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Die
Erfindung betrifft eine Materialbahntrockneranordnung mit mindestens
einem Strahlungstrockner und einem am Strahlungstrockner entlang geführten
Materialbahnpfad mit einer Bewegungsrichtung.
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Ein
Materialbahntrockner dient dazu, eine Materialbahn zu trocknen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Papierbahn als Beispiel
für eine Materialbahn beschrieben. Sie ist aber auch bei anderen
Materialbahnen anwendbar, die auf ähnliche Weise getrocknet
werden müssen.
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WO 2005/085729 A2 zeigt
eine Trockneranordnung, bei der die Materialbahn zunächst
an zwei Strahlungstrocknern und dann an einem Lufttrockner vorbeigeführt
wird. Diese Anordnung aus Strahlungstrockner und Lufttrockner kann
sich wiederholen. Die Strahlungstrockner sind hier als flächige
Strahler ausgebildet.
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Eine ähnliche
Ausgestaltung ist aus
EP 1 169
511 bekannt. Auch hier wird die Materialbahn an zwei Flächenstrahlern
und dann an einem Lufttrockner vorbeigeführt.
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Bei
einer aus
EP 0 916
915 B1 bekannten Ausgestaltung sind Trockner auf beiden
Seiten der Materialbahn angeordnet.
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DE 39 10 898 B4 zeigt
einen Kombinationstrockner, bei dem die Materialbahn an einem Flächenstrahler
entlang und danach durch einen Lufttrockner geführt wird,
in dem sie von beiden Seiten her mit warmer Luft beaufschlagt wird.
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GB 965 095 zeigt eine Trocknungsvorrichtung,
bei der eine Materialbahn über Trockenzylinder geführt
wird. Zwischen einzelnen Umlenkstellen kann die Bahn zusätzlich
durch Heizkörper getrocknet werden. Diese Heizkörper
sind als Flächenheizkörper ausgebildet. Wenn ein
derartiger Flächenheizkörper zwischen zwei Abschnitten
des Materialbahnpfades angeordnet ist, dann gibt er Wärme
nach beiden Seiten ab. Der Heizkörper kann auch auf einer
Seite gegen eine Wärmeabgabe isoliert sein, wenn er nicht zwischen
zwei Abschnitten des Materialbahnpfades angeordnet ist.
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Strahlungstrockner
haben gegenüber Trocknern, die mit einer Luftbeaufschlagung
oder Konvektion arbeiten, den Vorteil, dass sie eine relativ hohe Wärmeübertragung
an die zu trocknende Materialbahn ermöglichen. Die Ausbildung
als Flächenstrahler hat zudem den Vorteil, dass die Materialbahn
relativ gleichmäßig mit Wärme beaufschlagt
werden kann. Allerdings haben Flächenstrahler den Nachteil, dass
ein nicht mehr zu vernachlässigender Anteil der Energie
zur Rückseite der Strahler hin verloren geht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst guten
Wirkungsgrad bei einer Materialbahntrockneranordnung zu erzielen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Materialbahntrockneranordnung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass der Strahlungstrockner
mehrere zylindrische Strahler aufweist, die in einer Ebene angeordnet
sind, und der Materialbahnpfad auf beiden Seiten der Ebene verläuft.
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Die
Strahler geben eine elektromagnetische Strahlung ab, also beispielsweise
IR-Strahlung (Infrarot-Strahlung) oder UV-Strahlung (Ultraviolett-Strahlung).
Ein zylindrischer Strahler lässt sich relativ einfach ausbilden.
Er gibt Strahlungsenergie nach allen seinen radialen Seiten ab.
Wenn man nun auf beiden Seiten der Ebene, in der die Strahler angeordnet
sind, die Materialbahn entlanglaufen lässt, dann wird die
von den Strahlern abgegebene Leistung nahezu vollständig
von der Materialbahn aufgenommen, so dass eine gute Energieübertragung auch
ohne den Einsatz von Reflektoren erzielt werden kann und Effizienzverluste
durch die Reflektoren vermindert werden. Die Strahler können
dabei mit elektrischer Energie oder mit Verbrennungsenergie betrieben
werden, beispielsweise mit einer Gasheizung. Wenn ein Strahler ausfällt
oder auf andere Weise defekt ist, dann lässt sich dieser
Strahler leicht auswechseln, ohne dass die gesamte Trockneranordnung
ausgewechselt werden muss.
