DE3815211A1 - Papierbahnbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Luftstäbe zum schwebenden Führen und Halten einer ablaufenden Papierbahn einer unbestimmten Länge durch einen langgestreckten Trockner.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Papierbahn­ behandlungsvorrichtung mit Luftstäben zum schwebenden Halten einer Bahn und Trocknen eines Materials wie Tinte oder eine Beschichtung auf der Bahn, während die Bahn bei ihrer schnellen Bewegung durch den langgestreckten Trockner keine Stützfläche berührt.

Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung von Papier­ bahnbehandlungsluftstäben, die aus folgenden US-Patent­ schriften bekannt sind: US-PS 39 64 656 (Hella, erteilt am 22. Juni 1976); US-PS 42 01 323 (Stibbe, erteilt am 6. Mai 1980); US-PS 37 39 491 (Creapo, erteilt am 19. Juni 1973); US-PS 41 97 971 (Stibbe, erteilt am 15. Mai 1980) und US-PS 38 73 013 (Stibbe, erteilt am 25. März 1975).

Die vorliegende Erfindung sieht einen Luftstab für eine Vorrichtung zum Trocknen einer ablaufenden Papierbahn und zum schwebenden Halten derselben ohne Kontakt während des Trocknungsvorgangs vor. Diese Luftstäbe sind entlang der Oberseite und der Unterseite der Bahn voneinander beab­ standet angeordnet. Die Luftstäbe bzw. Luftleisten gemäß der vorliegenden Erfindung haben kleine Löcher oder Durch­ gangsbohrungen in geneigten Wänden, die Teil von Düsen­ schlitzen sind und die eine feine Verwirbelung der Luft hervorrufen, die die Löcher und die Schlitzdüsen durch­ strömt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus­ führungsform sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Bahntrocknungsvorrichtung in einer weitgehend schematischen Darstellung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, wobei be­ stimmte Teile aus Gründen der Klarheit der Zeichnung weggelassen sind und die zwei Luftstäbe zeigt, die an der unteren Leitungs­ einrichtung befestigt sind;

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch einen der Luftstäbe gemäß den Fig. 1 und 2 in einer vergrößerten Darstellung und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils des in den anderen Figuren dargestellten Luft­ stabes in auseinandergezogener Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Bahntrocknungsvorrichtung dargestellt, die eine ablaufende Bahn schwebend hält und ein langge­ strecktes Trockengehäuse 2 aufweist, das von einem iso­ lierten Deckel 3, einem isolierten Boden 4, einer isolier­ ten Seite 5 und einer gegenüberliegenden isolierten Seite 6 umschlossen ist. Ein isoliertes Einlaßende 7 hat einen horizontalen Schlitz 8, durch den die Bahn W eintritt. Das gegenüberliegende Austrittsende ist durch die iso­ lierte Endwand 10 gebildet und einen darin ausgebildeten entsprechenden Schlitz, durch den die Bahn austritt.

Die Anordnung enthält eine obere Luftstabanordnung 12 und eine untere Luftstabanordnung 14, zwischen denen die Bahn W hindurchgeführt wird. Die Anordnungen 12 und 14 weisen jeweils eine Folge von Luftstäben oder Luftleisten 15 auf, die voneinander beabstandet entlang der Oberseite und der Unterseite der Bahn angeordnet sind, wobei sich diese Stäbe quer über die Bahn erstrecken. Es wird darauf hin­ gewiesen, daß die oberen Luftstäbe gegenüber den unteren Luftstäben versetzt entlang der Bahn angeordnet sind, wo­ durch die Bahn beim Betrieb der Vorrichtung die darge­ stellte übliche Sinuswellenform annimmt.

