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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leiteinrichtung zur Zuleitung
von Gebläsegas
in eine Wärmekammer
einer Anlage zur Wärmebehandlung von
Glas mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie eine
Anlage zur Wärmebehandlung
von Glas mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11.
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Bei
der Wärmebehandlung
von Glas, insbesondere in einer sogenannten Vorspannanlage oder einem
Temperofen, sind üblicherweise
Heizstrahler vorgesehen, um das Glas zu erwärmen. Die Wärmeeinkopplung erfolgt zumindest
zu einem großen
Teil über
Wärmestrahlung.
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Die
Lehre der vorliegenden Erfindung ist primär auf die Wärmebehandlung von Glas gerichtet. Grundsätzlich sind
technisch ähnliche
Probleme aber auch bei anderen mit hohen Temperaturen zu behandelnden
Werkstoffen zu beobachten, so daß sich im Grundsatz die Lehre
der vorliegenden Erfindung auch auf Anlagen und Verfahren zur Wärmebehandlung
von anderen mit hohen Temperaturen zu behandelnden Werkstoffen,
beispielsweise von Aluminiumblech, beziehen soll. Im übrigen gilt,
daß das
Glas, das im Rahmen der Lehre der Erfindung einer Wärmebehandlung
unterzogen werden soll, im Normalfall Flachglas, also plattenförmiges Glas
ist.
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Insbesondere
bei sogenanntem Low-E-Glas (coated glass) – Glas mit geringer Emission, üblicherweise
durch eine reflektierende Beschichtung – besteht das Problem, daß eine gegenüber normalem Glas
wesentlich geringere Wärmeeinkopplung
durch Wärmestrahlung
möglich
ist. Alternativ oder zusätzlich
ist daher eine Wärmeübertragung
durch Konvektion vorgesehen, wobei ein warmer oder heißer Luftstrom
zur Verbesserung des Wärmeaustauschs
auf das Glas gerichtet oder daran vorbeigeführt wird.
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Um
die Konvektion in der Wärmekammer
einer Anlage zur Wärmebehandlung
zu verstärken
verwendet man ein Gebläse
und eine Leiteinrichtung zur Zuleitung von Gebläsegas in die Wärmekammer.
Bei dem den Ausgangspunkt für
die vorliegende Erfindung bildenden Stand der Technik (
EP 1 493 718 A1 ) weist die
Leiteinrichtung zur Zuleitung des Gebläsegases in die Wärmekammer
der Wärmebehandlungsanlage
mehrere Gasstrahlpumpen auf, denen eingangsseitig Gebläsegas zuführbar ist,
so daß in der
Wärmekammer
Luftwirbel erzeugt werden, um die Konvektion zu verstärken.
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Für die Besonderheiten
einer Leiteinrichtung der in Rede stehenden Art und einer entsprechenden Anlage
zur Wärmebehandlung
von Glas oder anderen mit hohen Temperaturen zu behandelnden Werkstoffen
wird auf die bereits genannte
EP 1 493 718 A1 hingewiesen, deren Offenbarungsgehalt
aus diesem Grunde durch Bezugnahme auch zum Offenbarungsgehalt der
vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Hier
und im folgenden wird die Erfindung immer nur für das bevorzugte Material Glas,
insbesondere plattenförmiges
Glas, erläutert.
Dies soll den Schutzumfang jedoch nicht beschränken. Vielmehr ist immer mit
zu berücksichtigen,
daß auch
andere, vorzugsweise plattenförmige,
vorzugsweise mit hohen Temperaturen zu behandelnde Werkstoffe hier im
Blick sind, insbesondere Aluminiumblech.
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Auch
dann, wenn im folgenden die Begriffe ”Luft”, ”Gebläseluft”, ”Kammerluft” verwendet werden, soll darunter
stets ein beliebiges Gas oder Gasgemisch verstanden werden. Allerdings
ist Umgebungsluft insoweit natürlich
erste Wahl. Häufig
wird der Umgebungsluft aber ein Gas beigemischt, um besondere Effekte
in der heißen
Wärmekammer
zu erreichen. Insbesondere kann die Anlage auch mit Schutzgas arbeiten
und in der Wärmekammer
eine Schutzgasatmosphäre
vorgesehen sein.
