DE1932796A1 - Fluessigmetalldichtung,insbesondere fuer Unterdruckbehandlungsraeume - Google Patents

Fluessigmetalldichtung,insbesondere fuer Unterdruckbehandlungsraeume

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DE1932796A1 DE19691932796 DE1932796A DE1932796A1 DE 1932796 A1 DE1932796 A1 DE 1932796A1 DE 19691932796 DE19691932796 DE 19691932796 DE 1932796 A DE1932796 A DE 1932796A DE 1932796 A1 DE1932796 A1 DE 1932796A1
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    • C23C14/562Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B5/00Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/04Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere

Description

4<fl Ham·, . , yWW&l iljSHWi ■ IMt MUndun 2S.
Frelligrathitrafi· 1? - » , . B KJ » Ü =»'W'■ Elsenacher Straße 17
«ο οι ρ ι. -1 π g. κ. ti. D a η r mi-*™».
.■■!••Am».H.rrmann-Trent.pohl DlDlr-PhVfe Eduard ΒβΙΧίθΐ F»rn«predier: 39M11
Fernsprecher: 50930 r " . 398012
5«β DIpL-Ing. W. Herrmann-TrenUpohl 39ton
TelegrammamctirHt: βατιμταμιμϊιτε Telegrarhman»dirlf( Bahrpotente Herne P AT E NT AN WALT fc BabeUpat Mönchen TelexM229 »53 Telex 05 245*2
Γ" I Bankkonten: ."
" - Bayrische Vereinsbank München 952217
Dresdner Bank AG Herne 202 4M Postscheckkonto Dortmund 55f M
Rei.-Jä 01 734 Lw/Gt
In der Antwort bitte angeben Zuschrift bitte nach:
SOCIETE ÜMMTME HEÜRTEY, Paris / PHANEBEIOH
"Plüssigmetalldichtung, inslaesondere flir UnterdrucldDeliandlxingarätime"
Die Erfindung betrifft eine Slüssigmetalldichtung, insfceson-« dere für UnterdrucklDehandlungsräume.
Zur Zeit werden zahlreiche Behandlungsvorgänge kontinuierlich unter Unterdruck /bzw. Yakuum an Produkten wie Bändern und ' Drähten,,insbesondere aus Metall, durchgeführt. Diese Behandlungen sind von sehr unterschiedlicher Art; es kann sich beispielsweise um ein Glühen, eine Durchvergütung, ein oder mehrere Metallisierungsvorgänge etc. und auch um kombinierte Behandlungsvorgänge handeln. .
Bei den zur Zeit geschaffenen Installationen läßt man Draht · oder Band aus dem atmosphärischen Druck bis in die Unterdruckkammer eintreten und läßt Band oder Draht aus dieser latztge-, nannten Kammer wieder in atmosphärischen Druck kontinuierlich austreten, in dem Dekompressionsschleusen am Eintritt und am
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Austritt aus der Installation verwendet werden. Solche an sieh bekannten Schleusen erfordern sehr leistungsfähige Pumpengruppen, da man eine große Luftmenge nicht daran hindern kann, durch die Eintritts- und Austrittstüren für Band oder Draht einzudringen. -
Erfindungsgemäß soll nun eine völlig luftdichte Dichtung vorgeschlagen werden, die dazu bestimmt ist, anstelle der Schleusen bei bekannten Installationen verwendet zu werden. Dadurch, daß die Eingänge für Luft fortfallen, die bei mit solchen Schleusen fe versehenen Installationen unvermeidlich sind, können aufgrund der erfindungsgemäßen Dichtungen die an der Installation anzubringenden Pumpengruppen eine sehr schwache Leistung aufweisen, was in erheblichem Verhältnis den Herstellungspreis der Installation vermindert.
Die Dichtung nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Bad flüssigen Metalls, welches vom Band durchsetzt wird, wobei das flüssige Metall unter solchen Metallen ausgewählt wird, die eine sehr geringe Dampfspannung kleiner als die Drücke der industriellen Behandlungsvorgänge aufweisen-und die nicht mit.den behandelten Materialien reagieren und nicht schmutzig werden, insbesondere, wenn das Flüssigkeitsbad unter w Unterdruck steht.
