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Vorrichtung zum Reinigen eines Bandes von Staub Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Reinigen eines sich in Längsrichtung bewegenden Bandes von
Staub und anderen partikelförmigen Materialien mit einer mit Druckluft zu speisenden,
nahe am Band angeordneten Düse, mit einer in Querrichtung des Bandes langgestreckten,
zur Oberfläche des Bandes gerichteten Mündung und mit einer Vorrichtung zur Sammlung
von aus der Düse austretender Luft und des durch die Luft von der Oberfläche des
Bandes entfernten Staubes in der Umgebung der Bandoberfläche.
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Staub, Fasern und andere freie Teilchen, die sich auf den Oberflächen
von Uändern aus Papier, Folien oder Kunststöffniaterialien befinden, stellen schon
seit jeher für zahlreiche Industriezweige ein großes Problem dar, und zwar wegen
der Schwierigkeiten, die bei ihrer Entfernung mit Hilfe von verschiedenen Geräten
oder Verfahren auftreten.
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Beispielsweise entstehen Staub, Fasern und andere Schmutzpartikeln
bei der Papierherstellung. Fasern und Härchen kommen im allgemeinen aus den Preß-
und Trockenfilzen. Zelluloseinehl und -fasern koninien aus dem Papier während des
Trocknens, Aufrollens, Schneidens und Nachschneidens. Ein großer Teil der so entstandenen
Staubteilchen haftet an der Papieroberfläche an, da ihre Oberfläche ölig oder feucht
ist oder weil sie elektrostatisch aufgeladen sind oder sich ganz oder teilweise
innerhalb der viskosen Grenzschicht aus Luft auf der Oberfläche befinden. Gewöhnlich
wird eine relativ große Kraft für die Entfernung dieser Partikeln benötigt.
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F-in weiteres Beispiel liefern die Vorrichtungen für die Herstellung
von Überzügen. Die meisten dieser Geräte für die Aufbringung von Bleichüberzügen
auf Papier verwenden Rollen, Stangen oder Stahlblätter, um den nassen Überzug auf
die Papieroberfläche aufzubringen. Staub und Schmutz werden von den Rollen aufgegriffen
oder gelangen unter die Stangen und Blätter und verursachen Markierungsstreifen
auf den sonst glatten Überzügen. Auch gelangt häufig Staub in das Gerät für die
Aufbringung des Überzugs und zirkuliert in der überzugsflüssigkeit und veranlaßt
dabei ein Verstopfen der Filter, Verlust an überzugsmaterial und damit verbunden
erhöhte Betriebskosten.
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In der Drucktechnik stellt der Staub bei allen Druckverfahren ein
Problem dar. So verstopft der Staub die Oberflächen der Typen der Druckerpresse;
harte Schmutzpartikeln haben sogar dazu geführt, daß die Druckerpresse gebrochen
ist. Die Druckfilze, die beim Offsetdruck verwendet werden und mit Wasser oder Druckfarbe
angefeuchtet werden, sind ganz besonders staubempfindlich. Der Staub saminelt sich
auf den Druckfilzen an, bis man schließlich gezwungen ist, die Presse stillzulegen
und zu reinigen. Auch das Tiefdruckverfahren wird durch Staub be einflußt. Er verwischt
die Druckschärfe, verstopft die Abstreifinesser und gelangt in die Druckfarbenbehälter.
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Weder Vakuumvorrichtungen noch Bürsten noch Gebläse, wie sie bis heute
bekannt sind, können die unerwünschten Partikeln entfernen, ohne daß solche Kräfte
angewendet werden, die das Werkstück beeinträchtigen oder diese Partikeln in die
Umgebung der Apparatur bringen. Die Anwendung eines solchen Vakuums, wie es notwendig
wäre, um den Staub aufzunehmen, führte dazu, daß sich das Band, auf das dieses Vakuum
einwirkt, verschiebt, und stellt daher eine Quelle für Beschädigungen dar.