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Bevorzugterweise
sind die Achsen der Strahler parallel zueinander angeordnet. Damit
wird auf einfache Weise eine relativ gleichmäßige
Strahlungsverteilung erreicht.
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Vorzugsweise
sind die Achsen der Strahler parallel zur Bewegungsrichtung gerichtet.
In diesem Fall kann man relativ preisgünstige Strahler
verwenden, weil es nicht mehr erforderlich ist, dass die Strahler über
ihre gesamte Länge eine gleichmäßige Energieabgabe
aufweisen.
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Vorzugsweise
sind mehrere Gruppen von Strahlern vorgesehen, wobei die Strahler
einer Gruppe auf Lücke zu Strahlern einer anderen Gruppe
angeordnet sind. In der Regel ist es erforderlich, die benachbarten
Strahler mit einem kleinen Abstand zueinander anzuordnen, um eine
gegenseitige Beschädigung durch eine zu große
Wärmedichte zu vermeiden. Wenn man nun die Strahler in
unterschiedlichen Gruppen anordnet und die Strahler in den unterschiedlichen
Gruppen auf Lücke zueinander anordnet, dann kann man dennoch
eine relativ gleichmäßige Trocknungsleistung über
die Breite der Materialbahn erreichen.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Gruppen in Bewegungsrichtung hintereinander
angeordnet sind. Die Strahler können dann nach wie vor
in einer Ebene angeordnet sein. Die einzelnen Bereiche der Materialbahn
werden dann gegebenenfalls nacheinander beheizt, je nachdem, an
welcher Gruppe von Strahlern die Materialbahn in einem Augenblick
vorbeiläuft.
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Alternativ
oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Gruppen
in parallelen Ebenen angeordnet sind. In diesem Fall strahlen die
Strahler der einen Gruppe durch die Lücken zwischen den
Strahlern der anderen Gruppe hindurch. Auch auf diese Weise lässt
sich eine sehr gute Energieausbeute sicherstellen. Vorzugsweise
sind die Achsen in Schwerkraftrichtung ausgerichtet. Die Abschnitte
der Materialbahn, die durch die Materialbahntrockneranordnung getrocknet
werden, verlaufen in diesem Fall ebenfalls vertikal. Dies hat den
Vorteil, dass die Feuchtigkeit, die von der Materialbahn verdampft, ungehindert
abströmen kann. Darüber hinaus ist es bei dieser
Ausgestaltung auf einfache Weise möglich, Abwärme
aufzufangen und weiter zu verwenden.
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Vorzugsweise
weist der Materialbahnpfad mindestens eine berührungslose
Umlenkeinrichtung zwischen seinen Abschnitten auf beiden Seiten
der Ebene auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die
Materialbahn mit einer Beschichtung versehen worden ist, die durch
die Materialbahntrockneranordnung getrocknet werden soll. In diesem
Fall läuft die Materialbahn zunächst auf einer
Seite der Ebene mit den Strahlern entlang und wird getrocknet. Auch wenn
die Beschichtung noch nicht in vollem Umfang getrocknet worden ist,
kann man die Materialbahn dann durch die berührungslose
Umlenkeinrichtung so umlenken, dass sie auch auf der anderen Seite der
Ebene mit den Strahlern vorbeigeführt werden kann. Dadurch
lässt sich eine hervorragende energetische Ausbeute erzielen.
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Vorzugsweise
weist die Umlenkeinrichtung einen Umlenkradius auf, der größer
ist als die Hälfte des Abstands der Abschnitte senkrecht
zur Ebene. Diese Ausgestaltung hat zwei Vorteile. Zum Einen wird
die Beanspruchung der Materialbahn kleiner, weil der Umlenkradius
größer ist. Dennoch ist es möglich, die
Materialbahn relativ dicht an den Strahlern vorbeizuführen.
Je dichter die Materialbahn an die Strahler herangeführt
werden kann, desto besser ist der Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung. Zum
Anderen lässt sich die Zeit, die man für die Richtungsänderung
der Bahn benötigt, verlängern, so dass sich die
Temperatur in der Bahn, falls erforderlich, vergleichmäßigen
kann, bevor die Materialbahn erneut durch die Strahler beheizt wird.
Darüber hinaus kann beim Umlenken Feuchtigkeit abdampfen, die
durch die Strahler verdampft worden ist.
