
in das gerade Rohr eingeführt
sein. Dieses vordere, der Beleimungsvorrichtung zugewandte Ende
kann dann je nach der Strömungsrichtung
oben oder unten liegen.
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In
einer zweiten Ausführungsform
kann das erste Mittel ein an die Wand des geraden Rohrs senkrecht
oder schräg
angesetztes Einleitungsrohr sein. Die Ausrichtung dieses Einleitungsrohrs
hat demnach eine radiale und ggf. eine in Strömungsrichtung axiale Komponente
bezogen auf das gerade Rohr. Das Einleitungsrohr ist zum Inneren
des geraden Rohrs offen.
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Als
zweite Mittel dienen in diesem Fall stromab von der Mündung des
Einleitungsrohrs angeordnete Lufteintragsdüsen für die Mantelluft, die zum Rohrinneren
offen sind. Diese sind vorteilhaft tangential angesetzt und können so
eine sich schraubenför mig
um den Faser-Luft-Strom bewegende Mantelluftströmung erzeugen. Aufgrund von
geringen Turbulenzen zwischen Mantelluftstrom und Faser-Luft-Strom
kommt es dabei zur kontinuierlichen Zuführung von Mantelluft zum Faser-Luft-Strom.
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Ferner
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
Mittel aufweisen, um die Wände
der Vorrichtung an bestimmten Stellen zu kühlen.
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Die
Erfindung lässt
sich leicht mit bereits bestehenden Anlagen ausführen. So kann beispielsweise
in Anlagen mit zwei Trocknerstufen die Beleimungsvorrichtung zwischen
beiden Stufen angeordnet und die zweite Trocknerstufe erfindungsgemäß ausgestaltet
werden. Ebenso ist es möglich,
an einen einstufigen Trockner mit nachgeschalteter Trockenbeleimung,
wie z. B. nach der
DE
199 30 800 A1 , eine erfindungsgemäße zweite Trocknerstufe anzugliedern.
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Die
Erfindung wird nun mittels der folgenden Ausführungsbeispiele anhand der
beigegebenen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
nach der ersten Ausführungsform,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
nach der zweiten Ausführungsform,
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3 einen
Querschnitt A-B durch die Vorrichtung der 2.
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In 1 erkennt
man ein gerades Trocknungsrohr 5, an dessen vorderem (linken)
Ende Heißluft 6 eingespeist
wird. Das Einleitungsrohr 4 durchsetzt die Wand des geraden
Rohrs 5 und ist mit einem Umlenkbogen versehen, der in
einer mit dem geraden Rohr koaxialen Öffnung endet. Das Einleitungsrohr 4 führt einen
Luftstrom 3 mit frisch beleimten Fasern 1 axial
in das Trock nungsrohr 5 ein. Ggf. können in diesem Strom rückgeführte Fasern 2 in Wandnähe vorhanden
sein, die das Risiko von Anhaftungen weiter vermindern. Die Luftströmung kann beispielsweise
durch einen (nicht gezeigten) Ventilator bewirkt werden, der im
Trockenrohr 5 einen Unterdruck erzeugt. Im Umlenkbereich
des Einleitungsrohrs 4 ist außen eine Blasluftzuführung 11 vorgesehen,
welche warme Blasluft 13 auf den konkaven Umlenkbereich 14 leitet,
um beleimte Fasern von der Innenwand fernzuhalten. Anstelle der
Blasluftzuführung
kann beispielsweise auch eine Kühlvorrichtung treten,
welche an der Innenwand einen Kondenswasserfilm erzeugt, der das
Anhaften beleimter Fasern verhindert. An der konvexen Innenseite
des Umlenkbereichs ist eine Druckausgleichsöffnung 8 vorgesehen,
damit dort kein Unterdruck entsteht, der zu Rückströmungen mit der Gefahr von Ablagerungen führen könnte. Der
erste Leitkanalabschnitt 9 ist koaxial mit dem geraden
Rohr 5 und dem offenen Ende des Einleitungsrohrs 4,
jedoch von beiden beabstandet. Daher spaltet er im Ringspalt 10 vom
Heißluftstrom 6 einen
inneren Teilstrom 7 ab, der den Faser-Luft-Strom 1, 3 fördert und über eine
gewisse Strecke eine Trennschichtströmung 7 an der Innenwand
des Leitkanalabschnitts 9 bildet, welche die Fasern von
der Innenwand des Leitkanals fernhält. Da es aufgrund von Turbulenzen
nach und nach zu einer Vermischung des Trennschichtstroms 7 mit
dem Faser-Luft-Strom kommt, ist stromabwärts ein weiterer Leitkanalabschnitt 9' vorgesehen,
der dem Faser-Luft-Strom 1, 3 wiederum einen aus
dem Mantelstrom abgespaltenen Trennschichtstrom 7' zuführt. Weiter
stromab ist ein dritter Leitkanalabschnitt 9'' vorgesehen,
der dem Faser-Luft-Strom erneut einen Trennschichtstrom 7'' zuführt. Der verbleibende Heißluftstrom
bildet am Ende des dritten Leitkanalabschnitts 7'' den Mantelstrom für den Rest
der Trocknungsstrecke. Selbstverständlich ist diese Ausführungsform
nicht auf drei Leitkanalabschnitte beschränkt. Vielmehr können beliebig
viele Leitkanalabschnitte vorgesehen werden, deren Zahl und Länge nach
Gesichtspunkten der Wasserlast, der Verweilzeit, der Wirtschaftlichkeit
usw. festgelegt werden können.
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2 zeigt
ebenfalls ein gerades Rohr 105, das einen vorderen Abschnitt 105' aufweist. Die frisch
beleimten Fasern 101 werden hier durch ein Einleitungsrohr 104 in
den Heißluftstrom 106 eingeführt. Das
Rohr 104 ist gerade und schräg, d. h. mit einer radialen
und einer in Strömungsrichtung
axialen Richtungskomponente, an den Rohrabschnitt 105' angesetzt.
Durch die Mantelluftzuführungen 120 wird
heiße
Luft 121 zugeführt,
die in dem unterhalb davon erweiterten Rohr 105 eine schraubenförmige Mantelluftströmung 107 um
den Faser-Luft-Strom 108 erzeugt. Wie in 3 zu
sehen, sind die Mantelluftzuführungen 120 tangential
an das Rohr 105 angesetzt.
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- 1
- beleimte
Fasern
- 2
- rückgeführte Fasern
- 3
- Luftstrom
- 4
- Einleitungsrohr
- 5
- gerades
Trocknungsrohr
- 6
- Heißluft
- 7,
7', 7''
- Teilströme
- 8
- Druckausgleichsöffnung
- 9,
9', 9''
- Leitkanalabschnitte
- 10
- Ringspalt
- 11
- Blasluftzuführung
- 13
- Blasluft
- 14
- konkaver
Umlenkbereich
- 101
- beleimte
Fasern
- 104
- Einleitungsrohr
- 105
- gerades
Rohr
- 105'
- vorderer
Abschnitt von 105
- 107
- Mantelluftströmung
- 108
- Faser-Luft-Strom
- 120
- Luftzuführung
- 121
- Heißluft