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Es ist eine Vorrichtung zum Reinigen eines in Längsrichtung bewegten
Papierbandes bekannt, bei welcher innerhalb eines die Papierbahn überdeckenden Gehäuses
ein Druckluftstrahl unter spitzem Winkel auf die Papierbahn gerichtet und die Luft
aus dem Behälter abgesaugt wird, wobei das Gehäuse im wesentlichen in Bewegungsrichtung
des Bandes hinter dem Druckluftstrahl angeordnet ist. Die Reinigungswirkung einer
solchen Vorrichtung ist verhältnismäßig gering.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen,
die einfach herstellbar ist und eine
außerordentlich wirksame Reinigung ermöglicht, ohne daß eine Beschädigung der Bahn
zu befürchten ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Düse senkrecht
auf das Band gerichtet ist und daß die die Luft und den Staub sammelnde Vorrichtung
in Bewegungsrichtung des Bandes vor der Düse angeordnet ist. Durch den senkrecht
auf das Band gerichteten Druckluftstrahl wird die am Band haftende gasförmige Grenzschicht
zerrissen, und die von dieser Grenzschicht festgehaltenen Staubteilchen und andere
Partikeln werden entfernt.
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Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Mündungsweite der Düse zu ihrem
Abstand vom Band im Bereich von 0,02 bis 1 und 0,15 bis
1. Es kann eine Druckluftquelle vorgesehen sein, die der Düse Luft in einer
solchen Menge zuführt, daß sie aus der Mündung mit einer Geschwindigkeit von wenigstens
3000 m/min austritt. Beispielsweise kann die Mündung der Düse einen Abstand
von etwa 0,75 cm vom Band haben, wobei das Verhältnis der Weite der Düsenmündung
zu ihrem Abstand vom Band 0,10
bis 1 beträgt.
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Vorzugsweise ist eine mit Druckluft zu speisende zweite Düse vorgesehen,
die in Bewegungsrichtung des Bandes vor der ersten Düse angeordnet ist und unter
einem spitzen Winkel auf das Band zu in Richtung zur ersten Düse nach unten einen
Luftstrom richtet. Vorzugsweise ist die zweite Düse unter einem Winkel von etwa
5 bis 251 auf das Band gerichtet, und sie besitzt vorzugsweise eine
Mündungsfläche, die zwischen 50 und 100% derjenigen der ersten Düse beträgt.
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Die zweite Düse kann auch unter einem Winkel von etwa 20' auf
das Band gerichtet sein, wobei ihre Mündungsfläche etwa 67% derjenigen der ersten
Düse ist.
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Es kann eine Luftabfangwand vorgesehen sein, die sich zum Band bis
zu einer Stelle erstreckt, die in Bewegungsrichtung des Bandes vor der ersten Düse
liegt, wobei eine Vorrichtung zum Abzug von Luft und Staub aus dem Raum zwischen
dieser Wand und der ersten Düse vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die die Luft abfangende
Wand Teil eines Gehäuses, das sich im wesentlichen über die volle Breite des Bandes
in Querrichtung erstreckt und eine Druckluftkammer und eine Abzugskammer in sich
aufnimmt, wobei die erste Düse von der Druckluftkammer zum Band hin mündet. Die
Luftabfangwand kann auch Teil eines Gehäuses sein, das sich im wesentlichen über
die volle Breite des Bandes in Querrichtung erstreckt und eine Druckluftkammer und
eine Ab-
zugskammer in sich aufnimmt, wobei sich die erste und die zweite
Düse von der Druckluftkammer aus in Richtung zum Band nur von einander gegenüberliegenden
Seiten der Abzugskammer aus erstrecken. Das Gehäuse kann eine das Band angreifende
Bürste aufnehmen, die beispielsweise eine Drehbürste sein kann und in einer solchen
Richtung und mit einer solchen Drehzahl umlaufen kann, daß diejenigen Bereiche von
ihr, die das Band berühren, sich in der gleichen Richtung wie das Band, jedoch mit
viel größerer Geschwindigkeit bewegen.
