-
Die Erfindung betrifft einen Trockner für mindestens eine Materialbahn gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Durch die
WO 96/07490 A1 ist ein Verfahren zum Entfernen von Staubpartikeln von einer relativ bewegten Materialbahn bekannt. Zum Entfernen von auf der Materialbahn anhaftenden, elektrostatisch aufgeladenen Staubpartikeln wird in einem umgebenden gasformigen Fluid ein Zustand erzeugt, bei dem die aus der elektrostatische Aufladung der Staubpartikel resultierende Spannung über einer kritischen Durchschlagspannung gemäß dem Gesetz von Paschen liegt. Dadurch wird die Anhaftung aufgrund der elektrostatischen Aufladung aufgehoben und die Staubpartikel durch eine Strömung des Fluids entfernt und abgesaugt. Bei dem Fluid handelt es sich um Luft. Da die Materialbahn relativ bewegt ist, herrscht in einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zunächst Umgebungsdruck. Um den erforderlichen Zustand im Bereich der Oberfläche der Materialbahn zu erzeugen, wird eine überexpandierte Überschallströmung auf die Materialbahn entgegen deren Laufrichtung geachtet. Hierdurch herrscht in einem Bereich der Oberfläche der Materialbahn ein geringerer Druck als der Umgebungsdruck.
-
Durch die
WO 2004/037696 A2 ist ein Leitelement, beispielsweise in Form einer Wendestange, für eine bahnerzeugende, etwa eine Papiermaschine, oder eine bahnverarbeitende Maschine, etwa eine Rotationsdruckmaschine bekannt. Das Leitelement weist eine Vielzahl von in seiner Mantelfläche zumindest in einem Längsabschnitt im Wesentlichen um den gesamten Umfang angeordnete Öffnungen für den Austritt eines unter Druck stehenden gasförmigen Fluids auf. Die Öffnungen sind als Mikroöffnungen mit einem Durchmesser kleiner 500 μm ausgeführt. Das Leitelement ist in Bezug auf eine Materialbahn in mindestens zwei Winkelstellungen bringbar, wobei in beiden Winkelstellungen das Fluid im genannten Längsabschnitt im Wesentlichen über den gesamten Umfang aus den Mikroöffnungen tritt. Bei dem Fluid handelt es sich um Luft. Das Leitelement erzeugt ein Luftpolster mit einem hohen Maß an Homogenität bei gleichzeitig geringen Verlusten.
-
Durch die
EP 17 95 347 A2 sind ein Kühlwalzenständer und ein Verfahren zur Kühlung mindestens einer hindurchgeführten Materialbahn bekannt. Dabei weist mindestens eine Kühlwalze des Kühlwalzenständers einen Grundkörper und einen Außenkörper auf, die thermisch voneinander isoliert sind. Um die Materialbahn an die Kühlwalze anzudrücken kann in dem Kühlwalzenständer ein mit einer der Kühlwalzen zusammenwirkender Presseur vorgesehen sein, wobei zwischen dem Presseur und der jeweiligen Kühlwalze ein elektrostatisches Feld ausgebildet ist. Auch kann die mindestens eine Materialbahn mit einem Luftstrom beaufschlagt werden, der der Laufrichtung der Materialbahn entgegengerichtet ist und sich über die gesamte Breite der Materialbahn erstreckt. Der Luftstrom drückt die Materialbahn an die Kühlwalze.
-
Durch die
WO 2004/074148 A2 ist eine Vorrichtung zum Führen einer laufenden Materialbahn mit einem sich im Wesentlichen über die gesamte Breite der Materialbahn erstreckenden Führungselement bekannt. Als Führungselement sind eine in Laufrichtung der Materialbahn drehende Walze sowie Mittel vorgesehen, die geeignet sind, nur einen Film aus einem gasförmigen Fluid zwischen ihrer Oberfläche und der über diese Oberfläche laufenden Seite der Materialbahn auszubilden. Die Materialbahn kontaktiert die Walze im Wesentlichen nicht und ist in der Lage, eine Breitstreckwirkung auf die Materialbahn derart zu erzielen, dass Längsfalten in der Materialbahn beseitig- oder vermeidbar sind.
-
Durch die
WO 2006/117578 A1 ist ein Verfahren zur Wärmeübertragung zwischen einer festen Oberfläche und einer Materialbahn bekannt. Dabei wird eine wärmeabgebende Oberfläche um einen Spalt für eine sich ausbildende Strömung beabstandet von einer wärmeaufnehmenden Oberfläche angeordnet und durch eine Relativbewegung der Oberflächen eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Oberflächen erzeugt. Durch die Relativgeschwindigkeit wird die Strömungsgeschwindigkeit der Strömung in dem Spalt gegenüber den Oberflächen erhöht. In dem Spalt wird eine turbulente Strömung aufrechterhalten, durch welche die Wärmeübertragung stattfindet.
-
Aus der
DE 10 2004 003 899 A1 ist eine drehende Walze mit gelochtem Außenmantel zur Führung einer Materialbahn auch in der unmittelbaren Nähe eines Schwebetrockners bekannt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trockner für mindestens eine Materialbahn zu schaffen, wobei der Trockner bei relativ kompakten Außenabmessungen für hohe Bahngeschwindigkeiten der zu trocknenden Materialbahn geeignet ist.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass der Trockner bei relativ kompakten Außenabmessungen für hohe Bahngeschwindigkeiten der zu trocknenden Materialbahn geeignet ist. Die mit dem Trockner beherrschbaren Bahngeschwindigkeiten liegen oberhalb von 12 m/s. Ein weiterer Vorteil des Trockners ergibt sich dadurch, dass die Materialbahn nach Verlassen des Trockners nicht mehr gekühlt werden muss. Bei herkömmlichen Trocknern muss immer ein separater Kühlwalzenständer nachgeordnet sein. Dadurch weist ein Trockner zum Erreichen mindestens des selben Ergebnisses, nämlich einer getrockneten und anschließend gekühlten Materialbahn, geringe und kompakte Abmessungen auf. Der Trockner ist darüber hinaus für Materialbahnen, insbesondere mit einer Breite von 1.000 mm und darüber geeignet.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines einer Druckeinheit einer Rotationsdruckmaschine nach geordneten Trockners in einem Längsschnitt;
-
2 eine Detailansicht einer isolierten Kühlwalze des Trockners aus 1 in einem Längsschnitt;
-
3 die isolierte Kühlwalze aus 2 in einem Querschnitt;
-
4 eine Hülse der isolierten Kühlwalze aus 2 in einer perspektivischen Ansicht;
-
5 eine erste Variante einer isolierten Walze für einen Trockner aus 1 in einem Querschnitt;
-
6 die isolierte Walze aus 5 in einem Längsschnitt;
-
7 eine zweite Variante einer isolierten Walze für einen Trockner aus 1 in einem Querschnitt;
-
8 eine dritte Variante einer isolierten Walze für einen Trockner aus 1 in einem Querschnitt;
-
9 eine schematische Darstellung einer Luftrakel in einem Querschnitt.
-
Bei einem in 1 dargestellten Trockner 01 handelt es sich um einen Heißlufttrockner mit vorzugsweise integrierter Materialbahnkühlung. Der in 1 dargestellte Trockner 01 nach mindestens einer Druckeinheit 02, insbesondere für eine eine letzte Druckeinheit 02 einer Rotationsdruckmaschine verlassende Materialbahn 03 umfasst eine Heizsektion 04, in welcher die Materialbahn 03 vorzugsweise durch Heißluft getrocknet wird, sowie eine Kühlsektion 05, in der die nach ihrer Trocknung noch erhitzte Materialbahn 03 abgekühlt wird.
