DE2615634A1

DE2615634A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln einer stoffbahn, insbesondere einer papierbahn, deren material bis in den hygroskopischen bereich getrocknet ist

Info

Publication number: DE2615634A1
Application number: DE19762615634
Authority: DE
Inventors: Per-Erik Dipl Ing Ohls; Mauri Dipl Ing Soininen
Original assignee: OHLS PER ERIK DIPL ING; Valmet Oy
Current assignee: OHLS PER ERIK DIPL ING; Valmet Technologies Oy
Priority date: 1975-04-09
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-10-14
Also published as: SE7604058L; CA1091005A; BR7602153A; NO761157L; US4124942A; GB1519265A; FR2307082A1; JPS51127205A; FR2307082B3; US4247990A

Description

T.EDTKE - BOHUNG - K₁NNE - Gf₁UPt-

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne 26 1 563 A Dipl.-lng. Grupe

8000 München2,Postfach202403 Bavariaring 4 Tel.: (0 89)53 96 53-56 Telex: 5 24845 tipat nable. Germaniapatent München 9. April 1976 B 7263/case 22005/TP/es

Valmet Oy, Helsinki, Finnland Per-Erik OHLS, Kaipola, Finnland

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln einer Stoffbahn, insbesondere einer Papierbahn, deren Material bis in den hygroskopischen Bereich getrocknet ist.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Behandeln einer Stoffbahn, insbesondere einer Papierbahn_Aderen Material bis in den hygroskopischen Bereich getrocknet ist, unter Verwendung eines besonderen Behandlungsgasstroms .

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

co Im hygroskopischen Bereich, bis in den das Papier

■^ stets getrocknet wird, ist bei gleicher Temperatur der Dampf-_ο druck des im Papier gebundenen Wassers niedriger als derjenige ao von freiem Wasser. Die Differenz ist umso größer, je geringer der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn ist. Somit ist bei einer gegebenen Temperatur der Partialdruck des im Papier vorhandenen

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Wassers umso geringer, je trockener die Bahn ist. Ganz besonders ist zu beachten, daß der Dampfdruck des hygroskopischen Wassers gleich dem atmosphärischen Druck bei einer 100°C überschreitenden Temperatur ist, und zwar ist diese Temperatur umso höher, je trockener die Bahn ist.im Prinzip steht also die Bahn auch mit einem um einige Grade überhitzten, unter atmosphärischem Druck stehenden Wasserdampf im Gleichgewicht. Die Erfindung beruht auf den hier wiedergegebenen physikalischen Tatsachen.

Eines der bekannten Probleme, denen man bei der Verwendung eines Mehrzylindertrockners für Papier begegnet, wenn man ein Endprodukt mit hoher Qualität anstrebt, ist ea , insbesondere über die gesamte Breite der Bahn eine gleichmäßige Endfeuchtigkeit zu erzielen, und zwar rührt dies daher, daß es schwer ist'einen Mehrzylindertrockner sowohl so zu bauen als auch so zu betreiben, daß die TrocknungsVerhältnisse über der gesamten Breite der Bahn genügend gleichmäßig sind, so daß auf der gesamten Arbeitsbreite eine konstante spezifische Trocknung erreicht werden kann. Auch wenn der Feuchtigkeitsgehalt und das Flächengewicht der von den Pressen im Trockner einlaufenden Bahn gleichmäßig verteilt sein sollten, ergeben sich im Trocknungsteil Fehler im Feuchtigkeitsprofil, vor allem aus den folgenden Ursachen:

° Erstens äer ungleichmäßigkeit der Trocknungsatmo ~

^ Sphäre, die auf die von den Zylindern, den Walzen, dem Filz

x (dem Trocknungssieb) und von der zum Trocknen liegenden Bahn

"-* selbst gebildeten und schlecht belüfteten fach- und taschen-

*"* artigen Räume zurückzuführen ist. Bei Abwesenheit besonderer Lüftungsvorrichtungen strömt die Luft in diesen engen Räumen nur von den beweglichen Flächen dazu angefacht und infolge

des Pumpeffekts, der sich in natürlicher Weise durch das Wasser oder eventuell durch die luftdurchlässigen Siebe ergibt,Im Mittel bereich der Papiermaschine ist die Luft normalerweise feucht, sodaß die spezifische Trocknung an dieser Stelle vermindert ist. Eine gleichmäßige Endfeuchtigkeit über die gesamte Bahnbreite zu erzielen, ist umso schwieriger, je größer die Arbeitsbreite der Papiermaschine ist.

Zweitens neigen die Ränder der Bahn auch deshalb zum übermäßigen Austrocknen, weil der außerhalb der Bahn liegende Teil des Zylinders die Heizfläche vergrößert, welche die Randteile der Bahn trocknet.

Drittens fallt es schwer, die Verhältnisse im Innern des Zylinders zu beherrschen.Beispielsweise bewirkt das Plazieren der Kondensatabzugsglieder Unterschiede in der Dicke der Kondensatschicht und eine Ansammlung von nicht-kondensierbaren Gasen in gewissen Teilen des Zylinders. Die Folge ist ein ungleichmäßiger Wärmeübergang zum Zylindermantel und eine ungleichmäßige Trocknung.

Das bisher gebräuchlichste bekannte Verfahren zum Herabsetzen der Trocknungsfehler der Bahn ist, den Trockner mit verschiedenen lüftungstechnischen Vorrichtungen auszustatten. Zum Teil haben diese Vorrichtungen den Zweck, lediglich den

o zustand der Trocknungsluft auszugleichen, indem sie die Ströco

^ mung der Trocknungsluft in der Maschinenquerrichtung mittels ver-

-v. schiedenartiger Luftdüsen vermehren, aus denen Luft in die zur

-J Maschine querliegenden Räume hineingeblasen wird und die ferner

^ aus den nebenliegenden Räumen sekundäre Luftströmungen in die Maschine bringen.'