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Fernerkann eineVorrichtung zur elektrostatischen Ladung der Oberfläche
des Bandes vorgesehen sein, wobei eine Sarnnielvorrichtung mit einer Elektrode,
die in Bewegungsrichtung des Bandes nahe vor der ersten Düse angeordnet ist, und
mit einer Feldplatte, die auf der der Elektrode gegenüberliegenden Seite des Bandes
angeordnet ist, vorgesehen ist, wobei die Elektrode eine elektrostatische Ladung
hat, die entgegengesetzt zu derjenigen ist, die dem Band durch die elektrostatische
Ladevorrichtung erteilt wird und auch entgegengesetzt zu derjenigen der Feldplatte.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Aufriß,
einige Teile sind in der Zeichnung weggebrochen; F i g. 2 zeigt das Diagramm
eines Luftumwälzsystems, in dem die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung
eingebaut ist; F i g. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3-3 in
Fig. 1;
F i g. 4 zeigt eine Teilansicht, in der eine andere Konstruktion
der zweiten Düse dargestellt ist; F i g. 5 zeigt in einem Diagramni den Verlauf
des Luftstromes längs der Oberfläche des Werkstückes, wobei das Werkstück und die
Düsen nur in Teilansicht dargestellt sind; F i g. 6 zeigt ein Diagramm, das
gegenüber der Darstellung in F i g. 5 vergrößert ist, hier sind die relativen
Spannungsverhältnisse der Grenzschicht auf der Oberfläche des Werkstückes dargestellt,
während es von dem ersten Gebläsestrahl getroffen wird; F i g. 7, 8, 9 und
10 zeigen als Diagramm den gleichen Querschnitt wie F i g. 3, jedoch
bei anderen Ausführungsformen der Erfindung.
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Aus den F i g. 1 bis 3 geht hervor, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung ein Gehäuse 6 aufweist, das eine Kammer 8 umschließt,
in die Luft durch den Luftzuführungskanal 10 einströmt, die durch die erste
Düse 12 und die zweite Düse 14 ausströmt.
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Die Austrittsöffnung 16 der ersten Düse 12 wird im allgemeinen
dadurch gebildet, daß eine Außenwand 20 und eine Trennwand 22 sich einander nähern
und durch Abstandshalter 18 in der gewünschten Entfernung voneinander gehalten
werden. Bei der praktischen Ausführung werden diese Abstandshalter je in
Abständen von etwa 7,5 cm angebracht und sind nach oben, von der Austrittsöffnung
16 aus gesehen, abgebogen. Die Düsenöffnung 16 verläuft vorzugsweise
ohne Unterbrechung über die ganze Breite des Werkstückes. Die Wände 20 und 22 nähern
sich in einem Winkel von etwa 10' oder mehr gegen die öffnung zu, und die
Abstandshalter 18 sind von der Austrittsöffnung 16 mindestens ebensoweit
entfernt wie der Abstand zwischen den einzelnen Abstandshaltern. Nachdem der Luftstrom
die Abstandshalter passiert hat, wird er gegen den Düsenausgang zu ausgerichtet,
so daß der Strahl ununterbrochen über die ganze Breite des Werkstücks verläuft.
Die Düse 12 dient dazu, einen ersten Luftstrahl in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche
des Werkstücks auszusenden.
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Wichtig ist die Größe des Verhältnisses der Breite der Düsenöffnung
in Beziehung zu ihrer Entfernung von dem Werkstück. Ein besonders kleines Verhältnis
bedeutet Energieverlust und Verlust an Wirksamkeit, während ein großes Verhältnis
einen ebensolchen Energieverlust und außerdem einen so hohen Luftverbrauch bedeutet,
daß es unpraktisch ist. Das bevorzugte Verhältnis liegt bei 0,1: 1. Verhältnisse,
die zwischen dem einen Extremwert von 0,02: 1 und dem anderen Extremwert
von 0,15: 1 liegen, können
verwendet werden. Wesentlich ist
es, eine maximale Auftreffgeschwindigkeit mit dem geringstmöglichen Energieverlust
und ohne übermäßigen Luftverbrauch zu erhalten. Mit wachsender Entfernung von dem
Bandmuß dieDüsenöffnung proportionalanwachsen und damit verbunden ein größerer Luftverbrauch,
wenn der beste Wirkungsgrad erreicht werden soll. Um den erwünschten Effekt zu erreichen,
ist es besonders vorteilhaft, wenn eine kleine Aufprallfläche gewählt wird. Auf
die Gründe hierfür wird weiter unten näher eingegangen.