-
In der Heizsektion 04 des Trockners 01 wird die Materialbahn 03 unter anderem mit Heißluft getrocknet, welche durch Erwärmung bzw. Erhitzung von aus der Umgebung angesaugter Luft mit Raumtemperatur von 21°C auf im Bereich der Materialbahn 03 auf bis zu etwa 200°C bis 250°C erzeugt wird. Hierzu findet in einem Luftstrom, nachdem dieser vorzugsweise entgegen der Bahnlaufrichtung B an der Materialbahn 03 entlang gestrichen ist, beispielsweise durch Gaseinleitung eine Verbrennung mit einhergehender Erwärmung des Luft-Gas-Gemischsstroms auf etwa 750°C statt. In diesem stark erhitzten Gemischstrom sind Wärmetauscher angeordnet, welche dem Gemischstrom Wärme entziehen, bis dieser mit einer Temperatur von etwa 300°C als Abgasstrom den Trockner 01 verlässt. Die Wärme des Abgasstroms kann für weitere Aufgaben am Aufstellungsort des Trockners 01 verwendet werden. Die Wärmetauscher erwärmen den aus der Umgebung eingesaugten Luftstrom entsprechend der Anzahl von Wärmetauschern mehrstufig von Raumtemperatur auf bis zu etwa 200°C bis 250°C. Die in die Heizsektion 04 einlaufende Materialbahn 03 weist zunächst auch Raumtemperatur auf. Sie tritt in der Heizsektion 04 zuerst mit dem auf bis zu etwa 200°C bis 250°C erhitzten Luftstrom in Kontakt, und läuft dem Luftstrom in Richtung abnehmender Temperatur entgegen. Dabei erfahrt die Materialbahn 03 eine Erwärmung auf bis zu etwa 130°C bevor sie mit einer Temperatur von etwa 100°C bis 110°C die Heizsektion 04 getrocknet verlässt. In der sich an die Heizsektion 04 anschließenden Kühlsektion 05 wird die Materialbahn 03 anschließend auf eine zur Weiterverarbeitung geeignete Temperatur abgekühlt, bevor sie den Trockner 01 verlasst.
-
Um einen effektiven Trocknungsprozess mit anschließender Kühlung bei möglichst kompakten Abmessungen des Trockners 01 zu erhalten, umfasst die Heizsektion 04 des Trockners 01 mehrere Heizwalzen 06, welche jeweils teilweise von der durch den Trockner 01 hindurchlaufenden Materialbahn 03 umschlungen sind, und die Kühlsektion 05 des Trockners 01 umfasst mehrere Kühlwalzen 07, welche jeweils ebenfalls teilweise von der durch den Trockner 01 hindurchlaufenden Materialbahn 03 umschlungen sind.
-
Zwischen den unmittelbar aneinandergrenzenden Heiz- 04 und Kühlsektionen 05 ist eine wärmeisolierende Zwischenwand 08 angeordnet. Am Eingang 09 des Trockners 01 ist ober- und/oder unterhalb der in den Trockner 01 einlaufenden Materialbahn 03 jeweils eine Luftrakel 10 zum berührungslosen Führen der Materialbahn 03 angeordnet. In der Heizsektion 04 des Trockners 01 können weitere Luftrakel 10 angeordnet sein. Ebenfalls können am Eingang 09 mehrere Luftrakel 10 in Bahnlaufrichtung B hintereinander angeordnet sein.
-
Vorzugsweise zumindest an der zuerst in Kontakt mit einer in Bahnlaufrichtung B ersten Heizwalze 05 kommenden Seite der Materialbahn 03 ist in Bahnlaufrichtung B vor der Heizwalze 06 zumindest eine oder sind mehrere Luftrakel 10 angeordnet. Vorzugsweise ist auf beiden Seiten der Materialbahn 03 vor der ersten Heizwalze 06 eine Luftrakel 10 angeordnet. Besonders vorzugsweise sind vor jeder Heizwalze 06 der Heizsektion 04 zumindest eine oder mehrere Luftrakel 10 zumindest an der mit der ersten in Kontakt mit einer darauf folgenden Heizwalze 06 kommenden Seite der Materialbahn 03 angeordnet.
-
Die mindestens eine in oder am Eingang 09 einer Heizsektion 04 angeordnete Luftrakel 10 wird vorzugsweise mit erhitzter Druckluft von beispielsweise vier bis acht bar beaufschlagt. Temperatur der Druckluft und Düsenform der Luftrakel 10 sind vorzugsweise so gewählt, dass die Druckluft mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 400 m/s gegen die Materialbahn 03 austritt. Die aus einer Düse 66 der Luftrakel 10 strahlartig mit hoher Geschwindigkeit gegen die Materialbahn 03 austretende Druckluft trennt sozusagen eine an der Materialbahn 03 anhaftende, den Trocknungsprozess hemmende Grenzschicht von der Materialbahn 03, indem sie die an der Materialbahn 03 anhaftende Grenzschicht durchstößt, wodurch es zu einer starken Durchmischung und Austausch der Grenzschicht kommt. In der Grenzschicht mittransportierte Gase, Tröpfchen und Partikel werden dadurch von der Materialbahn 03 entfernt und können durch einen Absaugkanal 65 abgesaugt werden. Durch die Durchmischung und den Austausch findet darüber hinaus ein starker Wärmeübergang zwischen Materialbahn 03 und erwärmter bzw. erhitzter Druckluft statt, wodurch der Trocknungsvorgang der Materialbahn 03 stark beschleunigt wird. Im Anschluss an die strahlartig mit hoher Geschwindigkeit gegen die Materialbahn 03 austretende Druckluft findet außerdem eine wesentlich effektivere Trocknung der Materialbahn 03 durch die Heißluft in der Heizsektion 04 des Trockners 01 statt, da die eine Sperrwirkung auf den Trocknungsprozess aufweisende alte Grenzschicht abgetrennt wurde und sich die ausbildende neue Grenzschicht aus frischer Heißluft zusammensetzt und darüber hinaus von den in der alten Grenzschicht enthaltenen Gasen, Tröpfchen und Partikeln befreit ist. Dadurch kann die Heizsektion 04 des Trockners 01 kurz und damit kompakt ausgebildet werden, bei effektiver oder zumindest gleicher Trocknung. Bei einer entsprechend hohen Geschwindigkeit der gegen die Materialbahn 03 austretenden Druckluft wird außerdem eine entsprechend hohe Strömungsenergie aufgebracht, die in Verbindung mit einem geerdeten, in einem Abstand zur Materialbahn 03 angeordneten, der Materialbahn 03 zugewandten Potentialflächenbereich eine Überwindung der Haltekräfte von Gasen, Tröpfchen und Partikel auf der Materialbahn 03 bewirkt. Dies wird dadurch erreicht, indem eine gemäß dem Gesetz von Paschen dem Produkt aus Druck der gegen die Materialbahn 03 ausströmenden Druckluft und dem Abstand des Patentialflächenbereichs von der Materialbahn 03 zugeordnete kritische Spannung unter einer elektrostatischen Spannung der Tröpfchen und Partikel, insbesondere Staubpartikel, auf der Materialbahn 03 liegt, so dass deren Neutralisation erfolgt. Die Tröpfchen und Partikel haften dann nur noch aufgrund der viel kleineren Van-Der-Waals-Kräfte und anderer, nicht elektrostatischer Kräfte auf der Materialbahn 03. Um den entsprechenden geringen Druck in der gegen die Materialbahn 03 austretenden Druckluft zu erhalten, ist die Geschwindigkeit des gegen die Materialbahn 03 austretenden Luftstroms derart hoch, dass die nur noch gering anhaftenden Teilchen und Tröpfchen mitgerissen und entfernt werden. Der Entladungseffekt nach dem Gesetz von Paschen wird durch den Effekt der Balloelektrizität unterstützt, welcher sich durch einen verengenden Düsenquerschnitt ergibt. Hierdurch erfolgt eine wenigstens teilweise Ionisation der die Düse 66 durchströmenden Druckluft ohne dass eine elektrische Energie verbrauchende Ionisationseinheit benötigt wird. Zwischen der Düse 66 und dem Absaugkanal 65 der Luftrakel 10 ist vorzugsweise ein Profilelement 67 angeordnet, welches beginnend an der Düse 66 zum Absaugkanal 65 hin vorzugsweise so geformt ist, dass eine sich zwischen der aus der Düse 66 ausströmenden Druckluft und dem Profilelement 67 ausbildende Grenzschicht vorzugsweise zumindest bis in vorzugsweise unmittelbare Nähe des Absaugkanals 