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Die
Erfindung betrifft eine Infrarot-Strahler-Anordnung zur Trocknung
einer sich in einer Laufrichtung bewegenden Materialbahn mit mindestens einem
Infrarot-Strahler mit einem Gehäuse, das Seitenwände
umfasst, die jeweils wenigstens eine Lagerung für einen
Strahlkörper besitzen, der im Inneren des Gehäuses
in einer Brennkammer von einem brennenden Fluid beheizt wird und
an dessen der Materialbahn zugewandten Seite Infrarot-Strahlung abgebbar
ist.
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Derartige
Infrarot-Strahler in einer Infrarot-Strahler-Anordnung werden bekanntermaßen
in Systemen eingesetzt, die dem Trocken von Materialbahnen, beispielsweise
Papier- oder Kartonbahnen, dienen.
EP 0 539 278 A1 zeigt einen solchen Infrarot-Strahler.
Er wird mit Gas beheizt. An Stelle von Gas ist aber auch eine Beheizung
mit flüssigen Brennstoffen möglich. In dem Infrarot-Strahler
werden Gas- und Luftströme in einer Mischkammer zu einem
brennfähigen Gemisch vermischt und dann durch eine gasdurchlässige
Platte in einen Brennraum geleitet. Dort entzündet sich
das Gasgemisch und heizt einen Strahlkörper auf, der zylindrische
Keramikstäbe umfasst, die im Querschnitt eine kreisförmige
Kontur aufweisen. Erreicht werden dabei Temperaturen von 1100°C.
Solche Infrarot-Strahler haben sich grundsätzlich bewährt.
Allerdings gibt es Ungleichförmigkeiten in der auf die
Materialbahn übertragenen Heizleistungen im Randbereich,
also am Ende der Stäbe, obwohl bereits für einige
Verbesserungen gesorgt ist. So sind in dem in der
EP 0 539 278 A1 gezeigten
Infrarot-Strahler bereits Ausdehnungsmöglichkeiten für
die Stäbe vorgesehen, die sich aufgrund der Temperaturdifferenzen
im unbeheizten Zustand und im Betrieb ergeben. Sie sind mit Spiel
in einer Bohrung des Rahmens gelagert. Außerdem ist zur
Vergleichmäßigung der Wärmestrahlung
zwischen dem Rand und einem mittleren Bereich des Strahlers vorgeschlagen,
am Rand eine Doppelreihe von Vorheizstäben einzusetzen.
Diese Verbesserung hat jedoch keine Auswirkung auf die Rahmenseite,
in der die Enden der Vorheizstäbe gelagert sind.
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In
der Regel werden mehrere solcher Infrarot-Strahler in mehreren Reihen
zur Trocknung einer vorbeilaufenden Materialbahn, in der folgenden
Beschreibung auf eine Papierbahn reduziert, eingesetzt. Dabei ergibt
sich durch die fehlende Strahlfläche am Rand, je nach Abstand
der Strahler zum bestrahlten Objekt, eine ungleichmäßige
Strahlungsverteilung und somit eine ungleichmäßige
Trocknungsleistung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trocknungsleistung von
Infrarot-Strahlern über die Breite der laufenden Materialbahn
zu vergleichmäßigen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wenigstens eine Länge
des Strahlkörpers zumindest im beheizten Zustand größer
ist als der Abstand zwischen den äußeren Seitenflächen
der Seitenwände. Im Stand der Technik endet die Länge
des Strahlkörpers gelagert in einer Seitenwand des Infrarot-Strahlers.
Diese Seitenwand ist relativ dick und in der Regel aus einem Wärme
isolierenden Material. Dadurch ist eine Wärmestrahlung
auf die Papierbahn in diesem Bereich beeinträchtigt, was
einen Streifen weniger getrockneten Materials hervorbringt. Die
Erfindung hat diese Schwäche überwunden, indem
die Strahlkörper zumindest im beheizten Zustand seitlich außerhalb über
die Seitenwände hinausstehen. Dadurch kann auch am Rand
des Infrarot-Strahlers eine zufriedenstellende Trocknungsleistung
erreicht werden. Der Bezug auf den beheizten Zustand ergibt sich
dadurch, dass bei derart großen Temperaturunterschieden
zwischen beheiztem und unbeheiztem Zustand am Strahlkörper
Längenunterschiede bis zu 2,5 mm auftreten können.
