DE19650965C1 - Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Oberfläche eines Werkstückes mit einem Fluid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer pla­ nen Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere der Stirnfläche eines Bandbun­ des, mit einem Fluid, insbesondere mit einem Gas, der im Oberbegriff des An­ spruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Vorrichtung, wie sie für die Hochtemperaturzone eines Rostkühlers, ins­ besondere für Zementklinker, eingesetzt werden soll, geht beispielsweise aus der DE-OS 24 54 202 hervor und weist einen ebenen Düsenboden sowie mehrere punktförmige Öffnungen in dem Düsenboden auf, die einzelne, diskrete Gasstrahlen auf die plane Oberfläche des Werkstückes richten; die Öffnungen sind entsprechend einem vorgegebenen Muster auf geraden Linien in dem Düsenboden angeordnet, so daß jede Lochreihe eine schlitzförmige Düsenöffnung bildet.

Weiterhin geht aus der US-PS 41 55 701 eine für Brenner benutzte Mischeinrich­ tung hervor, die in einem Gasstrahl einen Drall erzeugt und dadurch die zur guten Verbrennung erforderliche Mischung von Gasströmen herbeiführt. Würde man eine solche Vorrichtung gegenüber einer Prallfläche anordnen, wie sie die zu behan­ delnde plane Oberfläche eines Werkstückes darstellt, so würde sich auf dieser Prallfläche eine Verteilung des Wärmeübergangskoeffizienten einstellen, wie sie sich für normale Schlitzdüsen ergibt. Der einzige Unterschied gegenüber üblichen geraden besteht darin, daß die Auftrefflinie und damit die Linien, welche die Maxima der örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten miteinander verbinden, ebenfalls ge­ krümmt sind.

Weiterhin sind aus der US-PS 42 61 517 und US-PS 38 87 135 Vorrichtungen be­ kannt, bei denen der Strahl zur Achse, um welche die Drehung erfolgt, fokussiert wird; würde man mittels einer solchen Vorrichtung die Stirnfläche eines Bandbundes beblasen, so würde sich ein Stau im Zentrum ergeben, so daß keine ungehinderte Überströmung der Stirnfläche des Bandbundes und damit keine gleichmäßige Be­ aufschlagung mit dem Gas mehr möglich ist.

Die besonders gleichmäßige Beaufschlagung der planen Oberfläche eines Werk­ stückes mit einem Gas spielt überall da eine Rolle, wo mittels dieses strömenden Gases Wärme auf das Werkstück übertragen werden muß, da nur dann ein gleich­ mäßiger Wärmeübergang oder gegebenenfalls auch Stoffaustausch zwischen Gasstrom und Wärme gewährleistet ist, ohne daß größere Unterschiede im örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten zu unterschiedlichen Temperaturen bzw. Unter­ schiedliche Aufheizung des Werkstückes führen. Dies stellt beispielsweise beim Anwärmen von Metallbandbunden ein großes Problem dar. Unter einem "Metallbandbund" versteht man zu einem Zylinder aufgewickelte Blechbänder, bei­ spielsweise aus einer Aluminiumlegierung.

Zur Abkürzung der Glühzeit solcher Metallbandbunde wird angestrebt, den Wärme­ übergang in einem Kammerofen, wie er beispielsweise in der Aluminiumindustrie zum Glühen von Leichtmetallbandbunden eingesetzt wird, so hoch wie möglich zu treiben. Führt nun das verwendete Beblasungssystem zu großen örtlichen Unter­ schieden im Wärmeübergang, so können sich lokale Überhitzungen einstellen, die Verfärbungen der Metallbändern bewirken und außerdem die angestrebten metall­ urgischen Eigenschaften der Bänder beeinträchtigen können.