Als Metalle, die zur Herstellung einer solchen Dichtung nach der Erfindung Verwendung finden können, sollen beispielsweise Indium und Gallium genannt werden, man kann aber auch zahlreiche andere Metalle und Legierungen benutzen.
Erfindungsgemäß wird es möglich, eine Behandlungsinstallation zu erstellen, derart, daß das behandelte, sich kontinuierlich j fortbewegende Produkt nach Durchsetzen der Dichtung chemisch I" angegriffen oder durch das flüssige Metall verunreinigt wird. j Insbesondere ist es notwendig, daß das flüssige Metall der
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Dichtung das Produkt nicht "benetzt, da' sonst "beachtliche Flüssigkeit sm engen, die man nicht fortschaffen könnte, mitgerissen würden. Natürlich hängen die für die Herstellung der Dichtung' zu wählenden Metalle oder.legierungen von der Art des zu be- ■ handelnden Produktes und auch von der der Behandlung ab.
Nach einem Ausführungsbeispiel besteht eine Dichtung nach der Erfindung aus einem dichten' Behälter, in dem kontinuierlich das zu behandelnde Produkt durchläuft; dieser Behälter ist in zwei Teile durch eine Trennwand unterteilt, einer dieser Teile Ist
dem - · .
t atmosphärischen Druck," der andere einem starken Unterdrück ausgesetzt, das im unteren Teil des Behälters befindliche flüssige Metall wird so erwärmt, daß es auf einer Temperatur geringfügig höher als seine Schmelztemperatur gehalten wird.· ■
Um zu verhindern, daß Metalltröpfchen durch das aus der Dichtung austretende Produkt mitgerissen" werden, sind mechanische Mittel, beispielsweise Bürsten, gegebenenfalls gekühlt, vorgesehen, die die mitgerissenen Partikel in das flüssige Bad zurückfallen lassen.
Nach einem Merkmal der Erfindung kann das Produkt durch beliebige klassiche Mittel vorgewärmt -sein, bevor es in das Bad flüssigen Metalls eintritt.
Eine Unterdruckbehandlungs-Installation kann aus zwei gleichen Dichtungen bestehen, die jeweils am Eintritt und Austritt der Be'händlungskammer angeordnet sind. In bestimmten Fällen kann · · man eine''komplizierte "Austrittsdichtung vorsehen, die aus einen ersten Teil, an3\aog der Eintrittsdichtung besteht und das Prodiikt aus der Atmosphäre "-starken--Unterdrucks der Behandluii-gskammer in einen -viel geringereil Unterdrück übergehen. läSt und einem zweiten Seil,- bei dem es sich beispielsweise um eine^ einfache Wasserdichtung handelt, äie es ermöglicht, das Produkt aus -diesen; viel geringeren Unterdruck oder. Vakuum ..auf atiaos-phä-*-
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risdien Druck zu überführen. '
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus . der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind.
Figur T zeigt schematisch im Schnitt eine Eintrittsdichtung nach der Erfindung; . "
Figur 2 zeigt eine Führungsrolle in der Dichtung für das . ψ zu behandelnde Produkt; «
Figur 3 zeigt eine Austrittsdichtung analog der Eintrittsdichtung der Figur 1; und . . ·
Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer AußtrittSr dichtung. · '
In der folgenden Beschreibung ist als Beispiel eines die flüssige Dichtung bildenden Metalls Indium gewählt worden, dessen Dampfspannung bei 2DO0C in der Größenordnung von 10"" Torr'-» liegt, welches mit den gewöhnliehen Metallen, rostfreiem Stahl, Kupfer, Aluminium nicht reagiert und diese Metalle vor allem dann nicht benetzt, wenn das flüssige-Bad unter Unterdruck :" ψ . steht. ' ' ""■'■'■" '"/ '
Die in Figur 1 dargestellte Eintrittsdichtung besteht aus■einem einfachen, eine Dichtungskammer 2 bildenden Behälterj in den - ' kontinuierlich das zu behandelnde Material eintritt, welches • hier in'Form eines Bandes 1 vorliegt, vrelehes durch·-die-Dich-'
tung über Rollen 4 und 15 geführt ist. Das die Dichtung bilden- ; de Metall· rst bei 3 im unteren' Teil; des Behälters 2- zu sehen;·/ Es-wird derart, erwärmt, daß es auf eine-Temperatur, die etwas- --" über seiner Schmelztemperatur liegt, mit Hilfe von üblichen - .: . Heizeinrichtungert. 5 gebracht wird, bei denen es; sich beispiels-. weise um Viiderstandslieizeinrichtungeji, eine Induktionsheizung
öder auch eine Heizung handeln kann, die von außen mittels einer Flamme-erzeugt wurde.