Es ist weiterhin bekannt, z. B. sogenannte Schaber-Blasvorrichtungen und in Maschinen mit Trocknungssieben sogenannte Taschenventilationsvorrichtungen zu verwenden, mit denen man nicht nur einen gleichmäßigen Zustand der Trocknungsluft erzeugen, sondern auch im Gegensatz dazu Unterschiede im Zustand der Trocknungsluft hervorbringen will, um lokale Verschiedenheiten der spezifischen Trocknung auszugleichen. Mit den bekannten Vorrichtungen erzeugt man also gewissermaßen einen absichtlichen Fehler (ungleichmäßige lokale spezifische Abdunstung), womit man den von irgendeiner anderen Ursache hervorgerufenenFehler kompensiert. Der Effekt dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch vor allem deshalb eingeschränkt, weil wirklich bedeutungsvolle Unterschiede in den Trocknungsverhältnissen der Trocknungsluft schwer erzielbar sind; ferner ist der Effekt umso geringer, je schmäler der Bereich der Bahn ist,in dem die Korrektur bewerkstelligt werden soll. Dies deshalb, weil es wegen der Turbulenz unmöglich ist, auf schmalen Zonen der .Bahn große Unterschiede im Zustand der Luft herbeizuführen.

In bekannter Weise hat man versucht, das Feuchtigkeitsprofil der Bahn auch mittels Vorrichtungen im Inneren

_OT der Trocknungszylinder auszugleichen. Zu diesen Vorrichtungen

cd gehören z. B. die Profilkorrekturzylinder, die mit Hilfe von co

**· elektrischen Widerständen beheizt werden, bei denen die Heizro

^ leistung in Richtung der Breite der Bahn sektionsweise regeloobar gemacht ist. Man hat sogar im Zylinder liegende, nahe an dessen Enden angebrachte keramische Isolatoren vorgeschlagen, welche das schädliche übermäßige Austrocknen der Bahnränder verringern sollten.

Ebenfalls bekannt ist die Weise zum Herrichten (Konditionieren) der Papierbahn, indem man sie nach Durchlaufen des eigentlichen Trockners durch eine solche Behändlungsmaschine hindurchführt, in der die Bahn eine genügend lange Zeit in genau geregeltem Luftraum verweilt, um sich dadurch in ein angenähertes Gleichgewicht mit der Luft in diesem Raum einzustellen, wobei dann die Endfeuchtigkeit der Bahn umso gleichmäßiger ist, je länger die Behandlungszeit in dieser Einheit ist.

Im Zusammenhang mit Schnellaufenden Papiermaschinen gestaltet sich jedoch diese Behandlungseinheit unpraktisch, sperrig und kostspielig. Unter dem vorerwähnten Gleichgewicht wird derjenige Zustand verstanden, bei dem das Wasser in der Bahn den gleichen Dampfdruck wie die mit ihm in Berührung stehende Luft hat.

Aufgabe der Erfindung ist, das eingangs erwähnte Verfahren und die erwähnte Vorrichtung so auszubilden, daß die obenstehend angeführten Nachteile größtenteils eliminiert werde..ι.

Um die angegebenen Ziele zu erreichen, ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Hauptsache dadurch gekennzeich-

*~? net, daß der Behandlungsgasstrom durch die zu behandelnde Bahn

.p. hindurchgesaugt wird, und daß der Zustand des Behandlungsgases —wesentlich auf den der gewünschten Endfeuchtigkeit der Bahn

"-¹ entsprechenden Zustand (zumindest in der Endphase der Behandlung) eingestellt ist, wobei mit Hilfe des Gasstroms die Stellen der Bahn mit größerem Feuchtigkeitsgehalt austrocknen und die

Stellen mit geringerem .Feuchtigkeitsgehalt Feuchtigkeit aufnehmen ,so daß sich die Bahn in der Feuchtigkeit dem Behandlungsgas nähert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die das obenstehend definierte Verfahren anwendetest in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere drehbare, mit einem für das Behandlungsgas durchlässigen Mantel versehene Durchströmungszylinder aufweist, die von einer Druckhaube umgeben sind, die zwischen sich und dem Durchströmungszylinder einen Raum begrenzen , aus dem der Behandlungs gas strom durch die Bahn in den Durchströmungszylinder und von dort in den Umlauf des Behandlungsgases gesaugt werden kann, daß die Vorrichtung auf der Einlaufseite der zu behandlenden Bahn ein Abdichtungswalzenpaar oder dergleichen aufweist, durch das die Bahn auf die Oberfläche des Durchstränungszylinders geleitet werden kann, und daß die Vorrichtung ein zweites Abdichtungswalzenpaar oder dergl. aufweist, durch das die behandelte Bahn aus der Vorrichtung herausgeleitet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Behandlung mit Dampf strebt man nicht notwendigerweise nur einen Ausgleich des Profils an, obgleich die erfindungsgemäße Behandlung auch z. B. so ausführbar ist, daß man die Bahn nach den herkömmlichen Verfahren auf

cd eine durchschnittliche Trockenheit trocknet und anschließend co

das Profil berichtigt, indem man unter atmosphärischem Druck ^ stehenden und auf eine geeignete Temperatur überhitzten Dampf

~j durch die Bahn hindurchsaugt. Hierbei überträgt man gewisseren

~° maßen mit Hilfe des zirkulierenden Dampfes Wasser von allzu feuchten Stellen der Bahn auf die übermäßig ausgetrockneten Stellen. In einem solchen Prozess ist der Wärmebedarf

sehr gering, und Wärme wird nur zum Ausgleich der Warmeverluste und der Leckflüsse sowie zum Erhöhen der Temperatur der Bahn benötigt.