Die bisher üblichen Beblasungssysteme, mit denen ein höherer Wärmeübergang angestrebt wird, weisen Loch- oder Schlitzdüsen auf, die senkrechte auf die Ober­ fläche des Metallbundes auftreffende Prallstrahlen erzeugen; werden nun lokale Überhitzungen festgestellt, so bleibt vielfach keine andere Wahl als den Gesamt- Volumenstrom zu reduzieren und dadurch die hohen örtlichen Wärmeübergangs­ koeffizienten zu vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in der Deutschen Patentschrift 35 03 089 für den Sonderfall beschrieben, daß eine gleichmäßige Beaufschlagung mit einer rotations­ symmetrischen, durch mehrere, schlitzartige Öffnungen in einem Düsenboden an­ geordnete Vorrichtung erzielt wird, wobei die Düsenstrahlen gleichsinnig gegen die Beaufschlagungfläche geneigt sind. Dieser Sonderfall trifft dann zu, wenn die rota­ tionssymmetrische Vorrichtung genau oder zumindest hinreichend genau auf die ebenfalls rotationssymmetrische Stirnfläche eines Bandbundes zentriert werden kann.

In der Praxis ist dies jedoch kaum der Fall, so daß dann, wenn eine nicht rota­ tionssymmetrische Beaufschlagungssituation vorliegt, wesentliche Nachteile in Kauf zu nehmen sind, insbesondere durch starke Anströmung der Ränder der Bandbund­ stirnflächen, wo dann trotz des hohen Aufwandes mit der vorbeschriebenen Vor­ richtung unzulässige Überhitzungen auftreten.

Diese Nachteile werden mit der Vorrichtung nach der Erfindung vermieden, weil nunmehr die Düsenöffnungen für sich in Gruppen angeordnet sind und innerhalb dieser Gruppen, deren Beaufschlagungsfläche gegenüber der üblichen Gesamtbe­ aufschlagungsfläche klein ist, bereits eine hinreichende Verwirbelung und sowie eine Drehbewegung in der Strömung auftritt, so daß punktweise Überhitzungen in der Nähe diskreter Stauzonen vermieden werden.

Das neue Beblasungssystem eignet sich also besonders für die konvektive Wärme­ übertragung an Stirnflächen von Bandbunden, deren Anordnung zum Beblasungs­ system nicht von vornherein festliegt und von Chargierung zu Chargierung wechseln kann. Das neue Beblasungssystem besitzt also die Vorteile der aus der Deutschen Patentschrift 35 03 089 bekannten Vorrichtung, ohne jedoch die Nachteile, nämlich die Notwendigkeit einer gewissen Zentrierung des Beblasungssystems auf die zu erwärmenden Coilstirnflächen in Kauf nehmen zu müssen.

Ein weiteres, äußerst vorteilhaftes Anwendungsgebiet für die Vorrichtung nach der Erfindung ist die Erzeugung eines hohen Wärmeübergangs an Kleinteilen, wie z. B. Kugellagerringen, die auf einer Fläche, also in einer im wesentlichen ebenen Lage mit einem Fluid, z. B. einem Abkühlgas, zu beaufschlagen sind. Bei den erwähnten Kugellagerringen ergibt sich durch die in ihrer Richtung ständig wechselnden Schrägstrahlen eine äußerst gleichmäßige Beaufschlagung sowohl der inneren als auch der äußeren Ringmantelflächen, so daß sich eine Beblasungseinrichtung nach der Erfindung durchaus auch zum Gasstrahlhärten von Kugellagerringen anbietet. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß an die besondere Orientierung der Kugellagerringe zum Düsensystem keinerlei Anforderungen gestellt werden. Es ge­ nügt z. B., die Ringe auf einen entsprechenden Rollengang unter der Beblasungs­ einrichtung vorbei zu bewegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezug­ nahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Düsenboden mit Blickrichtung von der zu be­ aufschlagenden Fläche,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Düsenboden und die zugehörigen Strö­ mungsleitreinrichtungen in einer Ebene senkrecht zum Düsenboden.