Wie "bereits oben erwähnt, wird der Behälter 2 durch die Trennwand 11 in zwei Teile unterteilt: der linke ist dem atmosphärischen Druck und der rechte dem starken Unterdruck der Behandlungskammer ausgesetzt, der in der Größenordnung von 1Ö~ Torr, liegen kann. Wie in der Zeichnung dargestellt wird die Differenz der Drücke durch die Differenz der Niveaus des flüssigen Metalls auf jeder Seite der Wandung 11 im rechten Teil und im linken Teil der die Dichtung Mldenden Kammer 2. kompensiert.
Das Metall wird so ausgewählt, daß es das Band 1 nicht benetzt, wenn dieses das Bad 3 verläßt, das Band soll nämlich keine Tropfen flüssigen Metalls mitnehmen. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß manchmal durch das Band 1 Metalltropfen mitgerisseia. werden. Es werden also mechanische Mittel vorgesehen, um die Tropfen von dem Band, nach der Verfestigung zu lösen. Nach dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsheispiel bestehen diese Mittel aus einer Reihe von Bürsten 7, die mit AbXenlcöinrichtungen, beispielsweise 8, versehen sind und die durch das Band mitgerissenen Metallpartikel bis in das flüssige Metallbad 3 fallen lassen. Da das Metallband 1 heiß aus dem flüssigen Bad austreten kann, kühlt man zweckmäßig die durch dieses Band mitgerissenen Tröpfchen abj hierzu werden die Bürsten 7 kräftig beispielsweise mit Hilfe von 3?reon bis auf Temperaturen ge- · kühlt, die in der Größenordnung von -200G liegen können.
Es kann sich als zweckmäßig herausstellen, daß das zu behandelnde Band vor der Einführung in das Bad 3 flüssigen Metalls zu behandeln ist. Bei 12 ist eine Heizeinrichtung für das Band ' dargestellt, bei der es sich um eine klassische Heizvorj'lohtuirg, beispielsweise eine Widerstands-, Inductions- oder ander© Heiz- ..' vorrichtung handeln kan». "
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Die im Schmelzzustand befindlichen, zur Herstellung der Dichtung verwendeten Metalle können eine starke Tendenz zum Oxydieren aufweisen; dies ist insbesondere der Pail bei Indium, Um diese Oxydationsreaktion zu vermindern, führt man in den Behälter 2 ein neutrales Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon und vorzugsweise ein schweres Gas wie GO2 ein, wobei dieses Einführen über eine mit einem Schieber 14 versehene Leitung erfolgt.
Der Behälter 2 trägt einen doppelt abnehmbaren Boden und insbe-P sondere einen Deckel 16, der es ermöglicht, das Metall im flüssigen Zustand abzulassen.
Bei 6 ist die Wärmeisolierung der Kammer 2 angedeutet, deren Zweck es ist, die in der Vorrichtung umgesetzten Wärmeleistungen zu begrenzen» BiI 9 ist der Verbindungsflansch mit den Unterdruckpumpen der Installation dargestellt.