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Bei
breiten Papierbahnen ist es vorteilhaft, wenn mehrere Infrarot-Strahler
zu einer Reihe zusammengefasst sind, die rechtwinklig zur Laufrichtung
der Materialbahn verläuft. Das ursprüngliche Problem,
gemäß dem nun bei Verwendung von Infrarot-Strahlern
aus dem Stand der Technik in den Bereichen in denen zwei Infrarot-Strahler,
womöglich mit einer Fuge dazwischen und relativ dicken
isolierenden Seitenwänden von beiden Infrarot-Strahler-Seiten,
aneinander angrenzen und so einen breiten Streifen unzureichend
getrockneten Papiers erzeugen würden, ist durch die Erfindung
beseitigt. Gerade in diesem Grenzbereich befinden sich nun Strahlkörper,
die ihre Wärme an die Papierbahn abgeben können.
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Mit
Vorteil erstrecken sich die Seitenwände im Wesentlichen
in der Laufrichtung der Materialbahn. So ist es möglich,
die Haupt-Wärmeausdehnungsrichtung der Strahlkörper
in die Richtung quer zur Laufrichtung zu legen.
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Vorzugsweise
ist dabei der Abstand von zwei Strahlkörpern zweier benachbarter
Infrarotstrahler im beheizten Zustand kleiner als 5, bevorzugt 3
mm. Eine Fuge von dieser maximalen Fugenbreite ist bei dem üblichen
Abstand zur Papierbahn ohne störenden Einfluss. Außerdem
ist damit ein Sicherheitsabstand gewahrt, der bei den Dehnungen
des Strahlkörpers einen Druckkontakt benachbarter Strahlkörper
ausschließt.
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Analog
ist es von besonderem Vorteil, wenn wenigstens eine Seitenwand eine
Dicke unter 5, bevorzugt unter 3 mm besitzt. Der in ihr gelagerte Strahlkörper
ragt zu beiden Seiten heraus und trocknet durch die abgegebene Infrarotstrahlung
die Papierbahn. Eine Wandstärke unter 5 mm bleibt dabei ohne
störenden Einfluss auf die Gleichmäßigkeit
der Trocknung quer zur Laufrichtung der Papierbahn. Auf der anderen
Seite ist die Wandstärke für eine Lagerung des
Strahlkörpers durchaus ausreichend.
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So
ist es bevorzugt, wenn der Strahlkörper durch einen Stab
gebildet ist. Eine solche Bauform eines Strahlkörpers hat
sich bewährt. In diesem Zusammenhang sei aber auch auf
die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung
10 2008 041 045.4 verwiesen,
die Stäbe verwendet, deren Querschnitt nicht kreisförmig
ist, sondern dessen Kontur zumindest auf einem Teilumfang streckenvergrößernde
Abweichungen, insbesondere Vertiefungen und/oder Erhöhungen,
von seiner geometrischen Grundform aufweist. Dadurch wird die abstrahlende
Oberfläche des Strahlkörpers vergrößert.
Als Material seien beispielhaft Siliziumcarbid (bevorzugt), Molybdänsilizid und
FeCrAl-Heizleiter-Legierungen genannt. Falls die Fertigungsmöglichkeiten
es zulassen, wäre ein Rippenrohr eine besonders bevorzugtes
Element, da sich die thermische Trägheit des Systems auf
diese Weise noch weiter verringern ließe.
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Ein
solcher Stab kann in einem Ausschnitt oder einer Bohrung in der
Seitenwand gelagert werden, was die Aufnahme stark vereinfacht.
Ein Stab kann sich, auf diese Weise gelagert, ausdehnen, ohne in
Kontakt mit einem anderen Bauteil zu kommen.
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Da
ein Infrarot-Strahler mit beispielsweise nur einem Stab in Bezug
auf seine Energieausbeute zu klein bauen würde, ist es
von Vorteil, wenn der Infrarotstrahler mehrere Strahlkörper
aufweist, die gemeinsam eine Abstrahlfläche bilden. Es
ist ausreichend in einer Brennkammer ein Brennfluid zu entzünden,
um mehrere Strahlkörper aufzuheizen.
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Ganz
besonders bevorzugt ist es, wenn die Seitenwände eines
Infrarotstrahlers lösbar mit dem Gehäuse verbunden
sind. Dies verbessert die Wartungsmöglichkeiten. Einerseits
lässt sich beispielsweise ein verschlissener Strahlkörper
gemeinsam mit den ihn lagernden Seitenwänden rasch austauschen,
was natürlich besonders vorteilhaft ist, wenn mehrere parallele
Stäbe gleichzeitig gewechselt werden können. Andererseits
erleichtert es den Zugang ins Innere des Infrarot-Strahlers.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten, vereinfacht
dargestellten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den
Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Infrarot-Strahler-Anordnung mit einem Infrarotstrahler,
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2 Eine
Ansicht auf eine Infrarot-Strahler-Anordnung mit drei Infrarotstrahlern
von Seiten der Papierbahn
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3 einen
mit dem Buchstaben A markierten Ausschnitt aus 2 im
unbeheizten Zustand,
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4 einen
mit dem Buchstaben A markierten Ausschnitt aus 2 im
beheizten Zustand.