Ferner kann man das erfindungsgemäße Verfahren so ausführen, daß man die Behandlung der Bahn bei einem durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt einleitet, der höher als die zum Ziel gesetzte Endfeuchtigkeit ist. Man kann somit das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung neben dem Ausgleich des Feuchtigkeitsprofils auch zum Erhöhen der Trocknungsleistung heranziehen, falls man die Behandlung bei einem durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt beginnt, der höher als die angestrebte Endfeuchtigkeit ist. Hierbei ist die betreffende Apparatur gegebenenfalls entsprechend stärker zu dimensionieren, und sie muß mit solchen Wärmequellen ausgerüstet werden, wie sie die Trocknungsleistung voraussetzt.

Im letztgenannten Fall handelt es sich um eine Modifikation der Erfindung, die neben gleichmäßiger Endfeuchtigkeit auch auf ein gleichzeitig stattfindendes Trocknen und ganz besonders auf ein Trocknen hinzielt, bei dem die Wärme im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren wesentlich günstiger verwendet werden kann. Ein günstiger Wärmehaushalt

läßt sich am geeignetsten dadurch erzielen, daß der in der co

° Behandlungsvorrichtung abdunstende(luftfreie) Dampf in anderen co

^ Teilen des Trockners kondensiert wird, z. B. in den normalen

-v» Trocknungs zylindern oder beispielsweise in Nachheizradiatoren

-J für die Trocknungsluft oder in beiden, oder daß er

^³ zu anderen Heiz zwecken z.B. am nassen Ende der Maschine oder gar außerhalb der Maschine verwendet wird. Auf diese Weise verläßt also ein Teil des aus der Bahn entfernten Wassers die

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-8-Apparatur in flüssigem Zustand und nicht in der Dampffoirsm.

Was noch das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgende Ausgleichen des Feuchtigkeitsprofils anbelangt, so läßt sich dies mit einer Vorrichtung bewerkstelligen, die so klein ist, daß man sie unmittelbar nach dem Trocknungsteil der Papiermaschineaufstellen kann,oder sogar zwischen einige der Trocknungszylinder nahe am trockenen Ende der Maschine in den Bereich , in dem das Material der Bahn im hygroskopischen Bereich liegt. Die geringe Größe der erfindungsgemäßen Vorrichtung beruht auf der kurzen erforderlichen Behändlungszeit der Bahn, weshalb der in der Behandlungseinheit liegende Bahnabschnitt kurz wird. Die Behandlungsdauer wird deshalb kurz, weil man beim Durchsaugen des Behandlungsgases durch die Bahn den wirksamsten Behandlungskontakt herbeiführt und die Oberflächen aller Fasern auch im Inneren der Bahn der Behandlung unterzogen werden, wobei das Wasser nicht durch Diffusion in Richtung der Stärke des Papiers wandern muß.

Das Gas, mit dem die Bahn erfindungsgemäß behandelt wird, kann feuchte Luft mit einer Temperatur sein, die ungefähr gleich derjenigen der in die Behandlung einlaufenden Bahn ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß, wenn man geringe

O +

Q3Feuchtigkeitsunterschiede, z. B. solche unter -0,5 % anstrebt /das

*"*Wasserabgabo- und das Wasseraufnahmevermögen der Behandlungs luft

^in der Endphase der erfindungsgemäßen Behandlung derart gering

O₀ISt, daß die Behandlungsdauer eine Länge von einigen Sekunden erfordert. Die Verwendung von feuchter Ausgleichluft kann daher bei langsamen Maschinen in Frage kommen, aber in Verbindung mit

modernen, schnellen Papiermaschinen würde sich in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine so große Länge der Bahn befinden, daß einerseits die Vorrichtung sperrig wird und andererseits zu viel Energie verbraucht wird, da zum Durchsaugen des Gases durch die Bahn ein recht erheblicher Druckunterschied erforderlich ist.

Bei schneilaufenden Papiermaschinen ist es deshalb günstig, die erfindungsgemäße Ausgleichbehandlung mit geringfügig überhitztem ( einige Grad über 100 C), unter atmo sphärischen Q_rnck stehendem Daiupf vorzunehmen, der nur wenig Luft enthält, die in erster Linie als Verunreinigung infolge von Leckflüssen zu betrachten ist. Hierbei besteht nicht die obengenannte Einschränkung betreffs des Wasseraufnähme- und Wasserabgabevermögens des Behandlungsgases, und es gelingt, die Behandlungsdauer kurz zu machen. Zu Beginn der Behandlung, wenn die Bahn auf eine Temperatur über 100⁰C erwärmt wird, wird durchweg Dampf in der Bahn kondensiert, wonach anschließend der eigentliche erfindungsgemäße Ausgleich des Feuchtigkeitsprofils stattfindet. Gemäß einer günstigen Ausführungsform der Erfindung wird die Bahn vor der Dampfbehandlung beispielsweise mittels eines heißen Zylinders bis nahe an die Behandlungstemperatur heran erwärmt, wobei der Zylinder mit einer äußeren oHaube versehen ist, die die Abdunstung herabsetzt, so daß eine

oohohe Temperatur der Bahn erzielt wird. Diese vorangehende Hei- ^zung ist indessen in der Erfindung nicht unerlässlich notwendig.

Nach dem Ausgleichen des Feuchtigkeitsprofils hat die behandelte Bahn eine Temperatur von über 100 C, weshalb die Bahn abgekühlt werden muß. Hierzu verwendet man vorteilhafterweise z. B. einen Kühlzylinder, einen mit einer Gebläsehaube versehenen Trocknungszylinder oder z. B. einen Durchströmungszylinder, durch den mit dem Gleichgewichtszustand übereinstimmende Luft zum Kühlen durch die Bahn gesaugt wird. In allen Fällen ist gegebenenfalls darauf zu achten, daß bei dem Temperaturausgleich die Verhältnisse in Richtung der Breite der Bahn konstant sind, damit nicht neue Fehler im Feuchtigkeitsprofil entstehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Längsrichtung der zu behandelnden Bahn;

Fig. 2 zeigt in entsprechender Weise wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zu dieser Vorrichtung gehört auf der

Einlaufseite der zu behandelnden Bahn ein been
O sonderer Durchströmungszylinder, durch den ein

⁰⁰ Teil des BehandlungsgasStroms aus dem System

^ weggesaugt wird;.