Eine Luftzufuhrleitungseinrichtung 20 ist für jedes Glied der oberen Luftstäbe 15 vorgesehen, während eine ähnliche Luftzufuhrleitungseinrichtung 22 für die untere Folge von Luftstäben 15 angeordnet ist. Diese Leitungseinrichtungen enthalten sich in Längsrichtung erstreckende Leitungen 23, die sich von der zentralen Zufuhrleitung 24 erstrecken. Die Leitungen 23 haben jeweils eine Folge von Luftzufuhr­ ansätzen 26 (siehe Fig. 2 und 3), die sich in Querrich­ tung erstrecken und in Längsrichtung voneinander beabstan­ det sind. Ein Luftstab 15 steht jeweils mit einem der An­ sätze 26 in Luftaufnahmeverbindung, so daß die Luftzufuhr­ leitungen jedem der Luftstäbe Druckluft zuführen, die diese schließlich gegen die Bahn ausströmen lassen, um diese schwebend zu halten.

Die Luftzufuhrleitungseinrichtung enthält einen Kopfrahmen 30, der innerhalb des Gehäuses befestigt ist und dazu dient, das Luftzufuhrsystem zu halten.

Der in Einzelheiten in Fig. 3 dargestellte Luftstab ent­ hält Seitenwände 32, 34, die an ihren oberen Enden in nach innen umgebogene Flansche 35, 36 übergehen. Die Luft­ stäbe haben ferner Endwände 39 und 40, die an den Enden der Stäbe angeschweißt sind. Einstelleinrichtungen (Fig. 2 und 4) sind an jedem Ende der Luftstäbe vorgesehen, um die einzelnen Luftstäbe sowohl in Richtung der Bahn als auch von dieser weg und im Winkel zu der Bahn einzustellen. Diese Einrichtung enthält einen Kragträger 100, eine Auf­ bockschraube 102, eine Schraubenmutter 103 und eine Schraube 105.

Die Luftstäbe haben ferner eine untere Wand 37, die zwischen den Seitenwänden verläuft und in der eine rechtwinklige Öffnung 38 ausgebildet ist, um den Luftzufuhransatz 26 der Leitungseinrichtung aufzunehmen. Es wird darauf hingewiesen, daß eine O-Ringdichtung 42 in dem querschnittlich U-förmi­ gen Dichtungsaufnahmeteil 44 rechteckiger Form (Fig. 4) angeordnet ist.

Der Luftstab enthält ferner eine obere Wand 46, die der Bahn benachbart angeordnet ist und als Luftstabfläche be­ zeichnet wird. Diese Wand 46 kann eine mittige Reihe von Luftausströmöffnungen 46 a zum Zuführen zusätzlicher Luft zu der Bahn haben, falls dies erforderlich ist. Ohne die mittige Luftbeaufschlagung ist der Bereich eines Luft­ stabes zwischen den Schlitzen 52 und 53 ziemlich ruhig, und die Wärmeübertragung ist sehr gering in diesem Bereich. Wenn Luftbeaufschlagung in diesem Bereich hinzukommt, trägt dies direkt zur Wärmeübertragung bei, ohne daß dies die Wirksamkeit der Wärmeübertragung der schon dort be­ findlichen Luftwirbel behindert oder verringert.

Die Wand oder Stabfläche 46 ist Teil des Luftverteilungs­ bauteils 47, das ebenfalls geneigte Wände 48 und 49 und innere, nach innen umgebogene Flansche oder Lippen 50 und 51 aufweist. Der Winkel an der Verbindung 45 der Wände 46 mit den geneigten Wänden 48 und 49 ist so spitz, wie ein Knick in dem Metallblech sein kann, um einen Coanda- Effekt der ausströmenden Luft zu verhindern. Mit anderen Worten verhindert dies den Coanda-Effekt der Luftströme, der darin besteht, daß diese versuchen, der Metallblech­ fläche um die Knickstellen herum zu folgen. Dies führt zu einer Stabilität des Luftstrommusters und zu einer kon­ sistenteren Beaufschlagung schärferer Schlitzströme auf die Bahn unter Beibehaltung einer höheren Wärmeübertra­ gung ungeachtet des Bahnabstandes (innerhalb Grenzen). Die geneigten Wände 48 und 49 sind etwa im Winkel von 45° zu der Bahn geneigt, d.h. zu der inneren Wand 46, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Die geneigten Wände 48 und 49 bilden zusammen mit den nach innen umgebogenen Flanschen 35 und 36 die Düsenschlitze 52 und 53. Diese Schlitze haben vorzugsweise eine Breite von 0,085 bis 0,090 inch nach dem Auseinanderklaffen.