65 laminar bleibt. Die vorzugsweise laminare Grenzschicht löst sich durch ihren nur eingeschränkten Energieaustausch mit der ungestörten Außenströmung (PrandtI) solange nicht von der Oberfläche des Profilelements 67 ab, solange sie einem mit einer aus Sicht der Strömung durch eine Querschnittserweiterung bedingten Druckanstieg folgen kann. Genügt die typischerweise im Form von kinetischer Energie der Druckluftmoleküle vorliegende Energie in der Grenzschicht nicht aus, um dem Druckanstieg zu folgen, kommt es zu einem Stillstand der Grenzschicht verbunden mit einem Einbrechen der energiereichen Außenströmung in Form einer so genannten Ablöseblase. Dieses Phänomen ist als laminar-turbulenter Umschlag hinlänglich bekannt. Kommt es im engen Spalt zwischen Profilelement 67 und Materialbahn 03 zu einer solchen Ablöseblase in der am Profilelement 67 anliegenden Grenzschicht, und werden keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen, gewinnt die von der Materialbahn 03 mittransportierte Grenzschicht die Oberhand und die Strömung entlang dem Profilelement 67 bricht zusammen. Als geeignete Gegenmaßnahmen kann entweder der Druck im sich erweiternden Querschnitt durch einen stärkeren Unterdruck im Absaugkanal 65 abgesenkt werden, oder es kann durch geeignete Maßnahmen direkt eine turbulente Grenzschicht ausgebildet werden. Gelingt es durch eine geeignete Kontur- bzw. Formgebung des Profilelements 67 die zwischen der aus der Düse 66 ausströmenden Druckluft und dem Profilelement 67 ausgebildeten Grenzschicht ablösefrei, d. h. laminar oder turbulent, jedoch ohne dazwischen liegenden laminar-turbulenten Umschlag zu belassen, führt sie aus der an der Materialbahn 03 anhaftenden Grenzschicht herausgelöste Partikel und Tröpfchen dem von der Düse 66 vorzugsweise entgegen der durch den Pfeil B angedeuteten Bahnlaufrichtung B der Materialbahn 03 beabstandeten Absaugkanal 65 zu. Um eine entlang des Profilelements 67 vorzugsweise laminare Grenzschicht der aus der Düse 66 austretenden Druckluft zu erhalten, weist das Profilelement 67 eine Kontur mit in Strömungsrichtung der Druckluft nur mäßigen Querschnittserweiterungen auf, welche den sich entlang der Oberfläche des Profilelements 67 bewegenden Druckluftmolekülen in der Grenzschicht genügend Zeit lassen, durch Reibung an der Oberfläche des Profilelements 67 verlorene und zum Druckaufbau im sich aus Sicht der strömenden Druckluft erweiternden Querschnitt benötigte kinetische Energie aus der energiereichen Außenströmung zu gewinnen. Besonders eignen sich hierbei aus der Luftfahrt bekannte und vermessene Laminarprofile. Wichtig ist hervorzuheben, dass bei nur langsamer Bahngeschwindigkeit eine Absaugung durch den Absaugkanal 65 genügt, um eine Strömung von der Düse 66 zum Absaugkanal 65 entgegen der Bahnlaufrichtung B auch ohne aus der Düse 66 ausströmende Druckluft zu erzeugen bzw. aufrechtzuerhalten.
-
Die Luftrakel 10 kann alternativ zumindest an ihrer der Materialbahn 03 zugewandten Seite zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 03 angeordnete Mikroöffnungen aufweisen. Eine solche Luftrakel 10 ist vorzugsweise aus einem porösen Werkstoff hergestellt. Eine derartige Luftrakel 10 kann auch als eine drehend gelagerte Walze ausgeführt sein.
-
Ebenso ist denkbar, eine oder mehrere Heizwalzen 06 der Heizsektion 04 des Trockners 01 als ein berührungsfreies Leitelement zum Führen und/oder Umlenken der Materialbahn 03 mit einer Vielzahl von Öffnungen für den Austritt eines unter Druck stehenden Fluids auszuführen. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um Druckluft. Ein derartiges berührungsfreies Leitelement kann an seinem Umfang zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 03 angeordnete Mikroöffnungen aufweisen. Das Leitelement kann in Bezug auf die einlaufende Materialbahn 03 in mindestens zwei Winkelstellungen gebracht werden. Dabei kann das Fluid bzw. die Druckluft in beiden Winkelstellungen über den gesamten Umfang aus den Mikroöffnungen treten. Ein mit Mikroöffnungen versehenes berührungsfreies Leitelement zeichnet sich durch ein Luftpolster mit einem hohen Maß an Homogenität bei gleichzeitig geringen Verlusten aus. Mittels eines berührungsfreie Leitelements mit Mikroöffnungen lässt sich der Abstand zwischen der die Mikroöffnungen aufweisenden Oberfläche und der Materialbahn 03 verringern, der Volumenstrom an Fluid bzw. Druckluft erheblich absenken und hierdurch außerhalb des Wirkbereichs mit der Materialbahn 03 austretende Verlustströme deutlich verkleinern. Im Gegensatz zu bekannten Bauteilen mit herkömmlichen Öffnungen bzw. Bohrungen von Öffnungsquerschnitten im Bereich von Millimetern und einem Lochabstand von mehreren Millimetern, wird vorteilhaft bei der Ausbildung von Mikroöffnungen auf der Oberfläche eine weitaus homogenere Oberflächenstruktur geschaffen. Unter Mikroöffnungen werden hier Öffnungen verstanden, welche einen Durchmesser kleiner oder gleich 500 μm vorteilhaft kleiner oder gleich 300 μm, insbesondere kleiner oder gleich 150 μm aufweisen. Eine Lochdichte für die mit Mikroöffnungen versehene Oberfläche liegt bei mindestens einer Mikroöffnung je 5 mm2 (= 0,20/mm2), vorteilhaft mindestens eine Mikroöffnung je 3,6 mm2 (= 0,28/mm2).
-
Mikroöffnungen im berührungsfreien Leitelement können erhalten werden, indem das Leitelement beispielsweise aus einem porösen Werkstoff hergestellt wird, oder beispielsweise gelasert wird, um Mikroöffnungen herzustellen. Als poröse Werkstoffe eignen sich besonders Sintermetalle. Das berührungsfreie Leitelement kann als eine drehend gelagerte Walze ausgeführt sein. Hierdurch werden Beschädigungen der Materialbahn 03 vermieden, wenn diese kurzzeitig in Kontakt mit dem Leitelement kommt oder die Druckluftversorgung ausfällt. Aus den Öffnungen des berührungsfreien Leitelements, welches vorzugsweise mit einem Fluid mit einem Druck von vier bis acht bar beaufschlagt ist, tritt vorzugsweise ein erwärmtes oder erhitztes Fluid, vorzugsweise erwärmte oder erhitzte Druckluft aus.
-
Bei Bahnstillständen oder geringer Bahngeschwindigkeit von beispielsweise unter 3 m/s und insbesondere von unter 1 m/s, sind die Walzen vorzugsweise drehend angetrieben.
-
Unter diesen Bedingungen kann die Druckluftbeaufschlagung während der Produktion abgeschaltet werden.
-
Bei dem Trockner 01 in 1 sind die Heizwalzen 06 der Heizsektion 04 als angetriebene rotierende Heizwalzen 06 ausgebildet, welche vorzugsweise an ihrer Mantelfläche eine vorzugsweise derart höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Bahngeschwindigkeit der sie umschlingenden Materialbahn 03 aufweisen, dass eine von der angetrieben rotierenden Heizwalze 06 mitbewegte Grenzschicht in einem in dem von der Materialbahn 03 umschlungenen Bereich zwischen Materialbahn 03 und Mantelfläche ausgebildeten Spalt, in dem die mitbewegte Grenzschicht zu einer Spaltströmung wird, sowohl gegenüber der Materialbahn 03, als auch gegenüber der Mantelfläche eine Reynoldszahl größer 2.300 aufweist, so dass ein die Materialbahn 03 trocknender unmittelbarer Wärmeübergang von der angetriebenen rotierenden Heizwalze 06 in die Grenzschicht und aus der Grenzschicht auf die Materialbahn 03 stattfindet.