Wie weiter oben genauer dargelegt, wird das Band während seines Durchlaufes t»rch die Kammer 2 durch Rollen oder Laufrollen 4 und 15 geführt. Die Rolle 15, die das Band führt, wenn diesee in das Bad 3 eintritt, kann in. Lagern gelagert sein, "was keine technische Schwierigkeit bedeutet, die Flüssigmetallbä-" der werden derart gewählt, daß ihre temperatur 2000C nicht überschreitet. Sie kann frei ohne Lager gelagert sein. Um schließlich eine Laminierung des flüssigen Metalls auf dem Metallband 1 zu vermeiden, kann man mit einer Rolle 15 arbeiten, die Rillen trägt, wie in figur 2. dargestellt.
Die mit Bezugs 1 obenbeschriebene Dichtung ist eine Eintrittsdichtung. In bestimmten Fällen kann die Austrittsdichtung ge-' nausö ausgebildet sein. In Figur 3 ist eine solche Austrittsdichtung dargestellt. Sie wird hier nicht beschrieben, in dieser Figursind sämtliche Elemente derDichtung nach Figur 1 zu ■!.-;""■; sehen, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und
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deren Punktionsweise ebenfalls gleich ist. .
Unter bestimmten Fällen, beispielsweise im ,Fall von Indium, kann es passieren, daß das flüssige Metall die zu behandelnden Bänder oder Drähte bei einem Druck in der Größenordnung von 10 Torr. nicht benetzt, in Anwesenheit eines Gases bei einem höheren Druck in der Größenordnung des atmosphärischen Druckes ^smik jedoch gilt dies nicht mehr, das flüssige Metall hat dann die Tendenz, das Band oder den Draht zu benetzen. Ein solches Phänomen ist an sich bekannt; man weiß beispielsweise, daß der Verbindungswinkel von Quecksilber auf Glas, in der Nähe von 135° unter Vakuum und in der Bähe von 41° in Luft und in Wasser beträgt und daß er auf Glimmer etwa gleich 54° ist.
Für diesen Fall ist es interessant, die-Dichtung derart aus zwei feilen zusammenzubauen, daß die Dichtung, aus flüssigem Metall das Band aus einem sehr guten Unterdruck oder Vakuum (Druck beispielsweise bei 1O~" Torr.), der in der Behandlungskammer. herrscht, auf einen wesentlich geringeren Unterdruck oder ein wesentlich kleineres Vakuum übergehen' läßt (Druck in ■ der Größenordnung von 12 bis 15 Torr). Eine zweite Flüssigkeitsdichtung ermöglicht es dann, das Band von diesem letztgenannten Druck (12 bis 15 Torr) auf atmosphärischen Druck übergehen zu lassen.. Bei dieser zweiten Dichtung kann es sich beispielsweise um eine einfache Wasserdichtung handeln. ......
Eine.Installation dieser Art ist in Figur 4 dargestellt. Das Band läuft aus der Kammer 22, wo ein starker Unterdruck herrscht, aus der Behandlungskammer in eine Kammer 23» die unter einem Druck „in der Größenordnung, von, 12 bis 1p Torr, steht, durch die erste flüssige Dichtung 24. Diese erste Dichtung ist wie die oben mit Bezug auf Figur 1 und £3 beschriebene Eintrittsdichtung und Austrittsdichtung aufgebaut. Sie umfaßt also führende Rollen 26 und 30, Heizelemente 27 und 28 jeweils für das Band 22 und das Bad 24, eine Isolation 29 und 'Bürsten "31 mit
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Ablenkeinribhtungen 32.
Das aus dieser ersten Dichtung austretende Band 21 durchläiSft' · die zweite Dichtung 25 (Wasserdichtung) und wird über Rollen'26 geführt, und tritt bei atmosphärischem Druck aus. Zwischen den beiden Dichtungen, der Dichtung aus flüssigem Metall und der Wasserdichtung liegt ein Unterdruckanschluß 33» der dazu dient, den Zwischendruck von 12 bis 15 Torr, herzustellen, der gleich dem des Wi
aufweist.