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Vorzugsweise
ist die Umlenkeinrichtung als Lufttrocknungseinrichtung ausgebildet.
In der Umlenkeinrichtung kann man zusätzliche Wärmeenergie
in die Bahn eintragen, was den Trocknungsvorgang weiter verbessert.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Umlenkeinrichtung Gasdüsen aufweist,
die mit Gas beaufschlagt sind, das mit Hilfe der Strahler erwärmt
ist. Man nutzt also die Abwärme der Strahler aus, um die Umlenkeinrichtung
zu beheizen. Damit wird im einfachsten Fall ein Kühlen
der Materialbahn beim Umlenken vermieden. Im günstigsten
Fall wird durch die Abwärme der Strahler eine zusätzliche
Trocknungsleistung an die Materialbahn übertragen.
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Bevorzugterweise
weist die Lufttrocknungseinrichtung eine Luftführung mit
einer Verbindung zwischen Zuluft und Abluft auf. Man kann in der Lufttrocknungseinrichtung
also die Luft (oder ein anderes Gas) im Kreislauf führen,
so dass man einen guten thermischen Wirkungsgrad erzielen kann.
Die Luft kühlt bei der Beaufschlagung der Materialbahn während
des Umlenkens in der Regel nicht auf die Umgebungstemperatur herunter,
so dass weniger Energie erforderlich ist, um sie auch erneut auf
die für das Trocknen gewünschte Temperatur zu
bringen. Hierfür reicht vielfach die Abwärme der
Strahler aus.
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Wenn
dies nicht der Fall ist, kann die Luftführung vorteilhafterweise
eine Zusatzheizung aufweisen. Mit der Zusatzheizung ist es möglich,
die Luft für die Umlenkeinrichtung wieder auf die gewünschte Temperatur
zu bringen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
erste Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung in Seitenansicht,
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2 eine
zweite Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung in Vorderansicht,
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3 eine dritte Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung
in Vorderansicht und in Draufsicht,
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4 eine
vierte Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung in Seitenansicht
und
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5 eine
fünfte Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung.
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Eine
Materialbahntrockneranordnung 1, wie sie in 1 dargestellt
ist, weist einen als Infrarot-Strahler ausgebildeten Strahlungstrockner 2 auf, der
mehrere, senkrecht zur Zeichenebene hintereinander angeordnete zylindrische
Strahler 3 aufweist. Die Strahler 3 können
elektrisch betrieben oder gasbeheizt sein. Die Strahler 3 geben
eine Strahlung 4 ab, beispielsweise Infrarot-Strahlung
oder Ultraviolett-Strahlung oder eine andere elektromagnetische Strahlung,
mit der Wärmeenergie auf eine Materialbahn 6 übertragen
werden kann.
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Die
Strahler 3 sind parallel zueinander in einer Ebene 5 angeordnet.
Die Strahler 3 sind dabei vertikal angeordnet, d. h. parallel
zur Schwerkraftrichtung.
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Die
Materialbahn 6 ist entlang eines Materialbahnpfades geführt.
Eine Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil 7 angedeutet.
Die Materialbahn 6 ist über eine Umlenkrolle 8 geführt,
so dass sie ihre Richtung um 180° ändern kann.
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Die
Materialbahn 6 ist so dicht wie möglich an den
Strahlern 3 vorbeigeführt, so dass mit Hilfe der
Strahlung 4 Wärmeenergie von den Strahlern 3 auf
die Materialbahn 6 übertragen werden kann. Die Materialbahn 6 ist
dabei auf beiden Seiten der Ebene 5 geführt, so
dass die Materialbahn sowohl an der Vorderseite als auch an der
Rückseite der Strahler 3 vorbeigeführt
wird. Damit kann nahezu die gesamte von den Strahlern 3 abgestrahlte
Energie ohne den Einsatz von Reflektoren auf die Bahn 6 überführt
werden. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung
in der Bahn 6, die wiederum dazu führt, dass die
in der Bahn 6 enthaltene Feuchtigkeit verdampfen kann.
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2 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung 1 in Draufsicht,
wobei zur Erläuterung die Materialbahn 6 soweit
entfernt worden ist, dass man auf die Strahler 3 blicken
kann.
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Es
ist zu erkennen, dass die zylindrischen Strahler 3 mit
jeweils einem Abstand 9 nebeneinander angeordnet sind.