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Der
zuvor angesprochne Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht,
hat im Gegensatz zu früher
bekannt gewordenem Stand der Technik (
US 4,059,426 A ;
EP 0 058 529 A1 ) die Erkenntnis vermittelt,
daß es
zweckmäßig ist,
den Gasstrahlpumpen im Betrieb nicht vorgewärmtes Gebläsegas zuzuführen. Der Massenstrom nicht
vorgewärmten
Gebläsegases
ist aufgrund der höheren
Dichte des Gebläsegases
höher.
Dadurch findet eine verbesserte Beschleunigung des bereits heißen, in
der Wärmekammer
befindlichen Gases in der Mischstrecke der Gasstrahlpumpen statt.
Geht man auch hier von dem Standardfall von Luft als Gebläsegas aus,
so kann man ermitteln, daß der Wärmeübergang
beim Auftreffen der heißen
Luft auf das aufzuheizende Glas mit steigender Lufttemperatur vor
der Düse
der Gasstrahlpumpe fällt
(wegen des dann geringeren Massenstroms), mit der Temperatur der
bereits aufgeheizten Luft in der Wärmekammer am Eintritt in die Gasstrahlpumpe
aber steigt.
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Wie
sich aus dem zuvor angesprochenen Stand der Technik (
EP 1 493 718 A1 ) ergibt,
erfordert eine Anlage zur Wärmebehandlung
von Glas eine Vielzahl von Gasstrahlpumpen mit entsprechenden Düsen, die über die
Fläche
der Wärmekammer
möglichst
gleichmäßig verteilt
sein sollten. Übliche
Breiten von Wärmekammern
liegen zwischen 0,6 und 3,3 m, übliche
Längen
zwischen 1,6 und 8,0 m. Dabei verwendet man häufig zwischen 10 und 20 Gasstrahlpumpen/Düsen pro
Quadratmeter Fläche
der Wärmekammer.
Eine Leiteinrichtung zur Zuleitung von Gebläsegas in die Wärmekammer
hat meist eine quer zur Wärmekammer
verlaufende Sammelleitung, also eine Sammelleitung mit einer Länge zwischen 0,6
und 3,3 m innerhalb der Wärmekammer.
Mehrere Sammelleitungen sind dann über die Länge der Wärmekammer verteilt angeordnet.
Da die Wärmekammer
häufig
nur von einer Längsseite
aus für
die Zuleitung von Gebläseluft
zugänglich
ist, sind die in Längsrichtung
der Wärmekammer
hintereinander angeordneten Sammelleitungen meist nur an einem Ende
an ein Gebläse
oder das gemeinsame Gebläse angeschlossen.
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Das
Gebläsegas,
das in der Sammelleitung von einem Ende ausgehend in Richtung des
anderen, geschlossenen Endes strömt,
und dabei abschnittsweise seitlich in die zu den Düsen der
Gasstrahlpumpen führenden
Stichleitungen eintritt, ist am Eintritt in die Sammelleitung wesentlich
kälter
als am fernen Ende der Sammelleitung. Dabei kann der Temperaturunterschied
zwischen der ersten und der letzten Düse bis zu 600°C betragen.
Dementsprechend unterschiedlich ist der durch das in die Gasstrahlpumpen
austretende Gebläsegas
verursachte Massenstrom.
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Als
weiterer Störfaktor
bei der bekannten Leiteinrichtung für Gebläsegas wirkt der Druckabfall über die
Länge der
Sammelleitung. Aus der letzten Düse
an der Sammelleitung tritt nicht nur wesentlich heißeres Gebläsegas aus
als an der ersten Düse, sondern
auch noch mit einem deutlich kleineren Volumenstrom.
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Der
Lehre liegt das Problem zugrunde, bei einer Leiteinrichtung der
in Rede stehenden Art möglichst
kühles
Gebläsegas
mit möglichst
geringer Temperaturdifferenz über
die Länge
der Sammelleitung und möglichst
auch mit einer geringen Volumenstromdifferenz zu den Düsen der
Gasstrahlpumpen zu transportieren. Erfindungsgemäß wird das zuvor aufgezeigte
Problem bei einer Leiteinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von
Anspruch 1 gelöst.
