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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Düsenfeld zur schwebenden Führung und
Stabilisierung von Metallbändern,
bestehend aus zumindest einem unterhalb eines schwebend zu führenden
Metallbandes angeordneten unteren Düsenfeld, mit in Bandlaufrichtung
aufeinander folgenden Düsenplatten
mit Schlitz- und/oder Lochdüsen.
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Vorrichtungen
zum schwebenden Führen von
Warenbahnen sind allgemein bekannt und finden in der Produktionstechnik
vielfältige
Anwendung. In der Textiltechnik werden Stoffbahnen nach dem Bedrucken
schwebend geführt.
In der Trocknungstechnik verwendet man Vorrichtungen zur schwebenden Bandführung hinter
Lackieranlagen, mit denen beide Seiten einer Bahn zugleich lackiert
oder beschichtet werden. In der Metallindustrie wendet man die schwebende
Führung
von Metallbändern
in Glühanlagen
an, wenn Metallbänder
im Durchlauf berührungsfrei
und möglichst
spannungsarm wärmebehandelt
werden müssen.
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Aus
der Druckschrift
EP
0 864 518 B1 ist in diesem Zusammenhang bereits ein Schwebedüsenfeld
zur schwebenden Führung
von Warenbahnen zum Zwecke der berührungsfreien Wärmeübertragung
oder Trocknung offenbart. Das dortige Schwebedüsenfeld ist mit mindestens
auf einer Seite der schwebend zu führenden Bahn angeordneten,
in Bahnlaufrichtung aufeinander folgenden Düsenflächen mit Düsenöffnungen aus Rundlöchern und/oder Schlitzdüsen ausgebildet.
Bei dieser technischen Ausführung
verändert
sich, gemessen senkrecht zur Bandlaufrichtung, die Breite der Düsenflächen über die
Breite des Düsenfeldes.
Es sind die Düsenflächen zumindest
teilweise an ihrem Umfang von Schlitzdüsen eingefasst.
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Des
Weiteren ist in der Druckschrift
DE 103 06 509 A1 ein Düsenfeld zur schwebenden Führung von
Warenbahnen beschrieben. Das Düsenfeld
umfasst mehrere plattenförmige
Düsenkappen,
welche mit Loch- und Schlitzdüsen
versehen sind und durch die zur Erwärmung oder Kühlung der
Warenbahnen Gase zugeführt
werden. Es ergibt sich dabei für
alle oder einzelne Düsenkappen
des Düsenfeldes
jeweils im Wesentlichen die gleiche aus Loch- und Schlitzdüsen gebildete
Gesamt-Düsenfläche. Der
Anteil der Düsenfläche der
Schlitzdüsen
an der Gesamt-Düsenfläche nimmt
zu den Seitenrändern
hin gegenüber
dem Anteil dieser Düsen
in der Mitte der Warenbahn zu. Hieraus resultiert eine Zentrierkraft,
welche die Warenbahn quer zur Bandlaufrichtung mittig in der Anlage
hält. Diese
Zentrierkraft nimmt allerdings von der Bandmitte aus gesehen zu
den Bandrändern hin
stetig zu, wodurch das Band zwar in einer zentralen Lage geführt wird,
dieses jedoch eine Rinnenform annimmt. Insbesondere bei der thermischen
Behandlung von Metallbändern
in Schwebebandöfen
kann dadurch das Problem entstehen, dass sich die Rinnenform auch
nach dem Wärmebehandlungsprozess nicht
mehr in eine ebene Form zurückbildet.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, ein Düsenfeld
zur schwebenden Führung
von Metallbändern
so weiterzubilden, dass die vorbeschriebenen Nachteile vermieden
werden.
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Die
Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben.
Die weiteren rückbezogenen
Ansprüche
betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
Erfindung schließt
ein Düsenfeld
zur schwebenden Führung
und Stabilisierung von Metallbändern
ein, bestehend aus zumindest einem unterhalb eines schwebend zu
führenden
Metallbandes angeordneten unteren Düsenfeld, mit in Bandlaufrichtung
aufeinander folgenden Düsenplatten
mit Schlitz- und/oder Lochdüsen,
wobei zumindest an einer der Düsenplatten
des unteren Düsenfeldes
außerhalb
der Breite des Metallbandes in Bandlaufrichtung außen liegende
Schlitzdüsen
und/oder Lochdüsen
zur Zentrierung des Metallbandes angeordnet sind.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass sich beim Durchlaufen eines Metallbandes durch ein Düsenfeld
im Wesentlichen die Form des Bandes nicht ändert, zumindest nicht so,
dass sich beispielsweise im Zuge einer Temperaturbehandlung im Ofen
eine Rinnenform in Längsrichtung
dauerhaft ausbildet.