- 11 -

Pig. 3 zeigt in entsprechender Weise wie Fig. 1 und 2 eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der man mittels innerer Trennwände im Durchströmungszylinder eine ähnliche Führung des Behandlungsgasstroms wie in Fig. 2 mit dem gesonderten Durchströmungszylinder erzielt hat.

Fig. 4 zeigt in ebensolcher Weise wie die vorhergehenden Figuren eine derartige Ausführungsweise der Erfindung, bei der zwei übereinanderliegende, zusammenarbeitende Durchströmungszylinder vorgesehen sind.

Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung;

Fig. 6 zeigt die Behandlungseinheit der Fig. 5 in der Draufsicht und teilweise als Schnittzeichnung. Fig. 6 zeigt zugleich den Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 7;

Fig. 7 ist der Schnitt längs der mit VII-VII bezeichneten Linie in Fig. 6;

Fig. 8 zeigt eine Einzelheit in der Ausführung dieser Vorrichtung.

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Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zuerst an einigen Rechenbeispielen dargestellt.

Es ist zu Beginn angebracht, festzustellen, daß die Bahn in der erfindungsgemäßen Behandlung im allgemeinen nicht nur mit feuchter Luft im Gleichgewicht steht (wobei es wesentlich ist, daß der Dampfdruck des Wassers in der Bahn im Gleichgewichtszustand der gleiche ist wie der Partialdruck des in der feuchten Luft vorhandenen Wassers) oder mit atmosphärischem, auf eine geeignete Temperatur überhitztem Dampf, sondern auch mit Dampf, der unter Überdruck steht und auf eine noch höhere Temperatur überhitzt ist. Zwischen den verschiedenen absoluten Temperaturen T und T_Qeiner eine gewisse Feuchtigkeit aufweisenden Bahn und den zugeordneten Dampfdrücken ρ bzw. ρ des Wassers in der Bahn besteht annähernd der Zusammenhang:

1/T_O -1/T=C log P/P_o,

worin C eine von der Feuchtigkeit abhängige Konstante ist. So können z. B. die zusammengehörigen Werte der Celsius-Temperatur t und des Dampfdrucks ρ des Wassers in einer bis auf 8 % Trockenheit getrockneten Bahn folgender Art sein:

60984	t = P =	50 0,07	60 0,	12	80 0,	31	108 1	126 2	138 3	°C bar
IO -^.	X =	0,047	0,	085	0,	279	-	-	-	kg/kg
O ^J
00

—s In der obenstehenden Tabelle ist auch die Feuchtigkeit χ derjenigen feuchten Luft mit 1 bar Druck eingetragen, die bei den

— 1 ^ ·—

Drücken p<l bar berechnungsmäßig den Wertepaaren p,t zugeordnet ist und die somit ebenfalls mit der in Frage stehenden Bahn im Gleichgewicht steht.

Es ist vorteilhaft, v/enngleich nicht unbedingt notwendig, daß man in der Vorrichtung, in der die Bahn neben dem Feuchtigkeitsausgleich auch wegen einer wesentlicher Trocknung erfindungsgemäß mit Dampf behandelt wird, als Durchströmungsdampf unter Druck stehenden Dampf verwendet, der in der vom endgültigen Feuchtigkeitsgehalt abhängigen Weise überhitzt ist. (In der obigen Tabelle ist z. B. der Dampf mit 1,2 bzw. 3 bar Druck auf 108, 126 bzw. 138°C überhitzt, bei entsprechenden Sättigungstemperaturen von etwa 100, 120 bzw. 133°c) · Dies deshalb, weil einerseits der aus der Behandlungsvorrichtung anfallende Dampf leichter luftfrei gehalten werden kann, wenn die Vorrichtung unter Druck steht, und andererseits ist die höhere Kondensationstemperatur des aus der Vorrichtung austretenden Dampfes günstig, wenn dieser z. B. in einem Trocknungszylinder kondensiert wir J.

Es sei angenommen, daß in einer Vorrichtung^in der erfindungsgemäß neben einem Ausgleichen der Endfeuchtigkeit
auch eine Trocknung der Bahn stattfindet, ^di^e Bahn mit einer

Temperatur von 80°C einläuft, so daß der ^{von der}. ^{Bahn ab}~ dunstende Dampf folgenden Zustand besitzt: 2 bar, 125°C, 2716 kJ/kg

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wobei den den Kreislaufdampf aufheizenden Heizkörpern Heizdampf in folgendem Zustand zugeführt wird: 4 bar, 150°C, 2752 kJ/kg und das aus den Heizkörpern austretende Kondensat gesättigt ist, dessen spezifische Enthalpie somit 605 kJ/kg beträgt.

Vernachlässigt man der Einfachheit halber den Wärmeverlust durch die Leckflüsse und durch die Erwärmung der Bahn sowie die Absorptionswärme des aus der Eahn im hygroskopischen Bereich abdunstenden Wassers, wobei die spezifische Enthalpie des eintretenden Wassers mit 80°C 335 kJ/kg beträgt, so ist das Verhältnis der Masse des zust-römsnden Trocknungsdampfs zu dem aus der Bahn abgedunstetem Wasser

= 1,11 kg Dampf je kg verdunstetes Wasser.