Dieser Abstand 9 ist in vielen Fällen erforderlich,
um eine Überhitzung der Strahler 3 zu vermeiden.
Die Strahler 3 sind dabei parallel zur Bewegungsrichtung 7 ausgerichtet.
In diesem Fall könnte der Fall auftreten, dass die Materialbahn 6 in Breitenrichtung,
d. h. zwischen ihren beiden Kanten 10, 11, ungleichmäßig
beheizt wird. Um dies zu vermeiden, sind die Strahler 3 in
zwei Gruppen 12, 13 angeordnet. Die Strahler 3 der
beiden Gruppen 12, 13 befinden sich in der gleichen
Ebene. Die Strahler 3 der Gruppe 12 sind dabei
so angeordnet, dass sie sich an der Position einer Lücke 9 der
anderen Gruppe 13 befinden. Die Strahler 3 der
Gruppe 12 sind an einer Halterung 14 und die Strahler
der Gruppe 13 an einer Halterung 15 angeordnet.
Durch einen seitlichen Versatz der beiden Halterungen 14, 15 relativ zueinander
lässt sich die Anordnung der Strahler 3 der einen
Gruppe 12 auf Lücke 9 der anderen Gruppe 13 erreichen.
Die Strahler 3 der beiden Gruppen 12, 13 wirken
dabei in Bewegungsrichtung 7 nacheinander auf die Materialbahn 6.
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3 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Materialbahntrockneranordnung 1 und
zwar in 3a entsprechend der Ansicht
von 2, d. h. in Aufsicht mit teilweise entfernter
Materialbahn 6 und in 3b in
Vorderansicht.
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3b zeigt,
dass die zylindrischen Strahler 3 in zwei Gruppen 12, 13 angeordnet
sind, wobei die Strahler 3 der Gruppe 12 einer
Lücke 9 zwischen Strahlern 3 der Gruppe 13 gegenüberstehen.
In diesem Fall sind die Strahler 3 der Gruppe 12 in
einer anderen Ebene angeordnet als die Strahler 3 der Gruppe 13.
Auch damit lässt sich erreichen, dass die Materialbahn 6 zwischen
ihren Kanten 10, 11 gleichförmig mit
Wärmeenergie beaufschlagt wird. Die Strahler 3 beider
Gruppen 12, 13 können in diesem Fall
an einer Halterung 14 angeordnet sein. Es ist aber auch
möglich, sie an verschiedenen Halterungen anzuordnen, um
durch einen seitlichen Versatz der Halterungen 14, 15 die
gewünschte Ausrichtung der Strahler 3 auf Lücke 9 zu
erreichen.
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Aus 3b ist
zu erkennen, dass die Materialbahn 6 relativ dicht an den
Strahlern 3 vorbeigeführt werden kann.
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4 zeigt
eine Ausgestaltung, bei der eine Materialbahn 6, beispielsweise
eine Papierbahn, in einer Beschichtungseinrichtung 16 auf
einer Seite 17 mit einer Beschichtung, beispielsweise einem
Strich, versehen ist. Die Seite 17 ist den Strahlern 3 zugewandt.
Wenn die Materialbahn 6 an den Strahlern 3 vorbeiläuft,
dann wird sie auf der beschichteten Seite 17 getrocknet.
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Allerdings
ist die Seite 17 nach dem erstmaligen Vorbeilaufen an den
Strahlern 3 vielfach noch nicht in einem ausreichenden
Maße getrocknet. Die Materialbahn 6 wird daher
in einer berührungslosen Umlenkeinrichtung 18 berührungslos
umgelenkt. Die Umlenkeinrichtung 18 weist mehrere Luftdüsen 19 auf,
die gegen die Seite 17 der Materialbahn 6 gerichtet
sind. Die Luftdüsen werden durch ein Gebläse 20 versorgt,
das die Luft (oder ein anderes Gas) mit einem zum Abstutzen der
Materialbahn 6 ausreichenden Druck auf die Materialbahn 6 richtet.
Das Gebläse 20 ist in Schwerkraftrichtung oberhalb
der Strahler 3 angeordnet und entnimmt mit Hilfe einer
schematisch dargestellten Führung 21 Luft oder – im
Falle von gasbeheizten Strahlern – auch die erhitzten Verbrennungsabgase
aus der Umgebung, die durch die Strahler 3 erwärmt
worden sind. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um Konvektion,
d. h. die Strahlungsenergie, die auf die Materialbahn 6 übertragen wird,
wird praktisch nicht vermindert.