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Die
in Bandlaufrichtung außerhalb
der Bandkanten angeordneten Schlitzdüsen und/oder Lochdüsen bewirken
bei dem im Wesentlichen ebenen Bandmaterial, dass ein seitlich aus
der mittleren Position ausweichendes Band in den Einflussbereich
einer der in Ausweichrichtung gelegenen randseitigen Düsen gerät. Im Gegenzug
bedingt das seitliche Ausweichen in eine Richtung, dass die gegenüberliegenden
randseitig angeordneten Düsen
zunehmend weniger Einfluss auf die gegenüberliegende Bandkante nehmen.
Hierdurch wird das ausweichende Band in Ausweichrichtung an einer
Seite etwas angehoben, wodurch sich die Gasströmung so verändert, dass sich eine Rückstellkraft
einstellt, durch die das Band in die zentrale Position zurückgeführt wird.
Da sich dieser Effekt bereits bei einer geringen Auslenkung einstellt,
wird das Metallband bei der schwebenden Führung in der Mittenlage stabilisiert.
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Im
Falle von randseitigen Lochdüsen
sind die Abstände
der aufeinander folgenden Löcher
geringer bzw. die Lochdurchmesser größer als diejenigen auf der übrigen Düsenplatte,
so dass physikalisch derselbe Effekt entsteht wie bei den randseitigen
Schlitzdüsen.
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Physikalisch
betrachtet wird die gesamte Tragkraft durch den Staudruck aller
Düsenöffnungen aufgebaut,
wobei sich in Verbindung mit dem Bandgewicht ein dynamisches Gleichgewicht
so einstellt, dass das Bandmaterial einen bestimmten Abstand zum
unteren Düsenfeld
einnimmt. In erster Linie sorgen die unter dem Band angeordneten
inneren Lochdüsen
für einen
größeren Wärmeübergang
des strömenden
Gases als die Schlitzdüsen.
Die Schlitzdüsen
hingegen liefern einen größeren Anteil
an der Tragkraft. Durch die Gasströmung der außerhalb der Bandkanten angeordneten
Düsen entsteht
seitlich eine Art Gasvorhang, der im Bereich der Düsenplatten
unterhalb des Bandes ein einheitlich tragendes Gaspolster bewirkt.
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Die
Abströmkanäle zwischen
den Düsenplatten
sind entsprechend so ausgestaltet, dass der Volumenstrom des Gases
eine ausreichend tragende Wirkung entfaltet. Zur Führung des
Volumenstroms können
in den Abströmkanälen entsprechende
Leit- und Prallbleche sowie Trennplatten angeordnet sein. Durch
geeignete Gasführung
können
in Längsrichtung
geringe Wellungen im Bandmaterial erzeugt werden, die allerdings
zur keiner dauerhaften Verformung führen und der Ausbildung einer
Rinnenform zusätzlich
entgegenwirken.
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Der
besondere Vorteil besteht darin, dass sich durch die erfindungsgemäße Lösung die
Form eines wärmebehandelten
Bandes nicht dauerhaft verändert.
Insbesondere wird bei einer Temperaturbehandlung in Schwebebandöfen eine
rinnenartige Verformung des Bandmaterials verhindert. So wird durch
die Stabilisierung und Zentrierung des Bandes ein gleichmäßiges Glühergebnis
des wärmebehandelten
Bandes gewährleistet.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können die außen liegenden Schlitzdüsen und/oder Lochdüsen bei
den Düsenplatten
des unteren Düsenfeldes
von innen nach außen
in mehreren Reihen angeordnet sein. Mit jeder Düsenreihe wird stufenweise mit
zunehmender Auslenkung des Bandes aus seiner Mittenposition der
Einfluss der randseitigen Düsen
entsprechend verstärkt.