-
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen fester Oberfläche einer Heizwalze 05 und Materialbahn 03 wird die wärmeabgebende Oberfläche der Heizwalze 06 um einen Spalt beabstandet von der wärmeaufnehmenden Oberfläche der Materialbahn 03 angeordnet und durch eine Relativbewegung der Oberflächen eine Relativgeschwindigkeit zwischen den Oberflächen erzeugt. Der Spalt bildet sich selbständig durch die von der Heizwalze 06 mitbewegte Grenzschicht aus. Durch die in dem Spalt vorherrschende Strömungsgeschwindigkeit wird entsprechend der Abhängigkeit der Nusseltzahl von der Reynoldszahl der Wärmeübergang zwischen wärmeabgebender und wärmeaufnehmender Oberfläche gesteuert. Ein besonderes starker Einfluss wird durch eine Strömung mit hohem Turbulenzgrad im Spalt erreicht. Charakteristisch für eine turbulente Strömung ist deren Geschwindigkeitsverteilung mit einem hohen Anteil von von einer Hauptströmungsrichtung abweichenden Geschwindigkeiten, verbunden mit einem starken Energieaustausch in der Grenzschicht. Um dies zu erreichen wird in dem Spalt durch Steuerung der Drehzahl der Heizwalze 06 eine turbulente Strömung ausgebildet, entsprechend einer Reynoldszahl größer 2.300. Als Bezugsgröße zur Berechnung der Reynoldszahl eignen sich sowohl die Spaltweite, als auch die Lauflänge der Strömung, beginnend bei der Einsetzenden Umschlingung der Heizwalze 06 durch die Materialbahn 03.
-
Die Heizwalzen 06 der Heizsektion 04 des Trockners 01 weisen beispielsweise zusätzlich jeweils eine Einrichtung 11 zur Erhöhung der Anpressung der Materialbahn 03 an die Heizwalze 06 auf. Bei der Einrichtung 11 kann es sich beispielsweise um einen Presseur oder um eine Luftrakel 11 handeln. Da die Heizwalzen 06 der Heizsektion 04 wie oben beschrieben berührungslos arbeiten, ist die Einrichtung 11 als Luftrakel 11 ausgeführt. Die Luftrakel 11 wird mit erhitzter Druckluft betrieben. Die Luftrakel 11 kann wie die in 9 dargestellte Luftrakel 10 aufgebaut sein. Temperatur der Druckluft und Düsenform der Luftrakel 11 sind so gewählt, dass die Druckluft mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 400 m/s gegen die Materialbahn 03 austritt. Hierdurch kann die aus der Luftrakel 11 strahlartig mit hoher Geschwindigkeit gegen die Materialbahn 03 austretende Druckluft eine an der Materialbahn 03 anhaftende, den Trocknungsprozess hemmende Grenzschicht von der Materialbahn 03 trennen, indem sie die an der Materialbahn 03 anhaftende Grenzschicht durchstößt wodurch es zu einer starken Durchmischung und Austausch der Grenzschicht kommt. in der Grenzschicht mittransportierte Gase, Tröpfchen und Partikel werden dadurch von der Materialbahn 03 entfernt und können abgesaugt werden. Im Folgenden findet auch wieder ein effektiverer Trocknungsprozess durch die in der Heizsektion 04 zirkulierende bzw. in die Heizsektion 04 eingebrachte Heißluft statt. Die bei der Luftrakel 11 auftretenden Effekte sind weitestgehend die Selben, wie bereits oben zur Luftrakel 10 beschrieben.
-
Die Kühlwalzen 07 der Kühlsektion 05 des Trockners 01 sind als beispielsweise isolierte Kühlwalzen 07 ausgeführt. Eine isolierte Kühlwalze 07 bzw. Komponenten einer solchen Kühlwalze 07 sind in den 2 bis 4 dargestellt. Jede der isolierten Kühlwatten 07 weist einen zylindrischen Grundkörper 12 und einen ein Wärmeträgermedium führenden Außenkörper 15 auf. Der Außenkörper 15 umgibt den Grundkörper 12 zumindest an dessen durch die vorzugsweise geschlossene zylindrische Oberfläche 13 gebildete Mantelfläche 13. Grundkörper 12 und Außenkörper 15 sind thermisch voneinander isoliert.
-
Der Außenkörper 15 der isolierten Kühlwalze 07 besteht aus einer oder mehreren Hülsen 14 und einer Außenhülle 27. Auf eine sich über die axiale Länge der isolierten Kühlwalze 07 erstreckende vorzugsweise geschlossene zylindrische Oberfläche 13 des Grundkörpers 12 ist eine zylindrische Hülse 14 geschoben, welche entlang ihres Umfangs mehrere Hohlräume 17 in Form von beispielsweise axial zum Grundkörper 12 verlaufenden Nuten 17 aufweist. Vorzugsweise ist jede Nut 17 als Strömungskanal nutzbar. Über die axiale Länge der isolierten Kühlwalze 07 sind vorzugsweise mehrere Hülsen 14 vorzugsweise gleicher Breite beispielsweise durch Aufstecken auf den Grundkörper 12 derart aneinandergereiht, dass sich alle Nuten 17 an den Außenflächen der Hülsen 14 jeweils zu einem sich über die axiale Länge der isolierten Kühlwalze 07 erstreckenden durchgängigen Strömungskanal ergänzen. Die Hülsen 14 können jedoch auch in unterschiedlichen Breiten gefertigt werden, so dass unterschiedlich breite Hülsen 14 zu nahezu jeder beliebigen axialen Länge der isolierten Kühlwalze 07 zusammengesetzt werden können. An einer Stirnseite 18 der isolierten Kühlwalze 07 bzw. an einer Stirnseite 19 einer sich durch die isolierte Kühlwalze 07 erstreckenden Welle 21 ist ein kanalartiger Zulauf 22 zur Einleitung eines Wärmeträgermediums in die Kühlwalze 07 vorgesehen, wobei das Wärmeträgermedium beispielsweise im Inneren der Welle 21 durch die Kühlwalze 07 hindurch bis nahe an die gegenüberliegende zweite Stirnseite 20 der Kühlwalze 07 geleitet wird.
-
Mittels vorzugsweise mehrerer Radialbohrungen 23 wird das Wärmeträgermedium von dort den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 17 der in axialer Richtung der Kühlwalze 07 äußersten Hülse 14 zugeführt und in die als Nuten 17 ausgebildeten Strömungskanäle eingeleitet, wonach das Wärmeträgermedium die Nuten 17 in Richtung der ersten Stirnseite 18 der Kühlwalze 07, an der das Wärmeträgermedium eingeleitet wurde, durchströmt. Mittels weiterer Radialbohrungen 24 kann das an den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 17 der in axialer Richtung der Kühlwalze 07 letzten Hülse 14 austretende Wärmeträgermedium einem kanalartigen Ablaut 26 zum gesammelten Abführen des Wärmeträgermediums aus der Kühlwalze 07 zugeleitet werden.
-
Die Hülsen 14 sind vorzugsweise aus einem Kunststoff beispielsweise in einem Spritzgießverfahren gefertigt und bestehen beispielsweise aus einem Polyamid. Insbesondere bestehen die Hülsen 14 vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden Werkstoff. Die an der Außenfläche der Hülsen 14 angeordneten Nuten 17 werden vorzugsweise beim Spritzgießen der Hülsen 14 ausgebildet. Die Nuten 17 können jedoch auch an der Außenfläche der Hülsen 14 eingefräst werden.
-
Nach dem Aufstecken der für die vorzugsweise gesamte axiale Länge der Kühlwalze 07 benötigten Hülsen 14 auf dem Grundkörper 12 und dem Ausrichten ihrer jeweiligen Nuten 17 zur Ausbildung durchgängiger Strömungskanäle werden die Hülsen 14 auf dem Grundkörper 12 vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie etwa durch eine Klebung fixiert und befestigt. Danach wird eine beispielsweise als ein zylindrisches Rohr ausgebildete Außenhülle 27 auf die aneinander gereihten Hülsen 14 derart aufgebracht, dass die in die Hülsen 14 eingebrachten Nuten 17 abgedeckt sind. Die Hülsen 14 bilden gemeinsam mit der Außenhülle 27 einen Außenkörper 15. In dieser Ausführungsform bildet die zum Außenkörper 15 gehörende Hülse 14 die thermische Isolation zum Grundkörper 12. Es ist aber ebenso möglich, den Grundkörper 12 mit einer thermisch isolierenden Beschichtung zu versehen und den Außenkörper 15 einstückig aus gut wärmeleitendem Werkstoff herzustellen.