dem des Wasserdampfes ist, wenn dieses eine Temperatur von 2O0O
Der Aufbau der Wasserdichtung ist komplizierter als der der Dichtung ,aus flüssigem Metall, Das aus dem Bad flüssigen Metalls 24- austretende Band ist heiß, muß verhindern, wenn es ins Wasser eintritt, daß dieses Wasser hierdurch verdampft. Hierzu sind erfindungsgemäß zwei Mittel vorgesehen, die getrennt oder zusammen zur Anwendung gebracht werden können« . ._
Das erste besteht darin, ein kaltes Gas 34über die Leitung 35 zu blasen, das zweite besteht'darin, das Band und die Wasserdichtung abzukühlen, indem man das Wasser aus dieser letzten, mit Hilfe einer Pumpe 36 über eine an sich bekannte Abkühlvorrichtung 37 zirkulieren läßt. Es sind Membranen 38 und 39 vor-)| gesehen, um sich jedem Eindrigen von Wasserdampf zu widersetzen, der sich in der Kammer 23 gebildet hat, die den Zwischendruck (12 bis 15 Torr.) ausgesetzt ist. Um das Wasser dieser Dichtung -wieder einzuspritzen, kann man Düsen 40 v«erwenden, die einen doppelten Vorteil aufweisen:
'1.) Sie schleudern einen Wasserregen derart ab, daß dieser · das Band nicht berührt; seine Bewegungsgröße ermöglicht es jedoch, gegen das Flüssigkeitsbad die Dampfmoleküle niederzu-, ·. ... ■ · schlagen, die gegen .'den oberen Teil der Dichtung hätten mitgerissen -werden könnenj zum-Teil, werden diese Dämpfe dann auch* kondensiert. · „
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2.) In Höhe der Einschnürung der Düse, die von Löchern durchbohrt ist, stellt sich ein Ansaugen der in der Fähe vorbeiströmenden Wasserdämpfe ein. " - .".-"■
Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Abkühlvorrichtung 37 nicht nur dazu dient., die durch das "behandelte Band herbeigeführten Wärmemengen zu eliminieren, dient viijgme.hr auch da- ' zu, das Wasser auf einer Temperatur zu halten, die 20° nicht überschreitet, derart, daß die Dampfspannung des Wassers in der'Kammer 23 12 bis 15 Torr, nicht überschreitet.
Schließlich weist die Vorrichtung am Austritt übliche Trocknungsmittel 41 auf, die mittels Widerstandsheizung, Induktion etc. betrieben werden können. Eine öffnung-42 ist vorgesehen, die den Wasserdampf austreten läßt, der sich während des Trocknungsvorgangs gebildet hat.: . ,:; : ' ' :
Im Hinblipk auf eine knappe" Darstellung wurde die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsformenjsrläutert; änderungen u^d Abwanderungen liegen im Bahnen der Erfindung.
Patentansprüche
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Claims (1)

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PATENTMTSPRUCHE
Dichtung für Unterdiiickbehandlungsräume oder -kammern für Produkte wie Bänder oder Drähte, insbesondere aus Metall, die kontinuierlich vorgeführt v/erden, gekennzeichnet durch ein Bad flüssigen Metalls, das von diesem Produkt während seiner.Vorwärtsbewegung durchlaufen wird, wobei das flüssige Metall unter den Metallen gewählt ist, die eine sehr geringe Dampfspannung kleiner als die in der Industrie üblichen Behandlungsdrücke aufweist und die nicht mit den behandelten ProdLikten reagieren und sie nicht benetzen, insbesondere, wenn das flüssige Bad unter Unterdruck oder unter Yakuum steht.