Die Flansche 35 und 36 liegen geringfügig unterhalb der Wand 46 bezüglich der Bahn, und zwar um 0,125±0,015 inches.

Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die geneigten Wände 48 und 49 jeweils eine Folge kleiner Löcher 60 im Gegensatz zu herkömmlichen Öffnungen, und zwar entlang ihrer Länge, wodurch kleine Luftwirbel erzeugt werden. Dies führt zu einer großen Wärmeleitzahl bzw. Wärmeüber­ gangszahl. Dies führt ferner zu weniger großen Wirbeln bzw. Verwirbelungen und damit zu einem geringeren Bahn­ flattern.

Eine perforierte Platte 64 hat eine Reihe abgedrückter Lappen 65 (Fig. 3 und 4), die von dieser eingepreßt und in Längsrichtung der Platte 64 beabstandet sind, so daß die perforierte Platte verschieblich in die nach innen umgebogenen Flansche 50 und 51 eingreift. Das Bau­ teil 47 ist mittels Schweißstöpsel 70 fest innerhalb des Luftstabes entlang dessen Seiten befestigt, d.h., es ist fest an den Seitenwänden 32 und 34 des Luftstabes ange­ bracht. Damit bilden die Lappen 65 und Flansche 50 und 51 eine Führungseinrichtung zum verschieblichen Halten der Lochplatte 64. Die durch die Lappen 65 gebildete Gabelung an der Lochplatte bringt es mit sich, daß die Verteilungs­ lochplatte leicht herstellbar und einbaubar ist.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird Druckluft von der Lei­ tungszufuhreinrichtung über den Ansatz 26 der Leitungen ins Innere der Luftstäbe eingeführt, woraufhin die Luft durch die Lochplatte 64 hindurchtritt, die diese inner­ halb der Ausgleichkammer 74 des Luftstabes ohne nennenswerte Querströmungen gleichmäßig verteilt. Anschließend strömt die Druckluft durch die schmalen Öffnungen 60 der geneigten Abschnitte und durch die Auslaßschlitzdüsen 52 und 53 gegen die Bahn in einem Winkel von etwa 45°.

Bei der Luftaufprallwärmeübertragung erhöhen Wirbel in dem aufprallenden Strahl die Wärmeübergangszahl. Die Verwirbelung in dem Strahl wird erzeugt, wenn dieser sich von der Auslaßdüse zur Aufprallfläche bewegt und zwar durch Vermischung mit der Umgebungsluft. Eine Verwirbelung kann auch in dem Luftstrahl oberhalb der Düse erzeugt werden.

Wenn die zurückzulegende Strecke des Strahls zwischen der Düse und der Aufprallfläche größer als das 8fache der Düsenschlitzbreite beträgt, dann ist die durch das Ver­ mischen hervorgerufene Verwirbelung vorherrschend, und die Verwirbelung, die durch die kleinen Löcher 60 oberhalb der Düse hervorgerufen wird, hat nur eine geringe Auswir­ kung auf die Wärmeübertragung. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Luftstäbe beträgt diese Strecke jedoch typischerweise nur etwa das 4fache der Schlitzbreite. In diesem Fall kann die Wärmeübergangszahl um 30% durch die oberhalb der Düse hervorgerufene Verwirbelung erhöht werden.

