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Die
Erfindung betrifft Entstaubungsvorrichtungen zur Entstaubung von
Raumluft und Prozessgasen. Als Beispiel für die Entstaubung von Prozessströmen können Bandanlagen-Entstaubungsvorrichtungen
herangezogen werden, bei denen Band-, Bahn-, Bogen- oder Plattenware
in einer vollständig oder
teilweise geschlossenen Bearbeitungsanlage transportiert werden,
deren Innenraum von in einem Trägergas
suspendierten Staubpartikeln ausgefüllt ist. Die Erfindung dient
aber auch für
die Entstaubung von Raumluft oder Prozessgas, bei dem die Staubpartikel
erst unmittelbar vor der Entstaubung in einem Trägergas suspendiert werden.
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Beim
Betrieb derartiger Bandanlagen wird häufig beobachtet, dass die Prozesse
von den in den Innenräumen
der Maschinen oder Bandanlagen vorhandenen Staub- oder Partikelkonzentrationen
beeinflusst und sogar gestört
werden. Beispielsweise können
sich die Prozessgase mit Staub oder Fremdpartikeln beladen, die
durch Abrieb entstanden sind. Es kann sich aber auch um bewusst
herbeigeführte Pulverströme handeln,
wie sie zum Beispiel bei Pulverbeschichtungen in Form eines Substrats
vorhanden sind. Unter Prozessgasen wird ganz allgemein die Atmosphäre in den
Innenräumen
der Bandanlagen verstanden, die entweder aus einem strömenden oder
ruhenden Trägergas
besteht und mit den darin suspendierten Stäuben oder Partikeln angereichert ist.
Die Stäube
oder Partikel können
von außen
in den Innenraum der Bandanlagen eingetragen oder im Prozessablauf
selbst erzeugt werden. Wenn es sich aber beispielsweise um bewusst
in den Innenraum eingeleitete, für
die Durchführung
eines Beschichtungsverfahrens erforderliche Pulver- oder Puderstäube handelt,
dann ist oftmals für
den Pulvertransport eine bestimmte Strömung innerhalb des Behandlungs-
bzw. Prozessraumes erforderlich. Auch bestimmte Luftströmungen,
wie beispielsweise Kühlluftströmungen,
sind im Innenraum von Bandbehandlungsanlagen ggf. erforderlich und
dürfen
durch andere Strömungen
nicht gestört
bzw. in ihrer Strömungsrichtung
beeinträchtigt
werden.
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Die
Entstaubung wurde bisher mit den üblichen Staubabscheidern, wie
beispielsweise einer Kombination aus Gebläse und Filtereinrichtung, vorgenommen,
die üblicherweise
außerhalb
der Bearbeitungsstation liegen. Dabei hatte sich gezeigt, dass die
strömungstechnische
Beeinflussung des Innenraumes bei der Absaugung der beladenen Luft
zu einer Verschlechterung der Produktqualität führt, da die Absaugung auch
die gewünschte
Gasführung
der Prozessgase unter Umständen
behindert. Die Gefahr einer strömungstechnischen
Störung
der Prozessgase besteht sowohl auf der Ansaugseite der staubhaltigen
Trägergase
als auch auf der Rückführungsseite der
Reingase und ganz besonders in den Fällen, wo die Entstaubungsvorrichtung
im Innenraum der Bearbeitungs- oder Badanlage angeordnet ist.
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Bei
einer möglichen
Beeinflussung der Prozessströme
ist auch das Problem der Einhaltung von MAK-Werten zu beachten,
die für
den jeweiligen Arbeitsplatz des Maschinenführers gelten. Es wurde beobachtet,
dass sehr häufig
die Rückführung der entstaubten
Gase dann zu Schwierigkeiten bei der Einhaltung der MAK-Werte führt, wenn
hierdurch die gewünschte
Strömungsrichtung
der mit Partikel beladenen Trägergase
beeinflusst wird bzw. wenn der Partikel- oder Pulverstrom in eine
ungewünschte Richtung
umgeleitet wird.
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Insbesondere
in dem letztgenannten Fall kann es auch zu Problemen durch eine übermäßige Staubablagerung
in kritischen Bereichen kommen, die die Haltbarkeit von Maschinenkomponenten
reduziert. Um dies zu vermeiden, ist wiederum ein erhöhter Reinigungsaufwand
an häufig
unzugänglichen
Stellen der Maschinen erforderlich.