Nebengeordnete Lösungen
ergeben sich aus den Ansprüchen
4 und 5.
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Bei
der ersten Lösung
des Anspruchs 1 wird die lange Sammelleitung mit einem Mantel aus
hochtemperaturfestem Wärmeisolationsmaterial
umgeben. Man kann auch noch die Stichleitungen mit einem entsprechenden
Mantel aus hochtemperaturfestem Wärmeisolationsmaterial umgeben,
das hat aber verglichen mit der Sammelleitung eine wesentlich geringere
Wirkung. Da der wesentlichste Teil der Wärmeübertragung in der Wärmekammer
durch Wärmestrahlung
erfolgt, ist ein Wärmeisolationsmaterial
als Mantel um die Sammelleitung ungeachtet der Tatsache wirksam,
daß die
Sammelleitung jedenfalls über die
Abzweigungsstrecke im Inneren der Wärmekammer, also in der heißen Kammerluft
verläuft.
Die dauernd im Inneren der Sammelleitung strömende Gebläseluft heizt sich wesentlich
weniger stark auf als bei einer nicht isolierten Sammelleitung.
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Für das hochtemperaturfeste
Wärmeisolationsmaterial
kommt insbesondere ein Keramikmaterial in Frage.
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Wie
bereits erläutert,
ist für
die Sammelleitung in den meisten Fällen aufgrund der Zuleitungsmöglichkeiten
für Gebläseluft zu
der Wärmekammer nur
die Lösung
möglich,
an einem Ende geschlossen und am anderen Ende an das Gebläse angeschlossen
bzw. anschließbar
zu sein.
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Eine
vollständige,
wirksame Wärmeisolation der
Sammelleitung mittels eines Mantels aus hochtemperaturfestem Wärmeisolationsmaterial
ist vergleichsweise teuer.
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Vergleichsweise
teuer und aus logistischen und technischen Gründen letztlich ausgeschlossen wäre eine
Verwendung unterschiedlicher Düsen
in den hintereinander angeordneten Gasstrahlpumpen an einer Sammelleitung.
Auf diese Weise ließe
sich zwar der Volumenstrom und damit letztlich der Massenstrom des
Gebläsegases
so beeinflussen, daß das über die
Abzweigungsstrecke in den verschiedenen Gasstrahlpumpen gleichmäßiger auskommt,
die dadurch verursachten konstruktiven und letztlich auch kostenmäßigen Ansprüche würden die
Vorteile aber überwiegen.
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Eine
andere Lösung
zur Optimierung der Gebläsegasführung in
der Sammelleitung bietet der nebengeordnete Anspruch 4 mit dem Vorschlag,
die Sammelleitung nicht nur von einem Ende her mit Gebläsegas zu
versorgen, sondern in der Mitte gewissermaßen aufzutrennen und von beiden
Enden her mit Gebläsegas
zu versorgen. Das stellt natürlich
andere Anforderungen an die Zuleitung des Gebläsegases außerhalb der Wärmekammer
vom Gebläse
aus. In vielen Fällen
wird das nicht zu realisieren sein, weil man eben einfach nur von
einer Längsseite
her mit den Leitungen an die Wärmekammer
herankommt.
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Auch
bei der vorliegenden nebengeordneten Lösung ist eine Isolation zusätzlich möglich und zweckmäßig.
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Eine
dritte nebengeordnete Lösung
ist Gegenstand des Anspruchs 5.
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Bei
der hier vorgeschlagenen Lösung
besteht die Sammelleitung aus einer Außenleitung, von der die Stichleitungen
der Düsen
der Gasstrahlpumpen abzweigen, und einer innerhalb der Außenleitung,
vorzugsweise im wesentlichen konzentrisch zur Außenleitung, verlaufenden Innenleitung.
Nur die Innenleitung ist an das Gebläse angeschlossen oder anschließbar, und über die
Innenleitung wird somit das Gebläsegas
in das Innere der Außenleitung transportiert.