2752 - 605

Wenn der in der Vorrichtung abgedunstete Dampf dann zur Trocknung verwendet wird, indem man ihn z. B. den dem Pressenteil folgenden üblichen Trocknungszylindern zuführt, wobei das entstehende Kondensat gesättigt ist (spezifische Enthalpie 505 kJ/kg), und wenn der spezifische Wärmeverbrauch den üblichen Wert hat, z. B. 2950 kJ/kg, dann erzielt man mit diesem Dampfstrom die Abdunstungsmenge

27JJ5— = o,75 kg Dampf vom Profilkorrektor je kg 2950 verdunstetes Wasser.

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Somit ergibt sich mit 1,11 kg Heizdampf 1 ^k9+ °/^{75 k}9 = ¹'⁷⁵ Entwässerung_{der Bahll/ und} hiervon entweicht 1 kg als Kondensat aus den Zylindern. Im Extremfall, wenn der Trockner so bemessen wäre, daß die Abdunstung im Profilkorrektor den Dampfbedarf im Zylinderteil decken würde, würde also der spezifische Wärmeverbrauch

_kJ/kg 1,75

betragen, d. h. weniger als die Hälfte des obengenannten üblichen Werts von 2950 kJ/kg bei einer herkömmlichen Maschine. Falls der Profilkorrektor weniger ausgiebig dimensioniert wird, dann muß man einem Teil der Trocknungszylinder direkt von der Dampfkraftanlage bezogenen Gegendruckdampf zuführen, und der durchschnittliche Wärmeverbrauch steigt an. Wenn z. B. in einer Maschine mit der Anfangstrockenheit 40 % (Wassergehalt: 1,50 kg H₃O je kg Trockensubstanz) und der Endfeuchtigkeit 8 % (Wassergehalt: 0,09 kg H₂O je kg Trockensubstanz) die Bahn im Profilkorrektor mit Hilfe von durchgesaugtem Dampf nur im gesamten hygroskopischen Bereich von etwa 30 % (Wassergehalt:0,43 kg H₂O je kg Trockensubstanz) bis zur Endtrockenheit getrocknet wird, dann ergibt sich

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aus der gesamten Entwässerung von 1,50 - 0,09 = 1,41 kg H„0 je kg Trockensubstanz im Profilkorrektor Dampf in der Menge 0,43 - 0,09 = 0,34 kg H₃O je kg Trockensubstanz, womit von der gesamten Entwässerung der Anteil 1,75 · 0,34 = 0,60 kg HpO je kg Trockensubstanz mit dem spezifischen Wärmeverbrauch 1362 kJ/kg und der Rest, 1,41 - 0,60 = 0,81 kg H₃O je kg Trockensubstanz ₍ mit dem spezifischen Vlärmeve rbr auch 295O kJ/kg erfolgt, so daß der durchschnittliche spezifische Wärmeverbrauch

0,60 · 1362 + 0,81 · 2950 = 2274 kJ/kg 1,41

beträgt, was etwa 3/4 des üblichen Verbrauchs ausmacht.

Es ist v/ichtig zu beobachten, daß,wenn der Profilkorrektor erfindungsgemäß auch eine Trocknung der Bahn bewirkt, der Zustand des Dampfes nicht in der ganzen Vorrichtung im Gleichgewicht mit der angestrebten Endfeuchtigkeit der Bahn stehen muß, sondern daß es genügt, wenn es sich so in einem erforderlichen Teil der Vorrichtung nahe am Austrittsende der Bahn, in der Endphase der erfindungsgemäßen Behandlung, verhält.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 bezeichnet W die bis in den hygroskopischen Bereich getrocknete, erfindungsgemäß zu behandelnde Bahn, deren Feuchtigkeitsprofil man korrigieren will. Die Bahn W wird durch ein Walzenpaar 2,2' hindurch in die Vorrichtung eingegeben und zwischen Walzen 3,3'

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hindurch aus der Vorrichtung herausgeführt. Das Bezugszeichen 4 bezieht sich auf den (die) Durchströmungszylinder, gegen den (die) anliegend die Bahn W läuft und durch dessen (deren) durchlässigen Mantel der Behandlungsgasstrom gesaugt wird. Mit 5 ist das Kreislaufrohrsystem für den Behandlungsgasstrom und mit 6 das darin vorgesehene Gebläse bezeichnet. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Kondition iervorrichtung für den Gasstrom, 8 eine über dem Durchströmungszylinder errichtete Druckhaube, 9 eine Haube auf der Saugseite und 10 die z. B. schleifenden Abdichtungen zwischen den Hauben und den Ein- bzw. Ausführwalzen. Zu den Zylindern und Hauben gehören gegebenenfalls gasdichte Endstücke und im Badarfsfall gasdichte Wellendurchführungen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die Bahn W durch die Behandlungsvorrichtung geführt, indem sie zwischen den Walzen des Walzenpaars 2,2' hindurch, über den Durchströmungszylinder 4 und zwischen den Walzen 3,3' hindurch hinaus läuft. Das Gebläse 6 bringt das hindurchgetretene Gas in Umlauf durch die schematisch dargestellte Behandlungseinheit 7 hindurch zurück in die Druckhaube 8, von wo es durch die Bahn und durch den Zylinder 4 abermals auf die Saugseite strömt. Der die Feuchtigkeitsverteilung in der Bahn W ausgleichende Effekt, welcher das Ziel der Erfindung darstellt, wird dadurch erreicht, daß das Gas in der Konditioniereinheit 7 auf einen solchen Zustand gebracht wird, der mit der gewünschten Endfeuchtigkeit der ^Bahn im Gleichgewicht steht. Falls diese Bearbeitung mittels feuchter Luft erfolgt, dann ist die Vorrichtung 7 eine an sich bekannte Luftkonditioniervorrichtung, mittels der

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sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit der Luft nach Wunsch eingeregelt wird. Geschieht die Bearbeitung mit Hilfe von Dampf, dann ist die Vorrichtung 7 lediglich ein Heizkörper, mittels dessen der Überhitzungsgrad des Behandlungsdampfes konstant gehalten wird. Beim Durchströmen des Behandlungsgases durch die Bahn W trocknen die feuchten Stellen in dieser Bahn weiter aus und die trockenen Stellen nehmen Feuchtigkeit auf, beides in Richtung auf die durchschnittliche Feuchtigkeit zu. Unter der durchschnittlichen Feuchtigkeit wird hier nicht notwendigerweise genau der Mittelwert des Feuchtigkeitsprofils verstanden.