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Die Düse kann nicht so nahe an das Werkstück gebracht werden, daß
sie von dem sich bewegenden Band berührt werden kann, da hierdurch eine Beschädigung
des Bandes hervorgerufen werden könnte. Außerdem darf die Düse nicht so klein sein,
daß es schwierig und kostspielig wird, sie herzustellen. Bei der praktischen Durchführung
beträgt der Abstand der Düse von dem Werkstück optimal etwa 0,8 cm. Abstände
im Bereich zwischen 0,5 und 3,7 cm sind für die praktische Durchführung
geeignet.
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Die zweite Düse 14 richtet einen zweiten Strahl in einem spitzen Winkel
auf das Werkstück, wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist. Die Außenwand
26 bildet einen Flansch der Seitenwand des Gehäuses 6. Die Innenwand
28 bildet einen Flansch an der Trennwand 30. Die Abstandshalter
32 entsprechen den unter der Bezugsziffer 18 dargestellten Abstandshaltern
der ersten Düse und sind auch in derselben Entfernung von der Düsenöffnung 34 angebracht.
Im Ausführungsbeispiel verläuft die Düse in einem Winkel von ungefähr 20' gegen
die Oberfläche des Werkstücks, und die Länge der inneren Wand 28 der Düse
beträgt ungefähr 3,2 cm.
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Die Aufgabe der in einem Winkel angeordneten Düse besteht zunächst
darin, den Luftstrom aus der Düse 16 längs der Oberfläche des Werkstücks
in Richtung gegen die Bewegungsrichtung des Werkstücks zu blockieren (wie aus der
F i g. 3 hervorgeht, nach rechts). Sonst würde die Luft aus dem ersten Luftstrom
aus der Exhaustorkammer in Richtung gegen die Bandbewegung herausgelangen. Dabei
würde der Reinigungseffekt des ersten Strahls in einem hohen Maß vermindert.
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Es sind sowohl die Größe der öffnung 34 als auch der Auftreffwinkel
kritisch. übersteigt der Winkel 25', dann gelangen wesentliche Anteile der
Luft in die Umgebung und führen viel Staub mit sich fort. Ist der Winkel zu klein,
dann gelangt ein Luftstrom unter den zweiten Strahl. Auf diese Weise gelangt ebenfalls
Staub in die Umgebung. Für gewöhnlich übersteigt der Winkel zwischen der Düse 14
und dem Werkstück 25' nicht, der minimal anwendbare Winkel liegt bei ungefähr
50.
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Die Größe der Öffnung ist wichtig, da die Kraft des Strahles die Kraft
des Luftstromes, der von der ersten Düse ausgeht und längs der Oberfläche verläuft,
ausgleichen soll, so daß keiner von beiden den anderen überwiegt, damit die Luft
aus der Exhaustorkammer 36, die durch die Trennwände 22, 30 und
38
gebildet ist, hinausgeblasen wird. Der Größenbereich für die Öffnung 34
beträgt etwa 50 bis 100% der Größe der öffnung 16, aus der der Hauptstrahl
ausgesendet wird. Ein Verhältnis von 67 % wird als optimal betrachtet.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das in etwa vergleichbare Ergebnisse
liefert, ist in F i g. 4 dargestellt. Hier entspricht der Flansch
260 dem Flansch 26, und die Trennwand 300 endet einfach in
einem solchen Abstand von dem Flansch 260, daß zwischen ihnen eine öffnung
340 gebildet wird. Verbindungszwecken (nicht dargestellt) auf etwa 7,5 cm
großen Mittelscheiben halten die beiden Teile in dem gewünschten Abstand. Hat der
Flansch 260 einen Winkel von etwa 22' gegen das Band, dann verläuft der Strahl
ungefähr in dem gewünschten Winkel von 20', wie in der Ausführungsform nach F i
g. 2 gezeigt ist.