In der beispielhaft dargestellten Ausführung sind die als Bohrungen ausgeführten vier kreisrunden Düsenöffnungen (1), (2), (3), (4) zu einer Düsenöffnungsgruppe (5), zusammengefaßt. Der Düsenboden (6) ist ein planes Blech. Mehrere solcher Grup­ pen (5) bilden die Gesamtheit der Düsenöffnungen im Düsenboden. Auf der Ab­ strömseite sind Vorrichtungen zur Ablenkung (7) des Düsenstrahls (8) angeordnet, mit welchen der Düsenstrahl im beispielhaft dargestellten Fall um 45° aus der Verti­ kalen (9) abgelenkt wird. Die Ablenkvorrichtungen (7) bestehen aus, im Querschnitt des abgelenkten Düsenstrahls betrachtet, U-förmig gebogenen Blechen, die mit der durch Schrägabschnitt entstandenen Fügefläche (10) auf den die Düsenöffnungen enthaltenen planen Düsenboden (6) aufgesetzt sind. Durch entsprechend Schrägabschnitt entsteht der gewünschte Ablenkwinkel, im beispielhaft dargestellt Fall, wie erwähnt, 45°. Die Projektion der abgelenkten Düsenstrahlen bildet beispiel­ haft und erfindungsgemäß im dargestellten Fall für zwei benachbarte Düsenöffnungen den Winkel 360° dividiert durch die Anzahl 4 der Düsenöffnungen gleich 90° (11).

Claims (11)

1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung einer planen Fläche eines Werk­ stücks, insbesondere der Stirnfläche eines Bandbundes, mit einem Fluid mit einem ebenen, mit Düsenöffnungen versehenen Düsenboden, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) die Düsenöffnungen sind in dem im wesentlichen planen Düsenboden in Gruppen zusammengefaßt,
• b) benachbarte Ausströmungsöffnungen einer Gruppe haben voneinander einen geringeren Abstand als von der jeweils nächstliegenden Düsenöffnung einer benachbarten Gruppe,
• c) an den Düsenöffnungen sind Einrichtungen zur Ablenkung der Düsenstrahlen in eine Richtung vorgesehen, welche mit der Senkrechten auf den ebenen Düsenboden oder bei einem im wesentlichen planen Düsenboden mit dessen ebener Bezugsfläche einen Winkel bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion des abgelenkten Düsenstrahls auf die Ebene des Düsenbodens für jede Düsenöffnung mit den benachbarten Düsenöffnungen in der gleichen Düsenöfnungsgruppe einen Winkel bildet, wobei sich diese Winkel für alle Düsenöffnungen einer Gruppe zu insgesamt 360° addieren.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung der Düsenöffnungen in Gruppen punktsymmetrisch in Bezug auf den Gruppenmittelpunkt ist.

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ablenkung der Düsenstrahlen aus der Richtung senkrecht zum Düsenboden durch entsprechende Schrägstellung kanalartig ausgeführter Düsenöff­ nungen erfolgt.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der beiden Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Vorrichtungen zur Düsenstrahlablenkung auf der Abströmseite der in den planen Düsenboden eingebrachten Düsenöffnungen angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Vorrichtungen zur Düsenstrahlablenkung auf der Zuströmseite der in den planen Düsenboden eingebrachten Düsenöffnungen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ablenkwinkel der Düsenstrahlen aus der Senkrechten auf den ebenen Düsenboden zwischen 15° und 45° liegt.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsenöffnungen mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt sind.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand zwischen den einander nächstliegenden Düsenöffnungen benachbarter Düsenöfffnungsgruppen mindestens das 1,5-fache des geringsten Abstandes zwischen den nächstliegenden Düsenöffnungen in einer Gruppe beträgt.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geometrisch freie Düsenfläche in der Projektion auf den ebenen Düsenboden oder die Bezugsebene des Düsenbodens zwischen 2% und 10% der zugehörigen Gesamtfläche des Düsenbodens oder dessen Bezugsebene ausmacht.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie zur Beaufschlagung einer planen Fläche mit einem Gas ausgebildet ist.