Die Außenleitung
ist an ihren beiden Enden geschlossen. Die Innenleitung ist über mindestens
eine Öffnung
mit dem Inneren der Außenleitung
hydraulisch verbunden. Dadurch strömt das Gebläsegas jedenfalls über einen
erheblichen Teil des Strömungsweges
in der Wärmekammer
innerhalb der Innenleitung, die durch das in der Außenleitung strömende Gebläsegas ihrerseits
in gewisser Weise isoliert ist.
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Nach
einer ersten Variante dieser Lehre ist vorgesehen, daß die Innenleitung
einenends an das Gebläse
angeschlossen oder anschließbar
ist und etwa bis zur Mitte der Außenleitung, vorzugsweise bis
zu etwa 60% der Abzweigungsstrecke der Außenleitung, reicht und an diesem
Ende offen ist. Dadurch ergibt sich eine Verlegung des Eintritts
des Gebläsegases
in die Sammelleitung etwa in deren Mitte, obwohl die Sammelleitung
scheinbar nur an einem Ende an die Zuleitung vom Gebläse angeschlossen ist.
Das ist anders als im Stand der Technik der
EP 0 058 529 A1 , wo die
komplette Zuleitung zur Sammelleitung der Leiteinrichtung von oben
nach unten mittig bezüglich
der Sammelleitung erfolgt.
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Auch
im vorliegenden Fall gilt, daß für die hier
beschriebene Variante der Lehre der Erfindung eine Kombination mit
den anderen Varianten – Mantel
aus Wärmeisolationsmaterial,
Einspeisung des Gebläsegases
von beiden Enden der Sammelleitung – möglich ist.
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Als
weitere Variante ist es auch möglich,
daß sich
die Innenleitung über
im wesentlichen die volle Länge
der Außenleitung
erstreckt und verteilt über ihre
Länge eine
Mehrzahl von Öffnungen
aufweist, über
die sie mit dem Inneren der Außenleitung
hydraulisch verbunden ist. Hier kann man durch die Größe der Öffnungen
auch noch Einfluß darauf
nehmen, welcher Staudruck für
das Gebläsegas
beim Übertritt
aus der Innenleitung in das Innere der Außenleitung vorliegt. Insbesondere
kann die Größe der Öffnungen
in der Innenleitung mit zunehmendem Abstand von dem Anschluß der Innenleitung
an das Gebläse
ansteigen.
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Mit
der zuvor erläuterten
Konstruktion läßt sich
das Aufheizen der Gebläseluft
innerhalb der Sammelleitung deutlich verringern, ergibt sich ein vergleichsweise
geringer Temperaturunterschied des Gebläsegases zwischen Anfang und
Ende der Sammelleitung und läßt sich
auch der Volumenstrom des Gebläsegases
gezielt und positiv beeinflussen, so daß auch insoweit eine Verbesserung
gegeben ist.
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Ganz
generell hat sich schließlich
gezeigt, daß es
zweckmäßig ist,
wenn die Leiteinrichtung so ausgelegt ist, daß an den Düsen der Gasstrahlpumpen ein Gasdruck
von 2 bar nicht überschritten
wird. Bei einem höheren
Druck treten Turbulenzeffekte ein, die zu einer Verschlechterung
der Effektivität
der Leiteinrichtung führen.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Anlage zur Wärmebehandlung von Glas oder
anderen mit hohen Temperaturen zu behandelnden Werkstoffen mit den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11, bei der eine Leiteinrichtung
gemäß der Erfindung
eingesetzt wird. Im Regelfall werden natürlich mehrere Leiteinrichtungen,
zumindest mehrere Sammelleitungen über die Länge der Wärmekammer verteilt, vorhanden
sein, einzeln, gruppenweise oder insgesamt an entsprechende Gebläse für die Gebläseluft angeschlossen.
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Im
folgenden wird nun die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt
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1 einen
schematischen, teilweisen Querschnitt einer Anlage zur Wärmebehandlung
von Glas o. dgl.,
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2 in
schematischer Darstellung das Grundprinzip einer ersten Ausführung einer
erfindungsgemäßen Leiteinrichtung,
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3 in
schematischer Darstellung das Grundprinzip einer zweiten Ausführung einer
erfindungsgemäßen Leiteinrichtung,
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4 in
schematischer Darstellung das Grundprinzip einer dritten Ausführung einer
erfindungsgemäßen Leiteinrichtung,
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5 in
schematischer Darstellung das Grundprinzip einer vierten Ausführung einer
erfindungsgemäßen Leiteinrichtung.