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Die Exhaustorkammer36 hat eine oder mehrere Ableitungen 40. Es ist
nicht erforderlich, daß die Luft umgewälzt wird, jedoch kann dies als wünschenswert
angesehen werden, insbesondere dann, wenn die Temperatur oder die Feuchtigkeit oder
andere günstige Komponenten vorteilhafterweise beibehalten werden sollen. In dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Ableitungen 40 über Rohrleitungen 42 mit
einer Leitung 44 verbunden, die in einen Filterraum 46 führt. Frischluft kann durch
eine Öffnung 48, gesteuert durch einen Lüftungsschieber 50, in den Innenraum
des Filters eingeleitet werden. Die gesamte Luft strömt durch ein dickes Stoffilter
52, bevor sie in ein Hochdruckgebläse oder einen anderen beliebigen Ventilator
54 mit einer Ausgangsleitung 56, die zum Zuleitungsstutzen 10 führt,
gelangt.
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Würde an Stelle des zweiten Gebläsestrahls ein relativ gutes Vakuum
in der Exhaustorkammer 36
angewendet, so könnte ebenfalls keine Luft und kein
Staub in die Umgebung gelangen. Aber es ist unpraktisch, ein solches Vakuum anzuwenden,
da die entstehende Druckdifferenz Schwierigkeiten für die Handhabung des Bandes
mit sich bringt. Bei der vorliegenden Anordnung ist nur ein geringes Vakuum notwendig,
um Luftverluste an den Rändern des Gehäuses 6 zu vermeiden. Der Lüftungsschieber
50
wird vorzugsweise so eingestellt, daß nur ein solches Vakuum erzeugt wird,
daß an den Rändern eine geringe Lufteinströmung entsteht. Eine ideale Anordnung
wäre dann vorhanden, wenn die Druckverhältnisse so gegeneinander abgeglichen sind,
daß weder ein Einströmen noch ein Ausströmen von Luft auftritt.
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Der Abstand zwischen der ersten Düse 12 und der zweiten Düse 14 ist
nicht kritisch. Jedoch sollte zweckmäßigerweise der Abstand nicht so groß sein,
daß die Energie der Strömung bereits verzehrt ist, bevor sich die beiden Strömungen
treffen.
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Im Ausführungsbeispiel ist das genannte Werkstück durch das Band
60 gebildet, von dem angenommen wird, daß es von rechts nach links, wie in
der F i g. 3 dargestellt ist, bewegt wird. Bei einem Gebläse 54, das als
Hochdruckgebläse ausgebildet ist, ist die Luftgeschwindigkeit zu den entsprechenden
Düsen relativ gering. Die hohen Geschwindigkeiten an den Düsen werden durch Einschnürungen
an den Düsen selbst erreicht. Es kommen hier Geschwindigkeiten in einem Bereich
von 3000 m/min bis 12 000 m/min in Frage. Um die letztgenannte Geschwindigkeit
zu erzeugen, ist ein Luftdruck von ungefähr 1,6 at (31/2 Pfund) in
der Kammer 8 erforderlich.
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Da der Druck in der Exhaustorkammer 36 sehr nahe dem Außendruck
ist, wird der Hauptstrahl aus der Düse 12 zu gleichen Teilen auf der Oberfläche
des Werkstücks aufgeteilt, wobei die eine Hälfte nach links in die Umgebung abströmt
(F i g. 3) und die
andere Hälfte nach rechts in die Exhaustorkammer
36. Da das Band bereits sauber ist, wenn es unter der Mittellinie des ersten
Strahles hindurchläuft, ist die in die Umgebung ausströmende Luft frei von Verunreinigungen.
Der Anteil des ersten Strahles, der in die Exhaustorkammer34 einströmt, führt praktisch
den gesamten Staub des Bandes mit sich. Nahezu der gesamte Luftstrom aus der abgewickelten
zweiten Düse14 gelangt in die Exhaustorkammer 36 hinein und fährt relativ
leichte Fremdpartikeln mit sich fort.