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Die
zur Zeit eingesetzten klassischen Absaugungsanlagen wie z. B. über bekannte
Filtersysteme, die mit Ventilatoren kombiniert sind, weisen ein
erhebliches Bauraumvolumen auf und sind deshalb außerhalb
der Bearbeitungsmaschine angeordnet. Bei einer Gasrückführung werden
zusätzlich
entsprechende Lüftungsschächte benötigt. Um
diese Anlagen effektiv betreiben zu können, werden hohe Luftaustauschraten
mit entsprechendem Bauvolumen für
die Lüftungseinrichtungen
erforderlich. Dadurch verstärken
sich die eingangs geschilderten Probleme, die mit der strömungstechnischen
Beeinflussung der Partikelströme
verbunden sind.
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Andere
Entstaubungseinrichtungen wie z. B. elektrisch wirkende Filter-Systeme,
Luftwäscher,
Zyklone oder mechanische Filtersysteme, benötigen ebenfalls ein erhebliches
Bauraumvolumen, sodass sie nicht ohne weitere Maßnahmen nachträglich in vorhandene
Produktionsanlagen integriert werden können. Bei einer Verringerung
des Bauvolumens, die mit einer Reduzierung der Absaugleistung einhergeht,
werden die bekannten Entstaubungsvorrichtungen an den Absaugstellen
entweder ineffektiv oder verursachen zusätzliche Probleme in der Produktqualität bzw. -führung, wodurch
die MAK-Werte u. U. nicht mehr eingehalten werden können.
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Ein
besonderer Nachteil entsteht bei zusätzlich installierten Bürsten für die Abreinigung
und Sauberhaltung von bewegten Komponenten, weil sich im Bereich
der Bürsten
Puderstäube
ansammeln, die in größeren Stücken auf
das in den Bandanlagen erzeugte oder gerade behandelte Produkt fallen
können.
Um nicht die Qualität
des Produktes und damit den Gesamtprozess zu schädigen bzw. zu gefährden, muss
in diesen Fällen
durch zusätzliche
Maßnahmen
dafür gesorgt
werden, dass herabfallende Puderagglomerate aufgefangen bzw. laufend
entsorgt werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile der
im Stand der Technik bekannten Entstaubungsvorrichtungen zu vermeiden und
einen störungsfreien,
nahezu wartungsfreien oder zumindest doch wartungsarmen Prozessablauf mit
geringer strömungstechnischer
Beeinflussung der Luftbewegung in Form einer kompakten und hocheffektiv
wirksamen Entstaubungsvorrichtung, insbesondere für kontinuierlich
arbeitende Bandanlagen zu ermöglichen.
Die Entstaubungsvorrichtung soll eine über die Arbeitsbreite der Bandanlage gleichmäßig wirksame
Absaugung der Staubpartikel ermöglichen,
wobei auch sehr feine Staubpartikel im Bereich von 10–40 μm sicher
erfasst und bei der Abtrennung in einen aufkonzentrierten Teilstrom überführt und
dann aus dem Innenraum der Bandanlage entfernt werden sollen. Der
Reingasstrom soll ebenfalls ohne störenden strömungstechnischen Einfluss auf
die Prozess- oder Trägergas-Führung wieder
in den Innenraum zurück
gegeben werden können.
Ferner soll die Einhaltung der zulässigen MAK-Werte sichergestellt
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Schutzanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen
lassen sich den Unteransprüchen
entnehmen.
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Es
hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung eines Rootsgebläses, das
eine Läuferlänge aufweist,
die annähernd
die Produktbreite der Bandanlage erreicht, die nahezu vollständige Erfassung der
Stäube
bei niedriger Drehzahl des Läufers
ermöglicht
wird. Die niedrige Läuferdrehzahl
wiederum ermöglicht
eine störungsfreie
Luftführung
im Innenraum der Bandanlage, sodass die mit Staub oder Partikeln
beladene Luft mit geringer Geschwindigkeit über dem Produkt großflächig angesaugt
werden kann.
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Ferner
ermöglicht
das Rootsgebläse
ein sehr gleichförmiges
Ansaugen und Ausblasen des mit Staub bzw. Partikeln beladenen Trägerstroms.