Wenn die induzierte Verwirbelung eine kleine Größe hat, ist dies mit einem weiteren wichtigen Vorteil verbunden. Dieser Vorteil besteht darin, daß beim Luftaufprall auf eine flexible, leichte Bahn diese nicht so sehr beein­ trächtigt wird, wie wenn der Strahl Verwirbelungen im großen Maßstab hat. Die Lagerung der auf Luft schwebenden Bahn ist ruhiger und stabiler.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden kleine Verwirbe­ lungen oberhalb der Schlitzdüse induziert, in dem der Luftstrahlstrom durch kleine Löcher geleitet wird. Die Löcher müssen nicht nur klein, sondern auch dicht vonein­ ander beabstandet sein, so daß die Bereiche zwischen den Löchern sehr klein sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtfläche der Löcher etwa das 2,5fache derjenigen der Schlitzdüse, so daß die Luft mit beträchtlicher Ge­ schwindigkeit durch die Löcher strömt, jedoch nicht mit so hoher Geschwindigkeit, daß der Druckabfall des Luft­ stroms zu groß ist.

Das Metallblech, aus dem diese Luftstäbe hergestellt sind, sollte typischerweise aus 18 guage-Stahl bestehen. Unter Berücksichtigung des Erfordernis kleiner Löcher und Zwi­ schenflächen und der Möglichkeit, solche Löcher ohne hohe Herstellungskosten in das Metallblech zu stanzen, sind Löcher von 0,14 inch Durchmesser, die in einem gleichsei­ tigen Dreieck 0,21 inch auseinanderliegen, ein guter Kom­ promiß.

Claims (3)

1. Bahntrocknungvorrichtung zum schwebenden Halten einer ablaufenden Bahn (W) während diese getrocknet wird, mit langgestreckten, einzeln ersetzbaren, hohlen Luftstäben (15), deren Innenraum Druckluft aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Luftstab (15) zwei Schlitzdüsen (52, 53) auf­ weist, die sich in Längsrichtung erstrecken, wobei jeweils eine Düse einer Seite des Luftstabes benachbart ist und Druckluft durch die Düsen von der Innenseite des Luftstabes gegen die Bahn (W) gerichtet ist, um diese zu trocknen und schwebend zu halten, daß ein Luftverteilungsbauteil (47) eine Luftverteilungskammer (74) innerhalb des Luftstabes (15) begrenzt und eine Außenwand (46) zwischen den Schlitz­ düsen aufweist und nach außen von dieser beabstandet ist und eine Luftstabfläche (46) zwischen den Düsen bildet, um eine Luftdruckabstützfläche für die darüber ablaufende Bahn (W) zu bilden, daß das Verteilungsbauteil (47) ferner zwei gegenüberliegende, geneigte Seitenwände (48, 49) auf­ weist, die teilweise die Kammer (74) begrenzen, wobei je­ weils eine Seitenwand einer der Schlitzdüsen (52, 53) be­ nachbart ist, und daß die geneigten Seitenwände (48, 49) zahlreiche kleine Löcher (60) in ihrer Längsrichtung auf­ weisen, die in der durch die Löcher (60) zu den Schlitz­ düsen (52, 53) strömenden Luft feine Luftverwirbelungen hervorrufen, die eine große Wärmeübergangszahl und ein verringertes Bahnflattern zur Folge haben.

2. Bahntrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Löcher (60) einen Durchmesser von etwa 0,14 inch (3,55 mm) haben und daß die kleinen Löcher etwa die 2,5fache Fläche der Schlitzdüsen (52, 53), denen sie Luft zuführen, begrenzen, wobei die kleinen Löcher (60) so voneinander beabstandet sind, daß die Zwischenflächen zwischen ihnen an ihren schmalsten Stellen etwa 0,07 inch (1,78 mm) breit sind.

3. Bahntrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lochplatte (64) von der äußeren Wand nach innen beabstandet ist und ebenfalls teilweise die Kammer (74) begrenzt, wobei durch die Loch­ platte Druckluft von dem Inneren des Luftstabes (15), durch die kleinen Löcher (60) und von dort durch die Schlitzdüsen (52, 53) strömt.