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Da das sich bewegende Band 60 Staubpartikeln in die Remiigungsanlage
mit sich führt, werden diese Partikeln zunächst dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden
Strahl der Düse 14 ausaesetzt. Die fester anhaftenden Partikeln werden zwar noch
nicht von dem Luftstrom aufgegriffen, aber wenn sich das Band mehr der ersten Düse
12 nähert, dann gelangen die Partikeln in fortwährend anwachsende Strömungsgeschwindigkeiten,
die Grenzschicht wird zunehmend dÜnner. Am Rand der Aufprallzone unmittelbar unterhalb
des Hauptstrahles ist die Grenzschicht nahezu vollständig entfernt, und die volle
Aufprallgeschwindigkeit des Hauptstrahls verläuft parallel zu dem Werkstück und
in einem infinitesimal kleinen Abstand von dem Werkstück. Dies ist in den DiagraTnm
en der F i g. 5 und 6 dargestellt.
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Der erste Gebläsestrahl 120 aus der ersten Düse 12 wird senkrecht
mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet. An der Oberfläche
des Werkstücks teilt er sich in zwei nahezu gleiche Ströme 68 und
70 auf, die mit hoher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen von
der Aufprallzone 62 fort entlang der Oberfläche des Werkstücks strömen. Der
Strom verläuft von der Düse auf das Werkstück zu und von der Aufprallzone bis zum
Punkt 72 der Exhaustorkammer und verliert dabei mit zunehmendem Querschnitt
fortwährend Geschwindigkeit.
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Alle realen Flüssigkeiten haben eine Viskosität, durch die die Flüssigkeitsteilchen
an den Oberflächen und aneinanderhaften. Fließt ein Flüssigkeitsstrom längs einer
Grenzfläche, dann haften die mit der Oberfläche in Kontakt kommenden Partikeln
an dieser, und die von der Oberfläche gelösten Teilchen haften wieder an den anderen
Partikeln usw. Als Folge hiervon wird ein Bereich geringerer Strömungsgeschwindigkeit
längs der Oberfläche erzeugt. Dieser Bereich wird Grenzschicht genannt. Die Geschwindigkeiten
innerhalb dieser Grenzschicht variieren von dem Wert Null unmittelbar an der Oberfläche
bis zur vollen Strömungsgeschwindigkeit an der oberen Grenze dieser Grenzschicht,
wie es auf der rechten Seite der F i g. 6 in einem Geschwindigkeitsdiagramm
dargestellt ist.
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Um beispielsweise eine bessere Wärmeübertragung zu erreichen oder
um zu ermöglichen, daß Staub aufgenommen wird, muß man eine Möglichkeit finden,
um diese anhaftende viskose Grenzschicht dünn zu machen, so daß die volle Strömungsgeschwindigkeit
so nahe wie möglich an die Oberfläche gelangt. Dann werden alle die Partikeln, die
größer als die dünne Grenzschicht sind, dem hohen Geschwindigkeitssog ausgesetzt,
der verursacht, sie mitzureißen.
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In der Aufprallzone, deren Oberfläche dem Querschnitt 74 des sich
der Oberfläche nähernden Strahles entspricht, wird ein Druck erzeugt, dessen Maximum
im Staupunkt 62 erreicht wird und der am Rand der Zone auf Atmosphärendruck
abfällt. Es wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit der Druckänderung die Dicke
in der Grenzschicht in diesem Bereich beeinflußt. Deshalb ist es wichtig, einen
Druckgradienten zu erhalten, der so hoch wie möglich ist. Die Breite der Aufprallzone
entspricht nicht der Breite 74 der Düse nach F i g. 6, sie ist vielmehr größer
auf Grund der Strahlausdehnung. Es gilt nämlich für alle Strömungen aus einer Düse,
daß sich der Strahl etwa in einem Winkel von ungefähr 7c> erweitert. Infolgedessen
werden je nach dem Abstand des Strahles von dem Werkstück die sich ergebende
Aufprallzone und die Bereiche einer verdünnten Grenzschicht 64 und 66 größer
als der Querschnitt der Düse.