Die dort entstehende Tragkraft bewirkt unter Einfluss der randseitigen
Düsen die
Rückstellkraft,
die das Band wieder in die Mittenposition zurückführt.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung können die in Reihen angeordneten
außen
liegenden Schlitzdüsen
und/oder Lochdüsen
von der Mitte nach außen
zunehmende Öffnungen
aufweisen. Hierdurch kommt mit zunehmender Auslenkung des Bandes nach
außen
eine Bandkante in den Einfluss immer größerer Düsenflächen; die Rückstellkraft wird mit der Auslenkung
demnach überproportional
verstärkt.
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Es
ist zudem vorteilhaft, dass die in Reihen angeordneten außen liegenden
Schlitzdüsen und/oder
Lochdüsen
variabel einstellbare Öffnungen aufweisen.
Mit variabler Öffnungsfläche ist
der Einfluss der randseitigen Düsen
stufenlos einstellbar. Dabei soll auch die Möglichkeit vorgesehen sein, eine
oder mehrere der randseitigen Düsen
vollständig
zu schließen.
Mit einer derartigen Anpassung können
die Düsenfelder
auf Bänder
mit variabler Breite eingestellt werden.
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Es
ist weiterhin bevorzugt, dass sich die Austrittsöffnungen der außen liegenden
Schlitzdüsen und/oder
Lochdüsen
zur Bandmitte hin neigen. Durch diese Maßnahme wird der Gasstrahl der
randseitigen Düsen
etwas nach innen gerichtet und dadurch die Strömungsverhältnisse, insbesondere an den
Bandkanten, insgesamt aerodynamisch günstiger gestaltet.
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Vorzugsweise
können
die innerhalb der Breite des Metallbandes zur Bandlaufrichtung quer
verlaufenden innen liegenden Schlitzdüsen und/oder Lochdüsen eine
Düsenteilung
bzw. Düsenöffnung aufweisen,
mit der sich über
die Bandbreite eine im Wesentlichen gleichmäßige Gesamt-Düsenfläche ergibt.
Hierdurch wird über
die Bandunterseite die Tragkraft gleichmäßig verteilt. Weitere Schlitzdüsen unterhalb
des Bandmaterials werden als in Querrichtung verlaufende Einfassung
um eine Düsenplatte angeordnet.
Die außerhalb
des Bandes liegenden Düsen
werden im Wesentlichen für
ein aus der Zentrallage ausweichendes Band nur als Rückstelleinrichtung
eingesetzt. Die randseitigen Düsen
erzeugen eine starke Gasströmung,
die bei einem mittig liegenden Bandmaterial zunächst überwiegend an dessen Bandkanten
vorbeiströmt.
Dieser Effekt stabilisiert und vereinheitlicht randseitig den Staudruck und
damit die Tragkraft unterhalb des Metallbandes.
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Weitere
Vorteile ergeben sich, wenn in der Mitte der Düsenplatten eine sich in Bandlaufrichtung erstreckende
Sperrdüse
angeordnet ist. Eine mittige Sperrdüse wirkt ebenfalls als Gasvorhang,
um die Druckverhältnisse
der linken und rechten Bandhälfte zu
entkoppeln.
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Zudem
können
in den Abströmkanälen mittig Trennplatten
angeordnet sein. Auch diese liefern einen Beitrag dazu, die Druckverhältnisse
gegenüber der
linken und rechten Bandhälfte
zu entkoppeln, indem sie Querströmungen
verhindern.
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Vorteilhafterweise
kann oberhalb des Metallbandes zusätzlich ein oberes Düsenfeld
mit oberen Düsenplatten
mit Schlitzdüsen
und/oder Lochdüsen angeordnet
sein, wobei in Bandlaufrichtung die oberen Düsenplatten und die unteren
Düsenplatten
zueinander versetzt sind. Eine derartige Anordnung ergibt meist
in Verbindung mit weiteren Leit- und Prallblechen im Strömungsweg
des Gases eine optimale Druckverteilung beim Transport des Bandmaterials. Durch
den Versatz der Düsenplatten
bilden sich lokal Gasströmungen
aus, die das Bandmaterial gegenüber
Schwingungen stabilisieren. Entlang der Längsrichtung bilden sich im
Band quasi Schwingungsknoten, durch die eine Ausbreitung von Schwingungen
in Längsrichtung
zumindest gedämpft
oder sogar gänzlich
unterdrückt
wird.
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Zudem
können
sich in Bandlaufrichtung vorteilhafterweise die zueinander versetzt
angeordneten oberen Düsenplatten
und unteren Düsenplatten
zum Teil überlappen.