In einem speziellen Anwendungsfall kann zum Abreinigen eines Filtergewebes
auf der Ausblasseite vorteilhaft der vom Rootsgebläse aufgebaute
hohe Druck verwendet werden. Bei Verwendung eines rundlaufenden
Filtergewebes wird auf der Ausblasseite mit einem scharfen Luftstrahl
der Staub in einen Absaugkanal geblasen. Das freigeblasene, gereinigte
Filtergewebe läuft
dann an einer zweiten Öffnung
vorbei, durch die die gereinigte Luft in den Innenraum der Bandanlage
quasi wie über
einen Diffusor ausgeblasen wird.
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Somit
reduziert sich das zu entsorgende Gasvolumen ausschließlich auf
den belasteten Teilstrom. Dieser kann durch die spezielle Anordnung von
umlaufendem Filtergewebe noch effektiver aufkonzentriert werden.
Dies hat auch den weiteren Vorteil, dass das Prozessklima durch
die geringe Volumenentnahme praktisch unverändert aufrecht erhalten bleibt.
Anhand von Probemessungen konnte festgestellt werden, dass lediglich
weniger als 10% des entnommenen Gasstromes als belasteter Teilstrom entsorgt
werden muss. Der gereinigte Hauptvolumenstrom kann dagegen bei niedriger
Strömungsgeschwindigkeit
in den Innenraum der Bandanlage zurückgeführt werden. Im Vergleich zu
einer üblichen außenliegenden
Abreinigung ohne Luftrückführung wird
erfindungsgemäß die Luft
im Innern der Bandanlage zurückgeführt, sodass
das Prozessklima nicht beeinflusst wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
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1:
prinzipielle Darstellung einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Bandanlagen-Entstaubungsvorrichtung.
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2:
prinzipielle Darstellung einer zweiten Variante der erfindungsgemäßen Entstaubungsvorrichtung.
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3:
prinzipielle Darstellung einer dritten Variante der erfindungsgemäßen Entstaubungsvorrichtung
mit nachgeschaltetem Axialzyklon.
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Die
in 1 dargestellte Entstaubungsvorrichtung zeigt in
vereinfachter Anordnung eine Raumabsaugung bei der Behandlung von
flächigen Erzeugnissen
wie Band- oder Bahnware. In dem Innenraum einer Bearbeitungsstation,
z. B. einem Papiereinzug, befinden sich ein Trägergas sowie Staubpartikel
oder Pulverteilchen, die in einen Gaseinlass 4 eingesaugt
werden.
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Die
Staubpartikel folgen entsprechend der Pfeilrichtung dem durch das
Rootsgebläse 1 erzeugten
Unterdruck und gelangen so in den Einlassbereich 14 des
Zyklons 2. Durch die im Zyklon herrschende Zirkulationsströmung werden
die Staubteilchen bzw. -partikel vom Trägergas getrennt, sodass das
gereinigte Trägergas über das
Reingasrohr 3 in die Einlassöffnung 6 des Rootsgebläses 1 gelangt.
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Das
mit Staubpartikeln angereicherte Trägergas wird aus dem Zyklon
ausgeschleust und über eine
Absaugung 15 der Entsorgung zugeführt. In 2 ist eine
weitere Variante der erfindungsgemäßen Entstaubungsvorrichtung
dargestellt, wobei hier der Staub 5 auf der Oberfläche eines
Substrats, beispielsweise einer Papier- oder Kunststoffoberfläche in fein
verteilter Form vorliegt. In diesem Fall wird der Staub über eine
rotierende Bürste 16 in
dem Trägergas
dispergiert. Dieses geschieht vorzugsweise im Gaseinlass 4,
sodass nur eine geringe Verwirbelung außerhalb der Entstaubungsvorrichtung
auftritt.
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In
der 3. Variante ist die erfindungsgemäße Entstaubungsvorrichtung
mit einem nachgeschalteten Axialzyklon ausgestattet.
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Die
Pulver- oder Staubpartikel 5 sind punktiert auf der Bahn-
oder Plattenware angedeutet und gelangen in Pfeilrichtung (Transportrichtung)
der Bahn- oder Plattenware in den Bereich einer linienförmigen Einlassöffnung 6 eines
Rootsgebläses 1. Das
Rootsgebläse
ist kompakt und platzsparend zwischen der Bearbeitungsstation und
den übrigen
Stationen der Bandanlage angeordnet. Als Bearbeitungsstationen können beispielsweise
zwei Walzgerüste 9, 10 mit
entsprechenden Führungsrollen 11, 12 in
einem Gehäuse
untergebracht sein. Es sind jedoch auch andere Varianten denkbar.