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1 zeigt
eine Anlage 1 zur Wärmebehandlung
von Glas 2 oder einem anderen mit einer hohen Temperatur
zu behandelnden Werkstoff. Strichpunktiert ist in 1 ein
Gehäuse 3 der
Anlage 1 angedeutet, durch das eine Wärmekammer 4, in der
sich das zu behandelnde Glas 2 befindet, gebildet ist.
Selbstverständlich
ist die Wärmekammer 4 umfassend
wärmegedämmt, im
einzelnen wird auf den eingangs erläuterten Stand der Technik verwiesen.
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In
der Wärmekammer 4 erkennt
man die hier als elektrische Heizleiter dargestellte Heizeinrichtung 5,
mit der die Atmosphäre
in der Wärmekammer 4 (Kammerluft
oder Kammergas im weiteren Sinne) im Betrieb auf mehrere hundert °C aufgeheizt
wird.
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Ein
Gebläse 6 dient
dazu, Gebläsegas,
häufig
ebenfalls Luft, mittels einer an das Gebläse 6 angeschlossenen
Leiteinrichtung 7 in die Wärmekammer 4 einzuleiten.
Der Begriff ”Gebläse” ist hier
vorzugsweise im Sinne eines Kompressors, also mit einem beachtlichen
Druckaufbau, zu verstehen.
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Die
Leiteinrichtung 7 weist ihrerseits mehrere Gasstrahlpumpen 8 auf,
denen eingangsseitig das Gebläsegas
zugeführt
wird. Die Gasstrahlpumpen 8 dienen der Erzeugung von Luftwirbeln 9 in
der Wärmekammer 4.
Die Luftwirbel 9 sind auf das Glas 2 gerichtet
bzw. streifen dieses, um das Glas 2 durch verbesserte Konvektion
zu erwärmen,
d. h. einen guten Wärmeaustausch
zwischen dem Gas in der Wärmekammer 4 und
dem Glas 2 zu bewirken.
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Im
vorliegenden Fall geht es um die Leiteinrichtung 7, die über die
Länge der
Wärmekammer 4 normalerweise
mehrfach angeordnet ist (siehe die erläuternden Bemerkungen in der
Beschreibungseinleitung zu Abmessungen etc. der Wärmekammer).
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Die
Leiteinrichtung 7 dient der Zuleitung von Gebläsegas zu
den Düsen 10 der
Gasstrahlpumpen 8. Diese Leiteinrichtung 7 weist
eine Sammelleitung 11 auf. Von der Sammelleitung 11 führen an
verschiedenen Stellen, verteilt über
die Länge
der Sammelleitung 11, Strichleitungen 12 zu den
Düsen 10.
Jedenfalls über
die Länge,
auf der die Stichleitungen 12 abzweigen, im folgenden Abzweigungsstrecke
genannt, verläuft
die Sammelleitung 11 innerhalb der Wärmekammer 4.
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Insoweit
ist hier der grundsätzliche
Aufbau einer solchen Anlage 1 mit einer Leiteinrichtung 7 beschrieben
worden, der aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist.
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2 zeigt
nun eine erste Variante, der Leiteinrichtung 7 dergestalt,
daß die
Sammelleitung 11 zumindest soweit sie in der Wärmekammer 4 verläuft, mit
einem Mantel 13 aus hochtemperaturfestem Wärmeisolationsmaterial
umgeben ist. Man erkennt in 2, daß der Mantel 13 sich
nur um die Sammelleitung 11 selbst, nicht um die Stichleitungen 12 erstreckt.
Auch dazu darf auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen
werden.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn man für das
hochtemperaturfeste Wärmeisolationsmaterial ein
Keramikmaterial wählt.
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2 läßt erkennen,
daß die
Sammelleitung 11 an einem Ende geschlossen und am anderen Ende
an ein Gebläse 6 angeschlossen
oder anschließbar
ist.