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Die erreichbare Dünne der Grenzschicht innerhalb der Aufprallzone
ist für den Erfolg des Bandreinigungsgerätes ausschlaggebend. Innerhalb der Auftreffzone,
ausgehend von dem Staupunkt des Strahles, wachsen sowohl der Druckgradient und die,
Geschwindigkeit annähernd linear mit der Entfernung von dem Staupunkt an. Eine Näherung
des Verlaufs der Dicke der Grenzschicht - aus den Gleichungen von
N a v i e r - S t o k e s (Kapitel 9, S. 14, Handbook
of Fluid-Dynamics, 1. Auflage, 1961), bei denen die oben angegebenen
Bedingungen vorliegen - zeigt, daß sie innerhalb des Bereiches konstant bleibt
und daß ihre Größe von dem Druckgradienten und von der Aufprallgeschwindigkeit abhängt.
Es ist daraus selbstverständlich, daß die Aufprallfläche für eine vorgegebene Aufprallgeschwindigkeit
so klein wie möglich gehalten werden muß, um den Druckgradienten innerhalb der Aufprallfläche
zu vergrößern. Es kann gezeigt werden, daß die Grenzschicht bei einer optimalen
Düsenöffnung in etwa 0,6 cm Entfernung von der Oberfläche um 50 %
dünner ist, als diejenige, die dann entsteht, wenn sich eine optimale Düsenöffnung
in 2,5 cm Entfernung befindet und daß dabei nur 25 % der Luftenergie benötigt
werden. Bei einer Entfernung, die die maximale Entfernung von 2,5 cm noch
übersteigt, ist der Strahl schon zu diffus, als daß er noch wirksam sein könnte.
Jedoch kann er auch noch etwa 3,7 cm entfernt sein, wenn die Geschwindigkeit
des Luftstroms hoch genug gewählt wird. Jedoch ist dies nicht die übliche Praxis.
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Das Grenzschichtdiagramm unter dem Hauptstrahl zeigt schematisch die
Entwicklung der Grenzschicht. Die Darstellung ist stark vergrößert. Die tatsächliche
maximale Dicke liegt im Bereich von 0,051 cm. Aus dem Diagramm gehen deutlich
die Effekte hervor, die innerhalb und außerhalb der Aufprallzone auftreten. Die
Strömung der Grenzschicht hat eine geringe Reynoldsche Zahl und ist daher laminar.
Die Strömung außerhalb der Aufprallzone entspricht weitgehend den Bedingungen, die
bei der Strömung einer flachen Platte auftreten und von P o h 1 -
hausen vorausgesagt
sind. Danach wächst die Dicke der Grenzschicht umgekehrt mit der Quadratwurzel der
durchlaufenden Entfernung. Bei einer gewissen Entfernung im allgemeinen in einem
Abstand größer als 2,5 cm von der Aufprallzone kann die Strömung turbulent
werden. Es ist jedoch klar, daß ein Staubpartikel, das sich mit dem Werkstück auf
den Staupunkt zubewegt, nur schlecht durch die abnehmende Dicke der Grenzschicht
und schließlich durch die Aufprallzone hindurchgelangen kann.
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Die Aufprallgeschwindigkeit ist demnach ein wichtiger Faktor, jedoch
nur im Zusammenhang mit der Art und Größe der Staubpartikel und der Art der
Bandoberfläche.
Beispielsweise können große leichte Partikeln von etwa 100 [t auf einer weichen
Oberfläche, , die frei von elektrostatischer Aufladung ist, leicht aufgenommen
werden, bei einer Geschwindigkeit von 3000 m/min an der Düse. Andererseits
benötigen feine Partikeln in der Größenordnung von 10 [L bei der gleichen
Oberfläche 7500 m/min Düsengeschwindigkeit. Die vorliegende erfindungsgemäße
Vorrichtung ist jedoch in der Lage, unabhängig von der Größe und der Art der Partikeln
die Reinigung wesentlich wirksamer als die bisher bekannten Vorrichtungen durchzuführen
und ist außerdem in der Lage, kleinere Partikeln, als es bisher möglich war, von
der Oberfläche des Bandes aufzunehmen.