-
Zwischen den einzelnen Nuten 17 ausgebildete Stege 28 verhindern Leckagen, an denen das die Strömungskanäle durchströmende Wärmeträgermedium unkontrolliert von einer Nut 17 in eine benachbarte Nut 17 übertreten Könnte. Die vorzugsweise dünnwandige Außenhülle 27 wird beispielsweise formschlüssig auf die Hülsen 14 aufgeschoben und an den Hülsen 14 und/oder an dem Grundkörger 12 vorzugsweise stoffschlüssig beispielsweise durch Schweißen oder Kleben befestigt. Damit ist in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche 13 des Grundkörpers 12 und der Innenseite 29 der Außenhülle 27 mindestens eine Hülse 14 aus einem thermisch isolierenden Werkstoff eingefügt. Die Außenhülle 27 besteht vorzugsweise aus einem korrosions- und verschleißfesten metallischen Werkstoff. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Außenkörpers 15 verchromt. Eine Profilierung oder Gravur der Oberfläche kann ebenso vorgesehen werden. Die isolierte Kühlwalze 07 hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 200 mm. Um eine effektive Kühlung hemmende elektrostatische Aufladungen der Materialbahn 03 abzubauen, kann die isolierte Kühlwalze 07 geerdet sein. Die isolierte Kühlwalzen 07 des Trockners 01 können freilaufend angeordnet sein.
-
Gegebenenfalls kann auch nur der Bereich der isolierten Kühlwalze 07 rotierend ausgeführt sein, welcher den Mantel mit den Sinter- bzw. Mikroöffnungen aufweist.
-
Im Bahnlauf in der Kühlsektion 05 sind weiterhin Luftrakel 16 angeordnet, über welche die Materialbahn 03 hinweg läuft (1). Es können auch beidseitig der Materialbahn 03 je eine auf die Materialbahn 03 gerichtete Luftrakel 16 angeordnet sein, so dass sich die beiden Luftrakel 16 bezogen auf die Ebene der Materialbahn 03 gegenüberstehen. Vorzugsweise ist eine Luftrakel 16 in Bahnlaufrichtung B noch vor der ersten Kühlwalze 07 der Kühlsektion 05 angeordnet. Auch in der Kühlsektion 05 können Luftrakel 16 zum berührungslosen Stützen und Führen der Materialbahn 03 angeordnet sein, ähnlich wie die in 9 dargestellte Luftrakel 10 in der Heizsektion 04. Auch in der Kühlsektion 05 kann aus der Luftrakel 16 strahlartig mit hoher Geschwindigkeit gegen die Materialbahn 03 austretende Druckluft unter einem Druck von beispielsweise vier bis acht bar eine an der Materialbahn 03 anhaftende, den Kühlprozess hemmende Grenzschicht von der Materialbahn 03 abtrennen, indem die Druckluft die an der Materialbahn 03 anhaftende Grenzschicht durchstößt, wodurch es zu einer starken Durchmischung und Austausch der Grenzschicht kommt. In der Grenzschicht mittransportierte Gase, Tröpfchen und Partikel werden dadurch von der Materialbahn 03 entfernt und können abgesaugt werden. Durch die Durchmischung und den Austausch findet darüber hinaus ein starker Wärmeübergang zwischen Materialbahn 03 und der nach Expansion kühlen Druckluft statt, wodurch der Kühlvorgang der Materialbahn 03 stark beschleunigt wird. Die maximale Geschwindigkeit, mit der die kühle oder gekühlte Druckluft gegen die Materialbahn 03 austritt, ist dabei aufgrund des niedereren Temperaturniveaus kleiner, als in der Heizsektion 04, wo die Druckluft erwärmt oder erhitzt ist.
-
Vor dem Auftreffen der von der Heizsektion 04 kommenden Materialbahn 03 auf eine erste Kühlwalze 07 der Kühlsektion 05 kann die Materialbahn 03 alternativ oder zusätzlich mit einem ihrer Laufrichtung entgegen gesetzten Strom kalter Luft beblasen werden. Der kalte Luftstrom bewegt sich dabei entlang der Oberfläche der Materialbahn 03 in Richtung des Ausgangs 25 der Heizsektion 04. Dadurch kann die von der Materialbahn 03 aus der Heizsektion 04 mittransportierte heiße Grenzschicht abgerissen werden, so dass sie nicht mehr als Isolator zwischen Materialbahn 03 und Kühlwalze 07 wirken kann.
-
An mindestens einer Kühlwalze 07 der Kühlsektion 05 kann eine Einrichtung zur Erhöhung der Anpressung der Materialbahn 03 an die Kühlwalze 07 angeordnet sein. Die Einrichtung zur Erhöhung der Anpressung der Materialbahn 03 an die Kühlwalze 07 umfasst beispielsweise einen Presseur oder eine Luftrakel. Alternativ kann auch vor der mindestens einer Kühlwalze 07 eine Einrichtung zur Erhöhung der Anpressung der Materialbahn 03 an die Kühlwalze 07 angeordnet sein. Auch eine solche Einrichtung kann als Presseur oder Luftrakel ausgebildet sein. Für derartige Luftrakel eignen sich wiederum beispielsweise Walzen aus porösem Werkstoff mit Mikroöffnungen.
-
Eine oder mehrere Kühlwalzen 07 der Kühlsektion 05 des Trockners 01 können auch als angetrieben rotierende Kühlwalzen 07 ausgebildet sein. Jede angetrieben rotierende Kühlwalze 07 weist an ihrer Mantelfläche vorzugsweise eine derart unterscheidende, beispielsweise höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Bahngeschwindigkeit der sie umschlingenden Materialbahn 03 auf, dass eine von der angetrieben rotierenden Kühlwalze 07 mitbewegte Grenzschicht in einem in dem von der Materialbahn 03 umschlungenen Bereich zwischen Materialbahn 03 und Mantelfläche ausgebildeten Spalt, in dem die Grenzschicht zu einer Spaltströmung wird, sowohl gegenüber der Materialbahn 03, als auch gegenüber der Mantelfläche eine Reynoldszahl größer 2.300 aufweist, so dass ein die Materialbahn 03 kühlender unmittelbarer Wärmeübergang von der Materialbahn 03 in die Grenzschicht und aus der Grenzschicht auf die angetrieben rotierende Kühlwalze 07 stattfindet.
-
Eine oder mehrere Kühlwalzen 07 der Kühlsektion 05 des Trockners 01 können auch als berührungsfreie Leitelemente mit einer Vielzahl von Öffnungen für den Austritt eines unter Druck stehenden Fluids ausgeführt sein. Auch hier handelt es sich bei dem Fluid vorzugsweise um Druckluft. Druckluft ist an den meisten denkbaren Aufstellungsorten eines Trockners 01 verfügbar und weist insbesondere in Verbindung mit einer Kühlsektion 05 den Vorteil auf, dass sie beim Austritt durch die damit einhergehende Expansion bis weit unter das Temperaturniveau der zu kühlenden Materialbahn 03 abfällt. Vorzugsweise weist auch ein als Kühlwalze 07 eingesetztes berührungsfreies Leitelement an seinem Umfang zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 03 angeordnete Mikroöffnungen auf. Auch ein solches berührungsfreies Leitelement kann aus einem porösen Werkstoff hergestellt sein. Als poröse Werkstoffe eignen sich wiederum besonders Sintermetalle. Um bei einem Kontakt der Materialbahn 03 mit dem Leitelement beispielsweise bei einem Ausfall der Druckluftversorgung eine Beschädigung der Materialbahn 03 zu vermeiden ist ein als Kühlwalze 07 verwendetes berührungsfreies Leitelement vorzugsweise als eine drehend gelagerte Walze ausgeführt. Aus den Öffnungen eines als Kühlwalze 07 eingesetzten berührungsfreien Leitelements tritt vorzugsweise kühle und/oder unter eine lokale Umgebungstemperatur abgekühlte Druckluft aus. Die Druckluft kann unter Raumtemperatur, bzw. einer Temperatur im Bereich normaler Raumtemperatur stehen, wobei sich durch die Expansion eine Temperatursenkung ergibt. Zusätzlich kann die Druckluft auch gekühlt werden, bevor sie aus den Öffnungen des berührungsfreien Leitelements austritt. In beiden genannten Fällen weist die austretende Druckluft eine Temperatur auf, die unterhalb einer lokalen Umgebungstemperatur in der Nähe einer aus einer Heizsektion 04 eines Trockners 01 herauslaufenden Materialbahn 03 liegt.