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Demgegenüber zeigt 3 eine
für sich selbstständige Lehre
zur Optimierung einer Leiteinrichtung 7 dergestalt, daß die Sammelleitung 11 etwa in
der Mitte der Abzweigungsstrecke innen verschlossen oder insgesamt
aufgetrennt und jeweils endseitig verschlossen ist und an beiden
davon entfernten Enden an ein Gebläse 6 angeschlossen
oder anschließbar
ist. Dadurch wird einfach der Strömungsweg des Gebläsegases
innerhalb der Wärmekammer
verkürzt,
was natürlich
dazu führt,
daß sich das
Gebläsegas
am Ende der Sammelleitung 11 weniger stark aufheizt.
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Ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
zeigt 4. Bei der hier schematisch dargestellten Leiteinrichtung 7 ist
vorgesehen, daß die Sammelleitung 11 eine
Außenleitung 11', von der die Stichleitungen 12 abzweigen
und eine in der Außenleitung 11' verlaufende
Innenleitung 11'' aufweist, daß die Innenleitung 11'' über mindestens eine Öffnung 14 mit
dem Inneren der Außenleitung 11' hydraulisch
verbunden ist, und daß nur
die Innenleitung 11'' an das Gebläse 6 angeschlossen
oder anschließbar
und die Außenleitung 11' an beiden Enden
geschlossen ist. Hierbei wird die Gebläseluft vom Gebläse 6 bis
praktisch in die Mitte der Außenleitung 11', vorzugsweise
bis zu etwa 60% der Abzweigungsstrecke der Außenleitung 11', innerhalb
der Innenleitung 11'' geführt, was
verhindert, daß die
Gebläseluft
sich auf diesem Strömungsweg
allzu stark aufheizt. Ggf. kann man auch die Innenleitung 11'' ihrerseits nochmals mit einem
Mantel aus Wärmeisolationsmaterial
isolieren. Mit nur geringer Erwärmung während des
Durchströmens
der Innenleitung 11'' tritt die Gebläseluft mehr
oder weniger mittig in die Außenleitung 11' ein und verteilt
sich dann mehr oder weniger gleichmäßig in Richtung der beiden
Enden der Außenleitung 11'.
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Eine
weitere Variante ergibt sich aus dem Ausführungsbeispiel gem. 5.
Dort gilt, daß die
Innenleitung 11'' verteilt über ihre
Länge eine
Mehrzahl von Öffnungen 14 aufweist, über die
sie mit dem Inneren der Außenleitung 11' hydraulisch
verbunden ist. Dabei ist nach bevorzugter Lehre hier vorgesehen,
daß die
Größe der Öffnungen 14 mit
zunehmendem Abstand der Öffnungen 14 von
dem Anschluß der
Innenleitung 11'' an das Gebläse 6 ansteigt.
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Ohne
weiteres kann man die Düsen 10 der Gasstrahlpumpen 8 für alle Gasstrahlpumpen 8 einheitlich
belassen, was Montage und Ersatzteilhaltung vereinfacht. Gleichwohl
kann man den Strom an Gebläseluft
beeinflussen, und zwar durch die Öffnungen 14 in der
Innenleitung 11'', durch die
unterschiedliche Drosselstellen über
die Abzweigungsstrecke verteilt realisiert werden können. Insgesamt
kann man auf diese Weise nicht nur die durch die Innenleitung 11'' mögliche thermische Isolation
der Gebläseluft
auf dem Wege zu den Düsen 10 erreichen,
sondern auch noch eine passende Beeinflussung der Volumenströme.
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Insgesamt
gelingt es mit der erfindungsgemäßen Leiteinrichtung
in erheblich besserem Maße als
bisher, den durch Konvektion verursachten Wärmeübergang auf das Glas 2 in
der Wärmekammer 4 über die
Breite der Wärmekammer 4 zu
vergleichmäßigen.
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Gegenstand
der Erfindung ist, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung angesprochen,
auch eine Anlage der in Rede stehenden Art, die mit einer erfindungsgemäßen Leiteinrichtung
ausgerüstet
ist.