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. In.,den F i g. 7 bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen
dargestellt. In der F i g. 7 entsprechen die erste Düse 12 und die Kammer
8 der in F i g. 3
dargestellten Art. Die zweite Düse ist jedoch weggelassen.
An deren Stelle ist 'die Wand 80 des Gehäuses 6 so gekrümmt, daß sie
im Punkt 82 etwa parallel mit dem Band 60 verläuft, das hier ebenso
wie in F i g. 3 von rechts nach links bewegt wird. Die Bewegung des Bandes
60 unterhalb der nahezu parallel verlaufenden Wand 80 bewirkt, daß
Luft aus der Umgebung in die Exhaustorkammer 36 mitgetragen wird, die dort,
wenigstens bis zu einem gewissen Grade als Ersatz für die zweite. Düse wirkt, indem
sie-das Ausströmen des staubbeladenen Luftstromes aus der ersten Düse blockiert.
Zwar ist diese Vorrichtung nicht so wirksam, wie die zuerst beschriebene, doch kann
die erste Düse 12, einige. der genannten Vorteile der Erfindung bis zu einem gewissen
Grade auch hier erreichen.
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In der Ausführungsform nach F i g. 8 bleibt die Düse 12 unverändert,
und die Wand 84 verläuft unmittelbar auf das Band 60 zu. Sie trägt an ihrem
unteren Ende eine Bürste 86, die leicht über das Band hinwegbürstet. Bis
zu dem Grad, in dem die Bürste in der Lage ist, anhaftende Staubpartikeln aufzunehmen
und außerdem das Ausströmen des Luftstromes aus der Düse 12 aus der Exhaustorkammer
36 zu verhindern, ist auch diese Vorrichtung recht wirkungsvoll.
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Die in F i g. 9 dargestellte Ausführungsform entspricht weitgehend
der der F i g. 8 mit der Ausnahme, daß eine drehbare Bürste 90 verwendet
wird und daß das Ende 94 der Wand 92 gekrümmt um die zylindrische Bürste
in Richtung zu dem Band hin verläuft. Die Bürste bewirkt, daß Luft aus der Kammer
ausströmen kann, sogar auch dann, wenn ihre Umfangsgeschwindigkeit der linearen
Bewegung des Bandes entspricht. Sie wird vorzugsweise in der von dem eingezeichneten
Pfeil 96 angegebenen Richtung mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht,
daß ihre Umfangsgeschwindigkeit die Längsgeschwindigkeit des Bandes übersteigt.
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In der in F i g. 10 dargestellten Ausführungsform wird die
gleiche Düsenanordnung wie in F i g. 3 verwendet, jedoch ist eine zusätzliche
Vorrichtung verwendet, durch die eine im allgemeinen unnötige elektrostatische Unterstützung
für die Entfernung der Staubteilchen herbeigeführt wird. Während sich das Band der
Reinigungsvorrichtung nähert, läuft es an einer Reibungsplatte 98 vorbei,
durch die die Partikeln auf der Oberfläche des Bandes aufgeladen werden. In dem
Bereich zwischen den Düsen 12 und 14 unterhalb des Bandes befindet sich eine Feldplatte
100, die die gleiche Ladung trägt. In einem geringen Abstand oberhalb des
Bandes, in der. Exhaus ' torkammer 36 befindet sich eine quer zum
Band verlaufende Elektrode 102, die entgegengesetzt aufgeladen ist. Die Verdrahtung
ist schematisch dargestellt.
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Die angeführten Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, daß ein erster
Luftstrahl mit den genannten Eigenschaften vorzugsweise mit Vorrichtungen zusammenwirkt,
die zur Begrenzung und zur Entfernung der mit dem Staub aus der Grenzschicht des
Werkstücks beladenen Luft dienen. Diese Vorrichtungen sollen dazu geeignet sein,
die Entfernung der Staubpartikeln noch mehr zu erleichtern. Dies wurde durch eine
zweite Düse erreicht, deren Eigenschaften in F i g. 3 beschrieben wurden.