Die Ausführungsform der Fig. 2 weicht von der vorhergehenden darin ab, daß auf der Eintrittsseite der Bahn W ein kleiner Durchströmungszylinder 11 hinzugefügt worden ist, durch den ein Teil des Behandlungsgasstroms mit Hilfe eines Rohrs 13 und eines Gebläses 14 aus dem System abgezogen wird. Mit 12 ist eine innere Wandung des Zylinders bezeichnet, welche die Durchströmung in demjenigen Abschnitt des Zylinders 11 verhindert, der nicht von der Bahn W bedeckt ist. Dieser Nebenstrom dient dem Zweck, aus dem System die Luft wegzuspülen, die die Bahn W in ihren Poren mit sich führt und die sonst insbesondere bei Behandlung mit Dampf das Aufrechterhalten eines konstanten Zustands des BehandlungsgasStroms erschweren würde. Ein Anschluß 15 ist für die Zuleitung von neuem Behandlungsgas (in erster Linie Dampf) in einer der Abzugsgasmenqe entsprechenden Menge vorgesehen.

Anstelle eines getrennten Zylinders 11 kann man zur Leitung des Spülgasstroms der Bahn W innere Trennwände im Durchströmungszylinder

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4 verwenden, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Der Spülgasstrom verläuft nun in der Richtung der Pfeile a, a¹, a¹' von den radialen Trennwänden 16, 16· und vom Zentralrohr 17 begrenzt in das Abzugsrohr 13 und das Abzugsgebläse 14. Der Kreislaufgasstrom wird jetzt vom Zylinder 4 durch das Zentralrohr 17 und den daran anschließenden Kanal 18 in den oben beschriebenen Kreislauf übernommen.

Es können mehr als ein Durchströmungszylinder 4 vorgesehen sein, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wo fernerhin die Möglichkeit der Anwendung der Abdichtungswalze 2¹ als Vorwärmzylinder für die Bahn dargestellt ist. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet den Dampfanschluß der Abdichtungswalze 2', 20 eine Dampfzufuhrleitung, 21 ein Kondensatableitrohr und 22 einen Kondensatabscheider. 2" ist eine zusätzliche Abdichtungswalze, die es ermöglicht, den Spülgasstrom durch eine Öffnung 23 in das Rohr 13 und in das Gebläse 14 zu saugen. Der Kreislaufgasstrom wird durch die Zentralrohre 17, 17· und durch den Verbindungskanal 18 in den Kreislauf übernommen. Eine der Walzen 3,3' an der Austrittsöffnung oder beide können durch geeignete Zusatzvorrichtungen als Kühlzylinder für die Bahn W gestaltet sein.

Die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Vorrichtungen können neben dem Ausgleichen des Feuchtigkeitsprofils auch zur Trocknungsbehandlung der Bahn dienen. Die Gasbehandlungsvorrichtung muß selbstverständlich eine erforderliche Heizfläche zum Erzielen des gewünschten Trocknungseffekts aufweisen und die Au3enschale muß druckfest dimensioniert sein, wenn, wie 609842/0787

es vorteilhaft ist, der umlaufende Dampf unter Überdruck steht. Falls die Vorrichtung eine merklich hohe Trocknungsleistung entfalten soll und die Durchströmungszylinder die übliche Größe aufweisen/ dann umfaßt die Vorrichtung eine größere Zahl von Zylindern als es in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt den Schnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Konstruktion. Zu dieser Vorrichtung gehört eine Anzahl in einem druckfesten Gehäuse untergebrachter, einen Durchströmungszylinder,Blase- und Erwärmungsvorrichtungen umfassender Einheiten 32A, 32B, 32C und 32D, die mit Rücksicht auf den eingeschränkten Raumbedarf übereinander angeordnet sind. Ein und dieselbe Trocknungsmaschine kann je nach der gewünschten Trocknung auch mehrere derartige Einheiten in einem oder in getrennten Gehäusen aufweisen. Die Bahn W kann durch die Einheiten, wie es z. B. in Fig. 5 dargestellt ist/ mittels der Leitwalzenpaare 33Α-33Ά, 33Β-33Έ usw. hindurchgeführt werden. Diese Walzen können durchlöcherte Walzen und saugend konstruiert sein, wobei sie zusammen mit den eigentlichen Durchströmungszylindern die Bahn W in erwünschter Weise durch die Vorrichtung hindurchleiten. Die erste der Walzen 33A kann als solches Glied arbeiten, daß es die von der Bahn mitgeführte Luft entfernt. Der in der Richtung des Pfeils a¹ durch die Bahn hindurchtretende Dampf entfernt aus der Bahn die Luft, und das Dampf-Luftgemisch wird als gesonderte Strömung z. B. durch die hohle Welle der Walze hindurch entfernt. Die Walzen 34, 35 und 35' dichten die Einfuhr-

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bzw. Abführöffnungen der einlaufenden Bahn W. bzw. der abgehenden Bahn w_out ab.