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1 zeigt
einen Infrarot-Strahler 1 für gasförmige
oder flüssige Brennstoffe einer Infrarot-Strahler-Anordnung 10.
An der Rückseite dieses Strahlers befindet sich, auf der
Zeichnung nicht sichtbar, eine Öffnung, durch die brennbares
Fluid, beispielsweise Gas und Luft in eine Mischkammer gelangen,
von wo sie weitergeführt werden in eine Brennkammer 9,
in der sie entzündet werden. Dort werden Strahlkörper 3 aufgeheizt,
die als Stäbe 7 mehrfach nebeneinander angeordnet
sind und eine Abstrahlfläche 5 bilden. Die aufgeheizten
Strahlkörper 3 senden in der Folge Infrarot-Strahlen
aus, die eine nicht dargestellte Papierbahn trocknen.
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Durch
den Pfeil 11 angedeutet ist allerdings die Laufrichtung
der Papierbahn. Das Gehäuse 2 des Infrarot-Strahlers 1 umfasst
Seitenwände 2a und 2b, die parallel zur
Laufrichtung 11 der Papierbahn angeordnet sind.
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Die
Stäbe sind in den Seitenwänden 2a und 2b in
den Lagerungen 6a und 6b gelagert und treten auf
der Außenseite des Infrarot-Strahlers wieder aus der jeweiligen
Seitenwand aus. Die Länge des Stabes 7 ist also
größer als der Abstand zwischen den äußeren
Seitenflächen 4a und 4b. Eine Infrarot-Strahlung
des Stabes auf die Papierbahn erfolgt somit auch noch im äußersten
Randbereich des Infrarot-Strahlers. Die Seitenwand ist zudem an
der der Papierbahn zugewandten Seite höchstens 5 mm dick.
Auf diese Weise wird vermieden, dass ein Streifen der Papierbahn
ungetrocknet bleibt.
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Die
Seitenwände 2a und 2b lassen sich durch
Lösen einer Halterung 12 mitsamt den Strahlkörpern 3 leicht
demontieren, so dass die Infrarot-Strahler-Anordnung 10 insgesamt
sehr wartungsfreundlich aufgebaut ist.
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2 zeigt
einen die erfindungsgemäße Infrarot-Strahler-Anordnung 10 mit
drei Infrarotstrahlern 1, 1', 1'', die
quer zur Laufrichtung der Papierbahn angeordnet sind. In der Praxis
sollte die gesamte Papierbahnbreite überdeckt sein. Im
Bereich der Fuge zweier Infrarot-Strahler ist die ausreichende Beheizung
der Papierbahn üblicherweise problematisch. Dadurch, dass
bei der Erfindung die Strahlkörper 3 aber quasi
aus dem Gehäuse 2 austreten und sehr nahe beieinander
liegen, liegt dieses Problem nicht mehr vor.
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Die
Situation kann noch weiter entschärft werden, wenn die
Infrarot-Strahler-Anordnung 10 mehrere Reihen von Infrarotstrahlern 1, 1', 1'' aufweist,
die quer zur Laufrichtung 11 der Papierbahn angeordnet
sind. In diesem Fall können die Infrarot-Strahler derart
angeordnet sein, dass die Fugen zwischen den Infrarotstrahlern von
Reihe zu Reihe nicht zueinander fluchten. Sollte die Papierbahn streifenartig
in einer Infrarot-Strahlerreihe weniger getrocknet werden, so würde
dies durch die nächste Reihe wieder ausgeglichen.
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In 2 ist
ein Ausschnitt mit dem Buchstaben A gekennzeichnet. Den Ausschnitt
findet man in 3 im unbeheizten und in 4 im
beheizten Zustand der Strahlkörper 3 vergrößert
dargestellt. Wegen der Längenänderung der Stäbe
ist der Abstand 8 zwischen den Stäben benachbarter
Infrarot-Strahler im unbeheizten Zustand deutlich größer
als im beheizten Zustand. Optimal ist die Anordnung, wenn der Abstand
im beheizten Zustand bis maximal 5, bevorzugt maximal 3 beträgt.
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- 1,
1', 1''
- Infrarot-Strahler
- 2
- Gehäuse
- 2a,
2b
- Seitenwand
- 3
- Strahlkörper
- 4a,
4b
- äußeren
Seitenfläche
- 5
- der
Materialbahn zugewandte Seite, Abstrahlfläche
- 6a,
6b
- Lagerung
- 7
- Stab
- 8
- Abstand
- 9
- Brennkammer
- 10
- Infrarot-Strahler-Anordnung
- 11
- Laufrichtung
Materialbahn
- 12
- Halterung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0539278
A1 [0002, 0002]
- - DE 102008041045 [0010]