Wichtig ist nur, dass die Einlassöffnung 6 des Rootsgebläses 1 mit
ihrem linienförmigen
Einlassquerschnitt in das mit Staubpartikeln angereicherte Medium,
z. B. einem Trägergas
hineinreicht. Vorzugsweise kann dies in besonders wirksamer Weise
dadurch erfolgen, dass der linienförmige Einlassquerschnitt parallel
zur Rotorachsrichtung X des Rootsgebläses 1 und quer zur Transportrichtung
Y der Band-Bahn-Platten
oder Bogenware ausgerichtet ist. Auslassseitig kann das Rootsgebläse mit einer
Filter- oder Klassiervorrichtung verbunden werden, die ebenfalls
parallel zur Rotorachse X verläuft.
Der mit Partikeln angereicherte Teilstrom wird von dem Reingas abgetrennt
und aus dem Innenraum der Bandanlage abgeleitet.
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Nach 3 ist
das Rootsgebläse 1 mit
einer Batterie von Axialzyklonen 17 auslassseitig verbunden.
Vorzugsweise weist jeder der Axialzyklone 17 ein zentral
angeordnetes Reingasrohr 18 für die Rückführung des Reingases 19 in
den Innenraum der Bandanlage auf, wobei zur Erzeugung einer rückstaufreien,
ungestörten
Strömung
im Innenraum der Bandanlage die Durchmesser bzw. Wirkquerschnitte der
Reingas- bzw. der
Auslassöffnungen
des Rootsgebläses
und der Gaseintrittsöffnung
sowie des Reingasrohres des Axialzyklons annähernd gleichförmig ausgebildet
sind.
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Jeder
der Axialzyklone 17 ist vorzugsweise auf seiner Gaseintrittsseite
mit einem Strömungsleitapparat 20 und
auslassseitig mit einem Staubabfuhrkanal 21 ausgestattet,
mit dessen Hilfe die aufkonzentrierte staubhaltige Abluft vollständig aus
der Bandanlagen- Entstaubungsvorrichtung entfernt werden kann.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ferner zur Vermeidung
des Quertransportes von Staubpartikeln die Auslassseite des Rootsgebläses 1 aus
mehreren, linienförmig
nebeneinander angeordneten Kanälen
bestehen. In entsprechender Weise sind dann auch die Axialzyklone
als Axialzyklonbatterie an die jeweiligen Kanäle des Rootsgebläses linienförmig nebeneinander
liegend angeschlossen. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn auch die
Auslassseite der Axialzyklone mit linienförmig nebeneinander angeordneten
Kanälen
ausgestattet ist.
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Mit
Hilfe beider Varianten – einer
vor- und nachgeschalteten Staubabtrennung – lässt sich eine kompakte Baueinheit
aus Rootsgebläse
und Staubabtrenneinrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Entstaubungs-vorrichtung
herstellen, wobei die maximal erforderliche Baugröße im wesentlichen
durch den Rotordurchmesser und – im Falle
eines Axialzyklons- zusätzlich
durch die im Axialzyklon erforderliche Abtrennstrecke für die Staubpartikel
bestimmt wird. Die Abtrennstrecke lässt sich nach herkömmlichen
Gleichungen unter Berücksichtigung
der Strömungsgeschwindigkeit,
der Gasdichte etc. berechnen.
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In
allen Anwendungen kann erfindungsgemäß das Ansaugen und das Ausblasen
der Staubpartikel mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit, vorzugsweise < 1 Meter pro Sekunde
erfolgen, damit keine störende
Verwirbelung im Bereich der Bandbearbeitungs- bzw. der Behandlungsprozesse
stattfindet. Diese Bedingungen lassen sich besonders günstig mit
Hilfe des Rootsgebläses
verwirklichen, wobei auch eine Konstanthaltung der Rotordrehzahl
und der linienförmige
Lufteintritt und Luftaustritt des Rootsgebläses 1 sicherstellt,
dass keine Beeinflussung der Luftbewegung in dem Innenraum der Bandanlage
bzw. im Prozessraum erfolgt.