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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen einer Materialbahn gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Mithilfe eines solchen Verfahrens werden Materialbahnen aus beispielsweise Papier, Kunststoff, Holz oder Metall getrocknet, die mit einer Geschwindigkeit von z.B. 5 m/s fortschreiten.
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Das zur Trocknung eingesetzte gasförmige Medium, üblicherweise erwärmte Luft, strömt als Luftvorhang aus mindestens einer Schlitzdüse, die bis zu 2,5 m lang sein kann. Dabei bildet sich ein Freistrahl aus, der bei Vernachlässigung eines geringen Einflusses der Bahnbewegung rechtwinklig auf die Materialbahn auftrifft. Danach teilt sich der Strahl auf und wird nach beiden Seiten hin, d.h., in Fortschreitrichtung und entgegengesetzt abgeführt und abgesaugt. Der maximale Wärmeübergang auf die Materialbahn und damit die größte Trockenleistung liegen im sogenannten Staupunkt vor, an der Stelle, an der der Strahl auf die Materialbahn trifft und aufgeteilt wird.
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Allerdings kommt es beim Trocknungsvorgang häufig zu unerwünschten instationären Effekten im Sinne eines chaotischen Strömungsverhaltens, beispielsweise wenn die Strahlen benachbarter Düsen sich gegenseitig beeinflussen oder aufgrund der Düsengeometrie in sich instabil sind.
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Z. B. kann ein Flattern der Materialbahn angeregt und/oder deren Oberfläche geschädigt werden. Die bekannten, bis zu 5 mm breiten Schlitzdüsen, aus denen das Medium mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 m/s austritt, weisen einen parallelen Düsenspalt auf, bei dem die den Schlitz begrenzenden Wände in Strömungsrichtung gleichgerichtet verlaufen.
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Das geschilderte Strömungsverhalten mit den angedeuteten Problemen führt vielfach zu einer Unterbrechung des Betriebsablaufs, zumindest jedoch zu einer Einschränkung des Trocknungsergebnisses und damit der Qualität der zu trocknenden Materialbahn.
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Das besagte Flattern der Materialbahn kann zu deren Reißen führen und damit zu einer Unterbrechung des Produktionsablaufs. Dies ist naturgemäß mit erheblichen Kosten verbunden, sowohl resultierend aus den Maschinenstillstandszeiten wie auch aus den Materialverlusten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass seine Wirksamkeit verbessert und seine Betriebssicherheit erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst.
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Durch eine spezielle Formgebung des Düsenschlitzes trifft das Medium, gemäß der Erfindung, unter einem Winkel < 90° auf die Mat erialbahn auf und wird überdies in einen Vordrall versetzt.
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Insbesondere zu erwähnen ist dabei die wesentliche Verbesserung des Wärmeübergangs vom Medium zur Materialbahn, einhergehend mit einer Optimierung der Trocknungsleistung.
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Überdies wird die Prozessstabilität erhöht, d.h., die zum Stand der Technik beschriebenen nachteiligen Einflüsse auf die Materialbahn selbst hinsichtlich einer Oberflächenbeschädigung, die zu einem Reißen der Bahn führen kann, sind praktisch ausgeschlossen.
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Hieraus ergibt sich eine durchaus bemerkenswerte Senkung der Betriebskosten, insbesondere aber auch eine verbesserte Produktionssicherheit.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind die sich gegenüberliegenden, den Schlitz der Düse begrenzenden Wandungen zumindest im Querschnitt wellenförmig ausgeprägt, wobei sich der Schlitz zum Austritt hin verjüngt.
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Dies bewirkt eine Verbesserung des Wärmeübergangs und damit der Trocknungsleistung, wobei durch diese Formgebung die Grenzschicht des Strahles in Schwingungen versetzt wird.
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Ein weiterer Gedanke sieht vor, den Schlitz zur Oberfläche der bewegten Materialbahn schräg zu stellen.