-
Der Trockner 01 weist vorzugsweise mindestens einen Rekuperator zur Wärmerückgewinnung auf. Der Rekuperator kann sowohl zur Wärmerückgewinnung durch Nutzung der Abwärme des Trockners 01 beispielsweise zur Erwärmung oder Erhitzung der Heißluft für die Heizsektion 04 oder zur Erwärmung oder Erhitzung der Druckluft für die Luftrakel 10; 11 der Heizsektion 04, als auch zur Wärmerückgewinnung durch Nutzung der Prozesswärme für andere Aufgaben am Aufstellungsort des Trockners 01 genutzt werden. So ist beispielsweise eine Nutzung der Abwärme in Verbindung mit einer Wärmekraftmaschine, beispielsweise einem Stirling-Motor oder einer Turbomaschine, beispielsweise zur Erzeugung von Elektrizität denkbar.
-
Mindestens ein Rekuperator des Trockners 01 kann in Form eines Wärmetauschers mit einem in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierenden, flüssigen Wärmeträgermedium ausgeführt sein. Dabei ist denkbar, dass mindestens ein Rekuperator in Form eines Wärmetauschers mit einem wärmeaufnehmenden Verdampfer auf einer als Wärmesenke ausgebildeten Seite und einem wärmeabgebenden Kondensator auf einer als Wärmequelle ausgebildeten Seite ausgebildet ist. Vorzugsweise weist dabei ein in dem geschlossenen Kreislauf zirkulierendes Wärmeträgermedium auf einem in einer Zirkulationsrichtung des Wärmeträgermediums zwischen Kondensator und Verdampfer herrschenden unteren Temperaturniveau einen flüssigen und auf einem in einer Zirkulationsrichtung des Wärmeträgermediums zwischen Verdampfer und Kondensator herrschenden oberen Temperaturniveau einen gasförmigen Aggregatzustand auf. Die Wärmesenke des mindestens einen Rekuperators kann in einem den Trockner 01 verlassenden Luftstrom und die Wärmequelle in einem in den Trockner 01 eintretenden Luftstrom angeordnet sein. Ebenso ist denkbar, dass die Wärmesenke in einem die Heizsektion 04 des Trockners 01 verlassenden Luftstrom angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Wärmesenke des mindestens einen Rekuperators in einem bereits die Materialbahn 03 getrockneten Luftstrom und die Wärmequelle in einer die Materialbahn 03 noch trocknenden Luftstrom angeordnet. Zum Wärmetransport ist denkbar, dass der Rekuperator eine Heatpipe umfasst. Das flüssige Wärmeträgermedium kann durch Kapillarkräfte von der der Wärmequelle zugeordneten Seite zu der der Wärmesenke zugeordneten Seite transportiert werden. Ebenso ist denkbar, dass das flüssige Wärmeträgermedium durch eine Pumpe von der der Wärmequelle zugeordneten Seite zu der der Wärmesenke zugeordneten Seite transportiert wird. Eine geschickte Anordnung des oberen und unteren Temperaturniveaus, sowie eine Dichteänderung des Wärmeübertragungsmediums vorausgesetzt, kann das flüssige Wärmeträgermedium auch durch Gravitationskräfte von der der Wärmequelle zugeordneten Seite zu der der Wärmesenke zugeordneten Seite transportiert werden.
-
Wichtig ist hervorzuheben, dass mehrere Heizsektionen 04 eines Trockners 01 eine gemeinsame Absaugung aufweisen können. Ebenso können mehrere Kühlsektionen 05 eines Trockners 01 eine gemeinsame Absaugung aufweisen. Außerdem können mindestens eine Heiz- 04 und mindestens eine Kühlsektion 05 eines Trockners 01 eine gemeinsame Absaugung aufweisen.
-
Zumindest in den Heizsektionen 04 beträgt der Druck der als Fluid verwendeten Druckluft der Luftrakel 10; 11 bzw. der berührungsfreien Leitelemente mehr als 3 bar, vorzugsweise 4 bis 7 bar. Der selbe Druck kann für die in den Kühlsektionen 05 angeordneten Luftrakel 16 bzw. berührungsfreien Leitelemente verwendet werden.
-
Eine Erwärmung der Druckluft und/oder der Heizwalzen 06, beispielsweise wenn keine Druckluft zur Verfügung steht, kann elektrisch, durch Verbrennung von Gas oder Öl, durch heißes Wasser oder Dampf, durch Thermoöl oder durch Kombinationen hieraus erfolgen, je nach Einbausituation und am Aufstellungsort des Trockners 01 vorhandenen Mitteln. Ebenfalls ist eine Erwärmung der Druckluft für die Luftrakel 10; 11; 16 und/oder die berührungsfreien Leitelemente in der oder den Heizsektionen 04 durch einen Wärmetauscher denkbar, wobei der Wärmetauscher beispielsweise der Heißluft bzw. einem Heißluftstrom Wärme entzieht, nachdem die Heißluft bzw. der Heißluftstrom in einer oder den Heizsektionen des Trockners 01 eine oder mehrere Materialbahnen 03 getrocknet hat.
-
Die Heißluft bzw. der Heißluftstrom kann ebenso erzeugt werden, indem Luft bzw. ein Luftstrom, der entweder im Trockner 01 zirkuliert oder der Umgebung entnommen ist, elektrisch, durch chemische Verbrennung etwa von Gas oder Öl, durch Heißwasser oder Dampf, oder durch Thermoöl aufgeheizt wird.
-
Der Trockner 01 ist bei relativ kompakten Außenabmessungen für hohe Bahngeschwindigkeiten der zu trocknenden Materialbahn 03 geeignet. Die mit dem Trockner 01 beherrschbaren Bahngeschwindigkeiten liegen oberhalb von 12 m/s. Ein weiterer Vorteil des Trockners 01 ergibt sich dadurch, dass die Materialbahn 03 nach Verlassen des Trockners 01 nicht mehr gekühlt werden muss. Bei herkömmlichen Trocknern muss immer ein separater Kühlwalzenständer nachgeordnet sein. Dadurch weist der Trockner 01 zum Erreichen einer getrockneten und anschließend gekühlten Materialbahn 03 geringe und kompakte Abmessungen auf. Der Trockner 01 ist darüber hinaus für Materialbahnen 03, insbesondere mit einer Breite von 1.000 mm und darüber geeignet.
-
Die Walzen im Trockner 01, sowohl die Heiz- 06 und Kühlwalzen 07, als auch gegebenenfalls als drehbare Walzen ausgeführte Luftrakel 10; 11; 16 oder berührungsfreie Leitelemente können unabhängig vom Antrieb einer Rotationsdruckmaschine ausgeführt sein, in Verbindung mit welcher der Trockner 01 verbaut ist. Die Heiz- 06 und Kühlwalzen 07 im Trockner 01 können sowohl mittels unabhängiger Antriebsmotoren, als auch beispielsweise mittels Riemen oder Getrieben gekoppelt angetrieben sein.
-
Die Luftrakel 10; 11 weisen zumindest an ihrer der Materialbahn 03 zugewandten Seite eine verchromte Oberfläche auf.
-
Mindestens zwei Heizwalzen 06 bzw. Kühlwalzen 07 oder alle Heizwalzen 06 bzw. Kühlwalzen 07 des Trockners 01 können zum Antrieb durch einen Elektromotor gekoppelt sein.
-
Zumindest eine drehend gelagerte Kühlwalze 07; 30; 50; 57 und/oder Heizwalze 06 können zumindest zeitweilig von einem Elektromotor angetrieben sein. Der Elektromotor und/oder Kühlwalze und/oder Kühlwalzen ist vorzugsweise nicht in formschlüssiger Antriebsverbindung mit einen anderen Aggregat einer Druckmaschine verbunden.
-
Auch können zumindest eine drehend gelagerte Kühlwalze 07; 30; 50; 57 und/oder Heizwalze 06 zeitweilig von einem zu mindestens einem anderen Aggregat des Trockners 01 oder einer Rotationsdruckmaschine zugehörigen Elektromotor angetrieben sein.
-
Der jeweilige Elektromotor kann drehzahl- und/oder lageregelbar sein.