Fig. 6 stellt die oberste Einheit 32D in der Draufsicht und teilweise im Schnitt dar. Die Bahn W umkreist den Mantel 36 des Durchströmungszylinders. Innerhalb des Zylindermantels 36 befindet sich an einem oder an beiden Enden ein konzentrisch im Zylinder angeordnetes rotierendes Gebläselaufrad 37. Der Mantel des Gebläses ist durch eine Anzahl von Leitflügeln 40 ersetzt worden, die zwischen der Endplatte 38 des Zylinders und der Frontplatte 39 des Gebläses eingesetzt sind und die zugleich den Mantel 36 mit dem Ende 8 verbinden.

Der Kreislaufdampfstrom wird auf die von der Trocknung bzw. vom Herrichten der Bahn vorausgesetzte Temperatur mittels Wärmeaustauschern 41 (und 41') erwärmt, die z. B. dampfbeheizte Rippenrohrheizkörper sein können. Ein hohler Achszapfen 42 (42 ·) der Durchströmungszylinder ist in Lagern 43 (43') getragen. Der Zylinder wird durch ein Zahnrad 44 angetrieben. Die Achsen 45 (45¹) der Laufräder sind mit Lagern 46 in der hohlen Achse des Zylinders eingesetzt; das Bezugszeichen 47 (47') bezeichnet das Antriebsrad des Gebläses, beispielsweise eine Keilriemenscheibe. Die Welle 45 ist mit Abdichtungen 48 und 4 9 versehen.

Fig. 7 zeigt den Querschnitt der in Fig. 6 dargestellten Einheit nahe am Zylinderende bei dem Gebläse. Die Leitwalzen 33D und 33¹D sind mit einem durchlässigen Mantel ausgestattet. Mittels einer Sektor-

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platte 50 verhindert man das Hineinströmen von Dampf in den Mantel außer als durch die Bahn hindurch.

Die Laufräder 37 befördern den Dampf im Kreislauf in der Richtung des Pfeils b vom Inneren des Zylinders in Richtung der Pfeile c und d zwischen den Leitflügeln 40 und durch den Wärmeaustauscher 41 aus dem Zylinder heraus. Der in den Heizkörpern auf geeignete Temperatur erwärmte Strom des Umlaufdampfes wird alsdann in Richtung der Pfeile e durch die Bahn W hindurch wieder in den Zylinder hineingezogen. Bei solchen Zylindern, bei denen neben dem Bahnprofilausgleich eine Abdunstung stattfindet oder die lediglich der Trocknung der Bahn dienen,läuft ein der Abdunstung entsprechender Strom von überschüssigen Dampf zuerst durch den Mantel 36 hindurch von innen nach außen im Bereich zwischen den Walzen 33D und 33¹D und anschließend in der Richtung der Pfeile a mindestens in der Hauptsache oder zum Teil durch die Bahn hindurch in die Walzen 33D und 33¹D hinein. Hier wird der abgedunstete Dampf z. B. durch die hohle Achse 51 (Fig. 6) am einen Walzenende aus der Vorrichtung herausgezogen und mittels eines Rohrsystems (in den Figuren nicht dargestellt) einem geeigneten Ort für den Dampfverbrauch zugeleitet, der am besten der herkömmliche Kontakttrocknungsteil des Trockners sein kann, wo der Dampf kondensiert wird und sich auf diese Weise an der Trocknung beteiligt. Der ^ Austritt des Dampfes aus den Achsen 51 ist durch Pfeile S_Qut geo kennzeichnet. Die Anordnung kann z. B. von der Art sein, wie sie oo in Fig. 8 dargestellt ist. Die Achse 51 ist starr mit der Schalenkonstruktion 3 verbund η, und sie trägt die Sektorplatte 50. Die

Walze 33 ist mit Hilfe des Lagers 52 auf der Achse gelagert, und die Bezugszeichen 53 bezeichnen Abdichtungen. Der Dampf, der in der Richtung des Pfeils a durch die Bahn W transportiert wurde, entweicht durch die hohle Achse 51 in Richtung des Pfeils S und er wird in ein Dampfsamme1-Rohrsystem aufgesammelt, das für mehrere Einheiten 32 gemeinsam ist. Die Dampfmenge und der Dampfdruck in den Walzen 33 werden vermittels Ventilen im Rohrsystems geregelt.

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Claims

Patentansprüche

1.»Verfahren zum Behandeln einer Stoffbahn, insbesondere einer Papierbahn, deren Material bis in den hygroskopischen Bereich getrocVnet ist, unter Verwendung eines besonderen Behandlungsgasstroms, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsgasstrom durch die zu behandelnde Bahn hindurchgesaugt wird, daß der Zustand des Behandlungsgases zumindest in der Endphase der Behandlung wesentlich- auf den dem gewünschten Endfeuchtigkeitsgehalt der Bahn entsprechenden Gleichgewichtszustand eingeregelt ist, wobei die Stellen der Bahn ι deren Feuchtigkeitsgehalt höher als der Durchschnitt liegt,austrocknen und/oder die Stellen, die trockner als der Durchschnitt sind, Feuchtigkeit aufnehmen, wobei sich die Feuchtigkeit der Bahn in Richtung auf den Zustand des Behandlungsgasstroms zu und mit dessen Hilfe bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsgas feuchte Luft verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungsgas Wasserdampf verwendet wird, der am geeignetsten

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ein wenig überhitzt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Bahn mit einem umlaufenden Strom des Behandlungsgases erfolgt, dessen Zustand mit Hilfe einer an sich bekannten Gasbehandlungsvorrichtung wie gewünscht eingeregelt wird, mit der der Feuchtigkeitsgehalt und/oder die Temperatur des umlaufenden Gasstroms wie gewünscht geregelt wird, und daß der Behandlungsgasstrom durch die auf einem durchlässigen tragenden Element befindliche Bahn hindurch geblasen und/oder gesaugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des umlaufenden DampfStroms auf eine gewünschte Höhe geregelt wird, indem der Dampfstrom in einem Heizkörper überhitzt wird, und anschließend durch die zu behandelnde Bahn entweder hindurch geblasen oder gesaugt wird, während die Bahn von einem durchlässigen Tragglied getragen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des umlaufenden Gasstroms dazu verwendet wird, die von der zu behandelnden Bahn in ihren Poren mitgeführte Luft wegzuspülen, indem der Gasstrom nahe bei der Ein-