Hierdurch werden die Bänder
weiter stabilisiert und insbesondere wird der Gefahr einer sich
in Längsrichtung
im Bandmaterial ausbreitenden Schwingung im Schwebebandofen entgegengewirkt. Eine
geringfügige
Wellenform in Längsrichtung
kann, quasi in Form einer stehenden Welle, durchaus wünschenswert
sein, da dadurch das Bandmaterial in Querrichtung stabilisiert wird
und keine rinnenförmige
Durchbiegung in der Bandmitte aufweist.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der schematischen
Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Ansicht eines unteren Düsenfeldes
mit äußeren Zentrierdüsen, und
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2 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schwebebandofens mit unterem
und oberen Düsenfeld.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Düsenfeldes 1, ausgestaltet
als unteres Düsenfeld 2. Es
sind zwei untere Düsenplatten 4 abgebildet,
die eine mit äußeren Schlitzdüsen 10,
die andere mit äußeren Lochdüsen 12 als
Zentrierdüsen.
Die außen liegenden
Schlitzdüsen 10 und
Lochdüsen 12 sind bei
den Düsenplatten 4 von
innen nach außen
in zwei Reihen angeordnet.
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Die
Reihen der außen
liegenden Schlitzdüsen 10 und
Lochdüsen 12 haben
von der Mitte nach außen
zunehmende Öffnungen,
wodurch die Rückstellkraft
mit dem Grade der Bandauslenkung überproportional verstärkt wird,
um ein in der Figur nicht dargestelltes Band wieder in die Mittenposition
zurückzuführen.
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Die
innerhalb der Breite des Metallbandes zur Bandlaufrichtung quer
verlaufenden Schlitzdüsen 16 und
Lochdüsen 14 sind über die
unteren Düsenplatten 4 so
verteilt, dass sich eine über
die Bandbreite im Wesentlichen gleichmäßige Tragkraft über die Gesamt-Düsenfläche ergibt.
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In
der Mitte jeder unteren Düsenplatte 4 ist eine
sich in Bandlaufrichtung erstreckende Sperrdüse in Form einer mittigen Schlitzdüse 18 oder
als mittige Lochdüse 20 mit
engständigen
Austrittsöffnungen
angeordnet, um die Druckverhältnisse
der linken und rechten Bandhälfte
zu entkoppeln.
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Die
Abströmkanäle zwischen
den unteren Düsenplatten 4 sind
entsprechend so ausgestaltet, dass der Volumenstrom des Gases die
Tragkraft für das
Bandmaterial erzeugt. Zur Führung
des Volumenstroms sind in den Abströmkanälen entsprechende Leitbleche 22 und
Prallbleche 24 sowie Trennplatten 26 angeordnet.
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2 zeigt
eine weitere Ausgestaltung eines Düsenfeldes 1, bei dem
zu einem unteren Düsenfeld 2 oberhalb
des Metallbandes 30 zusätzlich
ein oberes Düsenfeld 6 mit
oberen Düsenplatten 8 mit Schlitzdüsen und/oder
Lochdüsen
angeordnet ist. Dabei sind in Bandlaufrichtung L, also in Längsrichtung,
die unteren Düsenplatten 4 und
die oberen Düsenplatten 8 zueinander
versetzt angeordnet.
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Durch
geeignete Gasführung
werden in Längsrichtung
geringe Wellungen des Bandmaterials erzeugt, die zu keiner dauerhaften
Verformung bei der Temperaturbehandlung im Ofen führen und
der Ausbildung einer Rinnenform in Bandlaufrichtung zusätzlich entgegenwirken.
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- 1
- Düsenfeld
- 2
- unteres
Düsenfeld
- 4
- untere
Düsenplatten
- 6
- oberes
Düsenfeld
- 8
- oberen
Düsenplatten
- 10
- äußere Schlitzdüsen
- 12
- äußere Lochdüsen
- 14
- innere
Lochdüsen
- 16
- innere
Schlitzdüsen
(quer zur Bandrichtung)
- 18
- mittige
Schlitzdüsen/Sperrdüsen
- 20
- mittige
Lochdüsen/Sperrdüsen
- 22
- Leitbleche
- 24
- Prallbleche
- 26
- Trennplatte
- 30
- Metallband
- L
- Bandlaufrichtung/Längsrichtung