-
In alternativen Ausführungsformen kann die isolierte Kühlwalze 07 aus den 2 bis 4 eine zusätzliche Druckluftversorgung aufweisen, sowie im Außenkörper 15 angeordnete Mikroöffnungen, durch welche die Druckluft radial ausströmt. Die isolierte Kühlwalze 07 arbeitet dann berührungsfrei.
-
Eine derartige Walze 30; 50; 57, beispielsweise Kühlwalze 30; 50; 57 (5 bis 8) ist nicht auf einen Einsatz in einer Kühlsektion beschränkt. Je nachdem, ob die Druckluft durch das durch die Nuten der isolierten Walze 30; 50; 57 strömende Wärmeträgermedium erwärmt bzw. erhitzt oder gekühlt wird, ist ein Einsatz in einer Heizsektion 04 oder in einer Kühlsektion 05 des Trockners 01 möglich.
-
Eine erste Variante einer isolierten Walze 30 mit zusätzlicher Druckluftversorgung, sowie im Außenkörper 32 angeordnete Mikroöffnungen, durch welche die Druckluft radial ausströmt, ist in den 5 und 6 dargestellt.
-
Die Walze 30 ist vorzugsweise als eine isolierte Walze 30 mit einem zylindrischen Grundkörper 31 und einem ein Wärmeträgermedium sowie Druckluft führenden Außenkörper 32 ausgeführt, wobei der Außenkörper 32 den Grundkörper 31 zumindest an dessen Mantelfläche 38 bzw. Oberfläche 38 umgibt. Grundkörper 31 und Außenkörper 32 sind vorzugsweise thermisch voneinander isoliert. Der Außenkörper 32 ist durch eine oder mehrere erste Hülsen 33 mit Hohlräumen 34 zur Führung des Wärmeträgermediums, durch eine oder mehrere die eine oder mehrere erste Hülsen 33 umschließende zweite Hülsen 35 mit Hohlräumen 36 zur Führung der Druckluft und durch eine zylindrische Außenhülle 37 mit an ihrem Umfang zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 03 angeordneten Mikroöffnungen zum Austritt der Druckluft gebildet. Die zylindrische Außenhülle 37 kann eine verchromte äußere Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise besteht die zylindrische Außenhülle 37 aus einem Mikroöffnungen aufweisenden Sintermetall.
-
Auf eine sich über die axiale Länge der isolierten Walze 30 erstreckende vorzugsweise geschlossene zylindrische Oberfläche 38 des Grundkörpers 31 ist eine erste zylindrische Hülse 33 geschoben, welche entlang ihres Umfangs mehrere Hohlräume 34 in Form von beispielsweise axial zum Grundkörper 31 verlaufenden Nuten 34 aufweist. Vorzugsweise ist jede Nut 34 als Strömungskanal nutzbar. Über die axiale Länge der isolierten Walze 30 können mehrere erste Hülsen 33 vorzugsweise gleicher Breite beispielsweise durch Aufstecken auf den Grundkörger 31 derart aneinandergereiht sein, dass sich alle Nuten 34 an den Außenflächen der Hülsen 33 jeweils zu einem sich über die axiale Länge der isolierten Walze 30 erstreckenden durchgängigen Strömungskanal ergänzen. Die ersten Hülsen 33 können jedoch auch in unterschiedlichen Breiten gefertigt werden, so dass unterschiedlich breite erste Hülsen 33 zu nahezu jeder beliebigen axialen Länge der isolierten Walze 30 zusammengesetzt werden können. An einer Stirnseite 39 der isolierten Walze 30 bzw. an einer Stirnseite 40 einer sich durch die isolierte Walze 30 erstreckenden Welle 41 ist ein kanalartiger Zulauf 42 zur Einleitung eines Wärmeträgermediums in die Walze 30 vorgesehen, wobei das Wärmeträgermedium beispielsweise im Inneren der Welle 41 durch die Walze 30 hindurch bis nahe an die gegenüberliegende zweite Stirnseite 43 der Walze 30 geleitet wird.
-
Mittels vorzugsweise mehrerer Radialbohrungen 44 wird das Wärmeträgermedium von dort den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 34 der in axialer Richtung der Walze 30 äußersten ersten Hülse 33 zugeführt und in die als Nuten 34 ausgebildeten Strömungskanäle eingeleitet, wonach das Wärmeträgermedium die Nuten 34 in Richtung der ersten Stirnseite 39 der Walze 30, an der das Wärmeträgermedium eingeleitet wurde, durchströmt. Mittels weiterer Radialbohrungen 45 kann das an den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 34 der in axialer Richtung der Walze 30 letzten ersten Hülse 33 austretende Wärmeträgermedium einem kanalartigen Ablauf 46 zum gesammelten Abführen des Wärmeträgermediums aus der Walze 30 zugeleitet werden.
-
Die ersten Hülsen 33 sind vorzugsweise aus einem Kunststoff beispielsweise in einem Spritzgießverfahren gefertigt und bestehen beispielsweise aus einem Polyamid. Insbesondere bestehen die ersten Hülsen 33 vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden Werkstoff. Die an der Außenfläche der ersten Hülsen 33 angeordneten Nuten 34 werden vorzugsweise beim Spritzgießen der ersten Hülsen 33 ausgebildet. Die Nuten 34 können jedoch auch an der Außenfläche der ersten Hülsen 33 eingefräst werden.
-
Nach dem Aufstecken der für die vorzugsweise gesamte axiale Länge der Walze 30 benötigten ersten Hülsen 33 auf dem Grundkörper 31 und dem Ausrichten ihrer jeweiligen Nuten 34 zur Ausbildung durchgängiger Strömungskanäle werden die ersten Hülsen 33 auf dem Grundkörper 31 vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie etwa durch eine Klebung fixiert und befestigt.
-
Danach werden zweite Hülsen 35 auf die aneinander gereihten ersten Hülsen 33 derart aufgebracht, dass die in die ersten Hülsen 33 eingebrachten Nuten 34 abgedeckt sind und dass die Hohlräume 36 in Form von beispielsweise axial zum Grundkörper 31 verlaufenden Nuten 36 der zweiten Hülsen 35 an den Außenflächen der zweiten Hülsen 35 jeweils zu einem sich über die axiale Länge der isolierten Walze 30 erstreckenden durchgängigen Strömungskanal ergänzen. Die zweiten Hülsen 35 sind vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt. Danach wird eine beispielsweise als ein zylindrisches Rohr ausgebildete Außenhülle 37 auf die aneinander gereihten, die ersten Hülsen 33 abdeckenden zweiten Hülsen 35 derart aufgebracht, dass die in die zweiten Hülsen 35 eingebrachten Nuten 36 abgedeckt sind. In der Außenhülle 37 sind Mikroöffnungen angeordnet, durch welche in die Nuten 36 eingeleitete Druckluft radial ausströmen kann. Die Außenhülle 37 kann hierzu aus einem porösen Werkstoff, beispielsweise aus einem Sintermetall bestehen.
-
An einer Stirnseite 47 einer sich durch die isolierte Walze 30 erstreckenden Welle 41 ist ein kanalartiger Zulauf 48 zur Einleitung der Druckluft in die Walze 30 vorgesehen. Mittels vorzugsweise mehrerer Radialbohrungen 49 wird die Druckluft von dort den stirnseitigen Öffnungen der Nuten 36 der in axialer Richtung der Walze 30 äußersten zweiten Hülse 35 zugeführt und in die als Nuten 36 ausgebildeten Strömungskanäle eingeleitet, wonach die Druckluft die Nuten 36 in Richtung der ersten Stirnseite 39 der Walze 30 durchströmt. Durch die Mikroöffnungen in der Außenhülle 37 entweicht die Druckluft aus den Nuten 36 radial nach außen.
-
Die ersten Hülsen 33 bilden gemeinsam mit den zweiten Hülsen 35 und der Außenhülle 37 einen Außenkörper 32. In dieser Ausführungsform bildet die zum Außenkörper 32 gehörende erste Hülse 33 die thermische Isolation zum Grundkörper 31. Es ist aber ebenso möglich, den Grundkörper 31 mit einer thermisch isolierenden Beschichtung zu versehen und den Außenkörper 32 einstückig aus gut wärmeleitendem Werkstoff herzustellen.