; 2.) Dichtuiigsausijildung nach Jjaspruch 1, g e k e η η **■ ■ z#i ch'net !; d it r e h die folgenden gesondert oder kombiniert anzuwendenden Merkmale:
a.) die im flüssigenZustand zur Hers/fcellung der Dichtung verwendeten lie talle'sind insbesondere: Indium* Gallium und viele binäre und ternäre Legierungen; ; Ti.) die Dichttpag besteht aus einem dichten, eine Kammer begrenzenden Behälter, in dem kontinuierlich das zu behandelnde Produkt durohläuft, wobei der Behälter in zwei Teile durch eine Ireanwand.unterteilt ist und einer dieser !eile dem atmosphärischen Druck, der andere einem starken Unterdruck oder Vakuum ausgesetzt ist, wobei das flüssige, im unteren Teil dieser Kammer: befindliche Metall derart erwärmt wird, daß es auf einer Temperatur geringfügig höher als seine Schmelztemperatur gehalten wird j
c.) um ein Mitreißen von Me tall tröpfchen durch das aus der Dichtung austretende Produkt zu verhindern^ sind mechanische Mittel vorgesehen, um die Tröpfchen zu lösen und sie in das Bad aus flüssigem Metall zurückfallen zu lassen; d.) diese Mittel nach c.) bestehen aus einer Reihe von Bürsten,
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die die aus dem flüssigen Bad austretenden Tröpfchen fangen und mit'Ablenkeinrichtungen versehen sind, derart, daß die durch das Metall mitgerissenen Metallpartikel in das Bad zurückfallen;
e.) die durch das Produkt mitgerissenen Tropfchen werden stark abgekühlt;
f.) die Bürsten nach d.) werden stark gekühlt^, beispielsweise mittels Ereon auf Temperaturen in d-er Größenordnung von -200C; g.) das Produkt v/ird erneut durch an sich bekannte Einrichtungen vor seinem Eintritt in das Bad aus flüssigem Metall erwärmt; ·
h.) um eine Oxydationsreaktion des die. Flüssigkeitsdichtung bildenden Metalls zu verhindern, wird die Kammer der Dichtung mit einem neutralen Gas, beispielsweise Stickstoff, Argon und vorzugsweise einem schweren Gas wie GOp gefüllt; i.) der die Dichtung bildende Behälter umfaßt einen doppelt demontierbaren Boden, der mit einer Öffnung oder einem Deckel zur Entleerung des Metalls im flüssigen Zustand versehen ist; j.) Äer Behälter"ist wärmeisoliert; .
k.) das zu behandelnde* Produkt wird während seines Durchlaufes durch die Dichtung über Rollen oder Führungsrollen geführt -, wobei die Rolle(en), die das Produkt in das Bad führen, gegebenenfalls in Lagern angebracht sind und umlaufende "Vertiefungen aufweisen, um eine Laininierung des flüssigen Metalls auf dem behandelnden Produkt su vermeiden. .
3.) Vorrichtung zur Unterdruck- oder Vakuumbehandlung unter Terwendung einer Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, g e k e η η & e i c Ii η e t durch folgende Merkmale gesondert oder in Kombination:
a.) eine Eintrittsdichtung und eine gleiche Austrittsdichtung ist, vox^geseheii; .
b.) eine Austrittsdichtung aus swei 'Teilen ist vorgesehen: eine erste analog der Bintrittsdichtung, die das behandelte Produkt aus der Unterdruckatmosphäre der Behandlungskammer in eine
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Atmosphäre wesentlich geringeren Uhterdruekes übergehen läßt, und ein zweiter Teil, der es ermöglicht, daß das Produkt yiaus' diesem geringeren Unterdruck in atmosphärischen Druck tibergeht bzw. sich hine'inbewegt;
c.) der zweite Teil der Dichtung nach b.) ist eine Wasserdichtung mit einem Aufbau analog der des ersten Teils;
d.) die Wasserdichtung weist Mittel zum Abkühlen des behandelten, aus dem ersten Teil der Dichtung austretenden Produktes auf; ·
e.) die Mittel nach d.) bestehen: darin, daß kaltes Gas: auf das Produkt aufgeblasen wird und/oder aus einer Wasserzirkulation, die die Dichtung über eine übliche Abkühlungsvorrichtung: bildet;
f.) es werden Membranen auf dieser Wasserdichtung vorgesehen,. um zu verhindern, daß der durch das heiße Produkt in Kontakt mit dem Wasser der Dichtung gebildete Wasserdampf in die Kammer zwischen den beiden Teilen der Austrittsdichtung eindringt; g.) das Wasser der Dichtung wird wieder eingespritzt, nachdem es durch Düsen abgekühlt wurde;
h.) Mittel sind vorgesehen,- urnjlas Produkt bei Austritt aus der Wasserdichtung zu trocknen.
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