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Hierdurch wird im Wesentlichen der Einfluss der Durchlaufgeschwindigkeit, die ansonsten zu einer Strahlablenkung führt, kompensiert, mit der Folge, dass ein Staupunktdruckverlust reduziert und der Trocknungsprozess insgesamt im Vergleich zum rechtwinklig ausgerichteten Spalt nach dem Stand der Technik stabiler ausgeführt wird.
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Das schräge Auftreffen des Strahles auf die Materialbahn führt zu einer strömungstechnischen Stabilisierung des Trocknungsprozesses, vor allem resultierend daraus, dass das weitere Strömungsverhalten nach dem Auftreffen und nach der Strahlaufteilung eindeutiger vorbestimmbar ist als bei einem rechtwinklig ausgerichteten Spalt.
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Mit einer vergleichbaren Wirkung stellt sich die Ausbildung des Spaltes bzw. dessen sich gegenüberliegenden Wandungen als im Querschnitt kreisbogenförmig dar, durch die Druckverluste gesenkt und die Prozessstabilität ebenfalls erhöht wird.
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Die kreisbogenförmige Kontur im Sinne eines konkaven/konvexen Verlaufs prägt einen Vordrall des Mediums, durch den der Leistungsbedarf eines angeschlossenen Aggregats zur Erzeugung eines Mediumdrucks, verringert, also optimiert wird.
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Eine weitere Ausführungsvariante einer Schlitzdüse gibt eine einseitig überstehende, gegenüber der zugeordneten Wandung des Schlitzes in Durchlaufrichtung der Materialbahn oder entgegengesetzt geringfügig abgewinkelte Leitkante vor, die bei den Schlitzen zum Einsatz kommt, deren Konfiguration zuvor beschrieben ist.
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Die einseitig in Bezug auf den Mediumaustritt aus der Schlitzdüse verlängerte Leitkante nutzt dabei den sogenannten Coandă-Effekt, bei dem sich eine Strömung an eine Fläche anlegt und dieser auch dann folgt, wenn sie nicht senkrecht nach unten verläuft. In einem Fall ist der Schlitz selbst leicht rückwärts geneigt, die Leitkante hingegen vorwärts.
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Dadurch wird ein Drall erzeugt, vergleichbar dem wie er bei der zuvor beschriebenen Ausführung eines kreisbogenförmigen Spaltes beschrieben ist und bei der die Strömung stabilisiert und ein Druckverlust im Staupunkt signifikant reduziert ist.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, einen bevorzugt im Querschnitt tropfenförmig ausgebildeten Störkörper im Austrittsbereich des Mediumstroms aus der Schlitzdüse zu positionieren, wobei nach einer Variante der Schlitz als Diffusor ausgebildet ist, in den der Störkörper hineinragt. Diese konstruktive Lösung gestattet es, über eine Lageverstellung des Störkörpers den Volumenstrom des Mediums gezielt zu steuern.
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Eine andere Konzeption, bei der ein Störkörper zum Einsatz kommt, sieht den Schlitz als scharfkantig endend vor, vor dem der Störkörper installiert ist, so dass der aus der Schlitzdüse austretende Luftstrom in zwei Hälften aufgeteilt wird, die getrennt auf die Materialbahn auftreffen.
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Neben einer verbesserten Trocknungsleistung erzielt diese Variante auch ein im Vergleich zu einem Schlitz ohne Störkörper stabileres Strömungsverhalten.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
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2–6 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, gleichfalls in einer schematischen Seitenansicht dargestellt.
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In der 1 ist eine Vorrichtung zum Trocknen einer fortschreitend bewegten Materialbahn 1 nach dem Stand der Technik dargestellt, mit einer Schlitzdüse 2, durch die ein gasförmiges Medium, insbesondere auf etwa 100°C erhitzte Luft unter Druck der zugewandten Oberfläche der Materialbahn 1 zugeführt ist, wobei der aus der Schlitzdüse 2 austretende Luftstrom senkrecht, d.h. unter einem Winkel von 90° auf die Materialbahn 1 auftrifft.