-
Eine zweite Variante einer isolierten Walze 50 mit zusätzlicher Druckluftversorgung, sowie im Außenkörper 52 angeordnete Mikroöffnungen, durch welche die Druckluft radial ausströmt, ist in 7 dargestellt. Die Walze 50 ist als eine isolierte Walze 50 mit einem zylindrischen Grundkörper 51 und einem ein Wärmeträgermedium sowie Druckluft führenden Außenkörper 52 ausgeführt, wobei der Außenkörper 52 den Grundkörper 51 zumindest an dessen Mantelfläche umgibt. Grundkörper 51 und Außenkörper 52 sind thermisch voneinander isoliert.
-
Im Unterschied zur Walze 30 aus den 5 und 6 ist bei der Walze 50 der Außenkörper 52 durch eine oder mehrere Hülsen 53 mit abwechselnd angeordneten Hohlräumen 54 zur Führung des Wärmeträgermediums und mit Hohlräumen 55 zur Führung der Druckluft und durch eine zylindrische Außenhülle 56 mit an ihrem Umfang zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 03 im Bereich der Hohlräume 55 zur Führung der Druckluft angeordneten Mikroöffnungen zum Austritt der Druckluft gebildet. Die zylindrische Außenhülle 56 kann eine verchromte äußere Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise besteht die zylindrische Außenhülle 56 aus einem Mikroöffnungen aufweisenden Sintermetall. Die Hohlräume 54 und 55 sind in Form von beispielsweise axial zum Grundkörper 51 verlaufenden Nuten 54; 55 ausgebildet.
-
Eine dritte Variante einer isolierten Walze 57 mit zusätzlicher Druckluftversorgung, sowie im Außenkörper 59 angeordnete Mikroöffnungen, durch welche die Druckluft radial ausströmt, ist in 8 dargestellt. Die Walze 57 ist als eine isolierte Walze 57 mit einem zylindrischen Grundkörper 58 und einem ein Wärmeträgermedium sowie Druckluft führenden Außenkörper 59 ausgeführt, wobei der Außenkörper 59 den Grundkörper 58 zumindest an dessen Mantelfläche umgibt. Grundkörper 58 und Außenkörper 59 sind thermisch voneinander isoliert.
-
Im Unterschied zur Walze 50 aus 7 umfasst bei der Walze 57 der Außenkörper 59 eine oder mehrere Hülsen 60 mit Hohlräumen 61 zur Führung des Wärmeträgermediums und mit benachbarte Hohlräume 61 voneinander trennenden Stegen 62 mit in den Stegen 62 angeordneten Kanälen 63 zur Führung der Druckluft, sowie eine zylindrische Außenhülle 64 mit an ihrem Umfang zumindest über die gesamte Breite der Materialbahn 03 im Bereich der Stege 62 bzw. der Kanäle 63 zur Führung der Druckluft angeordneten Mikroöffnungen zum Austritt der Druckluft. Die Hohlräume 61 sind in Form von beispielsweise axial zum Grundkörper 58 verlautenden Nuten 61 ausgebildet. Die zylindrische Außenhülle 64 kann eine verchromte äußere Oberfläche aufweisen. Vorzugsweise besteht die zylindrische Außenhülle 64 aus einem Mikroöffnungen aufweisenden Sintermetall.
-
Auch eine isolierte Walze 30; 50; 57 kann freilaufend ausgebildet sein. Auch kann die äußere Oberfläche des Außenkörpers 32; 52; 59 einer isolierten Walze 30; 50; 57 eine Profilierung oder Strukturierung oder Gravur aufweisen. Eine isolierte Walze 30; 50; 57 hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 200 mm. Eine isolierte Walze 30; 50; 57 kann geerdet sein.
-
Wichtig ist hervorzuheben, dass sowohl bei einer Walze 30, 50, 57, als auch bei einem als drehbare Walze ausgeführten, berührungsfreien Leitelement, sowie bei einer als drehbare Walze ausgeführten Luftrakel denkbar ist, dass die Druckluft nur zeitweise beispielsweise durch die Mikroöffnungen ausströmt. Das Ausströmen der Druckluft erfolgt vor allem vorzugsweise dann, wenn die Bahngeschwindigkeit der Materialbahn 03 unter beispielsweise 3 m/s, insbesondere unter 1 m/s abfällt, ebenso wie bei einem Bahnstillstand. Dies genügt, um in allen Betriebszuständen sicherzustellen, dass die Materialbahn 03 nicht anliegt. Bei höheren Bahngeschwindigkeiten kann es hingegen allein schon durch die mittransportierte Grenzschicht zu einem Abheben der Materialbahn 03 kommen.
-
Weiterhin ist wichtig hervorzuheben, dass sowohl bei einer Walze 30; 50; 57, als auch bei einem als drehbare Walze ausgeführten, berührungsfreien Leitelement, sowie bei einer als drehbare Walze ausgeführten Luftrakel denkbar ist, dass ein Antrieb zumindest zeitweilig durch einen Elektromotor erfolgt. Fällt die Relativgeschwindigkeit der berührungslos über eine Walze geführten Materialbahn 03 gegenüber der Walze unter einen zur Aufrechterhaltung eines Luftposters erforderlichen Betrag, kann die jeweilige Walze durch den Elektromotor so angetrieben werden, dass eine an der Walze anhaftende Grenzschicht die Funktion der an der Materialbahn 03 anhaftenden Grenzschicht übernimmt und ein Luftpolster zwischen Walze und Materialbahn 03 ausbildet. Unter diesen Bedingungen kann die Druckluftbeaufschlagung während der Produktion abgeschaltet werden. Dabei ist denkbar, dass die Walze zumindest zeitweilig von einem zu mindestens einem anderen Aggregat eines Trockners 01 oder eines Kühlwalzenständers oder einer Rotationsdruckmaschine zugehörigen Elektromotor angetrieben ist. Der zumindest zeitweilige Antrieb kann beispielsweise bei Bahnstillständen oder geringer Bahngeschwindigkeit von beispielsweise unter 3 m/s, insbesondere von unter 1 m/s erfolgen.
-
Die Mikroöffnungen könne durch Lasern oder durch Elektronenbestrahlung hergestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 01
- Trockner
- 02
- Druckeinheit
- 03
- Materialbahn
- 04
- Heizsektion
- 05
- Kühlsektion
- 06
- Heizwalze
- 07
- Kühlwalze
- 08
- Zwischenwand
- 09
- Eingang
- 10
- Luftrakel
- 11
- Einrichtung, Luftrakel
- 12
- Grundkörper
- 13
- Oberfläche, Mantelfläche
- 14
- Hülse
- 15
- Außenkörper
- 16
- Luftrakel
- 17
- Hohlraum, Nut
- 18
- Stirnseite
- 19
- Stirnseite
- 20
- Stirnseite
- 21
- Welle
- 22
- Zulauf
- 23
- Radialbohrung
- 24
- Radialbohrung
- 25
- Ausgang
- 26
- Ablauf
- 27
- Außenhülle
- 28
- Steg
- 29
- Innenseite
- 30
- Walze, Kühlwalze
- 31
- Grundkörper
- 32
- Außenkörper
- 33
- Hülse, erste
- 34
- Hohlraum, Nut
- 35
- Hülse, zweite
- 36
- Hohlraum, Nut
- 37
- Außenhülle
- 38
- Mantelfläche, Oberfläche
- 39
- Stirnseite
- 40
- Stirnseite
- 41
- Weile
- 42
- Zulauf
- 43
- Stirnseite
- 44
- Radialbohrung
- 45
- Radialbohrung
- 46
- Ablauf
- 47
- Stirnseite
- 48
- Zulauf
- 49
- Radialbohrung
- 50
- Walze, Kühlwalze
- 51
- Grundkörper
- 52
- Außenkörper
- 53
- Hülse
- 54
- Hohlraum, Nut
- 55
- Hohlraum, Nut
- 56
- Außenhülle
- 57
- Walze, Kühlwalze
- 58
- Grundkörper
- 59
- Außenkörper
- 60
- Hülse
- 61
- Hohlraum, Nut
- 62
- Steg
- 63
- Kanal
- 64
- Außenhülle
- 65
- Absaugkanal
- 66
- Düse
- 67
- Profilelement
- B
- Bahnlaufrichtung