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Dadurch,
dass die aus den Luftdüsen 19 ausgestoßene
Luft durch die Strahler 3 erwärmt worden ist,
erfolgt auch bei der Umlenkung in der Umlenkeinrichtung 18 eine
Trocknung. Die aus den Luftdüsen 19 ausgestoßene
Luft kann darüber hinaus Feuchtigkeit, die noch an der
Seite 17 der Materialbahn 6 vorhanden ist, mit
abtransportieren.
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Die
Umlenkeinrichtung 18 hat einen Umlenkradius, der größer
ist als die Hälfte des Abstandes zwischen den beiden Abschnitten 22, 23 der
Materialbahn 6 auf beiden Seiten der Ebene 5,
d. h. die Materialbahn 6 wird durch zwei Umlenkrollen 24, 25,
die auf die nicht beschichte te Seite der Materialbahn 6 wirken,
zunächst von der Ebene 5 wegbewegt. Dadurch wird
die Materialbahn 6 mit einem Umschlingungswinkel von mindestens
180°, vorzugsweise sogar mehr, beispielsweise 300°,
um die Umlenkeinrichtung 18 geführt. Da der Umlenkradius
größer ist als die Hälfte des Abstandes
zwischen den beiden Abschnitten 22, 23 wird die
durch die Umlenkung bewirkte Belastung der Materialbahn 6 klein
gehalten. Der Umlenkradius beträgt vorzugsweise das zwei- bis
vierfache der Hälfte des Abstandes zwischen den beiden
Abschnitten 22, 23. Trotz des großen
Umlenkradius ist es möglich, die Materialbahn 6 relativ
dicht an den Strahlern 3 vorbeizuführen.
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5 zeigt
eine fünfte Ausgestaltung einer Materialbahntrocknungseinrichtung 1,
die im Wesentlichen der der 4 entspricht.
Hinzugekommen ist ein Luftführungssystem 26 mit
einer Abluft 27 und einer Zuluft 28 für
die Umlenkreinrichtung 18, die auch in diesem Fall als
Lufttrocknungseinrichtung ausgebildet ist. Zuluft 27 und
Abluft 28 sind durch eine Verbindung 29 miteinander
verbunden. In der Verbindung ist ein Gebläse 30 angeordnet,
um die Luft durch die Umlenkeinrichtung 18 umzuwälzen.
In der Zuluft 28 ist eine Heizeinrichtung 31 angeordnet, um
die Luft in der Umlenkeinrichtung 18 auf eine erhöhte
Temperatur zu bringen, wenn die Beheizung durch die Strahler 3 nicht
ausreicht.
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Ein
Teil der Abluft wird durch einen Abluftausgang 32 aus dem
Kreislauf entnommen. Dafür wird bei einem Frischlufteingang 33 Frischluft
zugeführt. Die Positionen von Abluftausgang 32 und Frischlufteingang 33 sind
hier lediglich symbolisch dargestellt. Die tatsächliche Ausführung
richtet sich nach den Gegebenheiten, insbesondere die Anzahl der
zur Verfügung stehenden Ventilatoren.
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Auch
hier wird die Materialbahn 6 auf ihrer beschichteten Seite 7 zunächst
durch die Strahler 3 getrocknet, an denen sie relativ dicht
vorbeigeführt wird. Danach wird die beschichtete Seite 17 der
Materialbahn 6 beim Umlenken in der Umlenkeinrichtung 18 durch
Luft getrocknet, die aus den Luftdüsen 19 ausgestoßen
wird. Nach dem Durchlaufen der als Lufttrocknungseinrichtung ausgebildeten
Umlenkeinrichtung 18 wird die Materialbahn 6 erneut
dicht an den Strahlern 3 vorbeigeführt, um durch
Strahlungsenergie getrocknet zu werden.
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In
nicht näher dargestellter Weise kann im Falle von Beschichtungstrocknung
der erfindungsgemäßen Einrichtung noch eine Nachverdunstungsstrecke
folgen, beispielsweise ein Lufttrockner.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/085729
A2 [0003]
- - EP 1169511 [0004]
- - EP 0916915 B1 [0005]
- - DE 3910898 B4 [0006]
- - GB 965095 [0007]