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Die Schlitzdüse 2 mit zwei gegenüberliegenden, einen Schlitz 3 begrenzenden Wandungen kann dabei in einer Länge bis zu 2,5 m vorliegen. Prinzipiell sind auch mehre Schlitzdüsen 2 in einer Reihe hintereinander angeordnet.
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Nach dem Auftreffen des Strahls auf die Materialbahn 1 teilt sich der Strahl und wird nach beiden Seiten, also in Bewegungsrichtung der Materialbahn 1 und entgegengesetzt dazu abgeführt und jeweils über eine Absaugung 5 abgesaugt. Die Luftzuführung erfolgt im Übrigen über einen Zulauf 4.
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Gemäß dem neuen Verfahren wird das Medium unter einem Winkel < 90° auf die Materialbahn 1 geführt.
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Zur Realisierung dieser Maßnahme sind verschiedene konstruktive Möglichkeiten denkbar, von denen nachfolgend einige in den Figuren dargestellt sind.
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Die 2 zeigt eine Schlitzdüse 2, deren den Schlitz 3 seitlich begrenzenden, sich gegenüberliegenden und durchgängigen Wandungen in Strömungsrichtung wellenförmig ausgebildet sind.
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Bei der in der 3 gezeigten Variante ist der Schlitz 3 in Durchlaufrichtung der Materialbahn 1 geringfügig schräg gestellt, wobei hier die Wandungen des Schlitzes 3 planeben sind.
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In der 4 ist die Schlitzdüse 2 bzw. ist der Schlitz 3 im Bereich seiner Wandungen kreisbogenförmig ausgebildet, so dass ein Vordrall des Mediums entsteht, durch den Staupunktdruckverluste reduziert werden und der Trocknungsprozess im Vergleich zum Stand der Technik insgesamt stabiler gestaltet wird.
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Der 5 ist eine Ausführung zu entnehmen, bei der sich an den schräg verlaufenden Schlitz 3 im Austrittsbereich eine demgegenüber abgewinkelte Fläche einer Leitkante 6 anschließt. Durch diese einseitig verlängerte Leitkante 6 ergibt sich der sogenannte Coandă-Effekt, bei dem sich eine Strömung an eine Fläche anlegt und deren Verlauf auch dann folgt, wenn keine Führung mehr durch die Fläche gegeben ist.
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Die Leitkante 6 kann sowohl, wie im Beispiel der 5, bei einer leicht rückwärts geneigten Schlitzdüse 2 eingesetzt werden, aber auch bei dem Beispiel nach 4, in der der Schlitz 3 einen kreisbogenförmigen Verlauf einnimmt.
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Schließlich gibt die 6 eine Ausführungsvariante wieder, bei der zur Verwirklichung des neuen Verfahrens ein Störkörper 7 vorgesehen ist, der im Austrittsbereich der Schlitzdüse 2 angeordnet ist. Dabei weist der Störkörper 7 einen tropfenförmigen Querschnitt auf.
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In der 6a) ist die Anordnung des Störkörpers 7 im Austrittsbereich der Schlitzdüse 2 angeordnet, die dort als Diffusor ausgebildet ist, während in der 6b) die Schlitzdüse 2 bzw. der Ausgang des Schlitzes 3 scharfkantig ist und senkrecht zur Materialbahn 1 verläuft.
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In jedem Fall wird der aus dem Schlitz 3 austretende Luftvorhang in zwei Hälften aufgeteilt, die getrennt auf die Materialbahn 1 auftreffen.
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Durch Lageveränderung des Störkörpers 7 zum Austritt der Schlitzdüse 2 kann ein Volumendurchsatz des Mediums gezielt gesteuert werden.