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trittsstelle der Bahn durch sie hindurch gesaugt wird und dieser llebenstrom mit dem mitgespülten Luftstrom aus dem Umlauf des Behandlungsgases entfernt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Behandlung der Bahn bei einem durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt begonnen wird, der höher als die angestrebte Endfeuchtigkeit ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsgasstrom aus überhitztem , am geeignetsten unter Überdruck stehendem Dampf besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Abdunstung entsprechender Dampfstrom aus der Behandlungsvorrichtung der Bahn herausgenommen und als Heizdampf in einem außerhalb der Behandlungsvorrichtung liegenden Wärmeverbraucher verwendet wird, am geeignetsten in einem herkömmlichen, zum Trocknen einer Bahn dienenden Kontakt- oder sonstigen Trockner oder in einer Apparatur, die dessen Trocknungsluft erwärmt oder in einem sonstigen Wärmeverbraucher, der zum Trockner gehört oder außerhalb des Trockners steht.

10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da£ sie einen oder mehrere drehbare, mit einem für das Behandlungsgas durchlässigen Mantel versehene Durchströmungszylinder (4;36)

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aufweist, die von einer Druckhaube (8) umgeben sind, die zwischen sich und dem Durchströmungszylinder (4; 36) einen Raum abgrenzen,aus dem der Behandlungsgasstrom durch die Bahn (W) hindurch in den DurchströmungszylInder (4; 36) hinein und von dort in den Umlauf des Behandlungsgases gezogen werden kann, daß sie auf der Einlaufseite der Bahn (W) ein Paar von Abdichtungswalzen (2,2'; 34,35) aufweist, zwischen denen die zu behandelnde Bahn (W) auf die Oberfläche des Durchströmungszylinders (4;36) aufgebracht werden kann, und daß sie ferner ein zweites Paar von Abdichtungswalzen (3,3'; 34, 35') oder dergleichen aufweist, zwischen denen die behandelte Bahn (W) aus der Vorrichtung herausgeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen geschlossenen Raum aufweist, der von einer Wand (9) von den Abdichtungswalzenpaaren (2,2'; 3,3') und von demjenigen Sektor des Durchströmungszylinders (4) abgegrenzt ist, der nicht vor der Bahn (W) bedeckt ist, wobei der Behandlungsgasstrom mittels eines Gebläses (6) oder dergleichen aus dem geschlossenen Raum durch eine Behandlungsvorrichtung (7) in den vom Durchströmungszylinder (4) und von der Haube (8) begrenzten Raum gesaugt wird, von wo er durch die zu behandelnde Bahn (W) hindurch in den Durchströmungszylinder (4) hinein und von dort durch den Sektor des Durchströmungszylinders, der keine Bahn aufweist, in den geschlossenen Raum hinein geführt wird.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf der Eintrittsseite der Bahn (W) einen Durchströmungszylinder (11) mit kleinem Durchmesser aufweist, durch den ein Teil des Behandlungsgasstroms weggesaugt wird, um die von der Bahn (W) in ihren Poren mitgeführte Luft aus dem Kreislauf zu entfernen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei einander tangierende Durchströmungszylinder .-(4) aufweist,über deren Oberfläche die zu behandelnde Bahn (W) im wesentlichen in S-Form geleitet wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Abdichtungswalzen (2,2* )_f die auf der Eintrittsseite der zu behandelnden Bahn (W) angebracht sind, als Vorwärmwalzen für die Bahn (W) eingerichtet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Abdichtungswalzen (3,3'), die auf der Austrittsseite der zu behandelnden Bahn (W) angeordnet sind, als Abkühlzylinder für die Bahn (W) arbeiten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, die eine oder mehrere in demselben oder in getrennten Gehäusen untergebrachte Einheiten aufweist die einen Durchströmungszylinder und mit ihm in Verbindung stehende Blase- und Erwärmungsvorrichtungen umfassen, dadurch gekennzeichnet daß sich im Mantel des Durchströmungszylinders (36) an dessen einem

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oder beiden Enden als Blasevorrichtung ein mit dem Durchströmungszylinder (36) konzentrisch rotierendes Laufrad (37, 37") befindet, mit einer Leitflügelgarnitur (40) in der Nähe oder außerhalb .,eines äußeren Umfangs, wobei die Flügel den Mantel des Durchströmungszylinders (36) mit dessen Ende (38) verbinden, und daß sich nahe am äußeren Umfang der Leitflügelgarnitur (40) und außerhalb derselben ein Wärmeaustauscher (41, 41") befindet, in dem der Behandlungsgasstrom auf die vom Trocknen und/oder Herrichten (Konditionieren) der Bahn (W) vorausgesetzte Temperatur erwärmt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei anstelle des Ausgleichs des Feuchtigkeitsprofils bei der zu behandelnden Bahn (W) oder zusätzlich dazu auch eine Abdunstungstrocknung der Bahn (W) beabsichtigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Abdunstung entsprechender Strom von zusätzlichem Dampf vorgesehen ist, der aus dem Inneren des Durchströmungszylinders (36) durch dessen Mantel hindurch in den von Bahnleitwalzen (33D, 33¹D) begrenzten Sektor und anschließend mindestens zum Teil durch die Bahn (W) in die Bahnleitwalzen hineingeführt wird, von wo der abgedunstete Dampf am geeignetsten durch die hohle Achse (51) der Bahnleitwalze (33D; 33¹D) herausgeholt wird.

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