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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Gaskissens
zum Tragen einer vorgeheizten Glasscheibe mit einer mit einer Druckgasquelle
verbundenen Kammer, deren obere Wand äußere Dimensionen, die der Kontur
der Glasscheibe entsprechen, sowie mehrere Öffnungen für das Ausströmen von
Gas aufweist.
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Die
Vorrichtung kann verwendet werden, wo immer eine vorgeheizte Glasscheibe
getragen werden soll, beispielsweise wenn eine Glasscheibe gehärtet werden
soll. Der Haupteinsatzbereich ist jedoch die Herstellung gewölbter Verbundglasscheiben,
insbesondere für
die Konstruktion von Kraftfahrzeugen. Ein Verbundglasfenster für ein Fahrzeug umfaßt normalerweise
zwei Schichten aus Glas, wobei im Einsatz eine Schicht die Innenfläche (d.h.
die dem Fahrzeuginneren zugewandte Oberfläche) des Fensters und die andere
Schicht die Außenfläche des
Fensters bildet.
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Bei
der Herstellung des Fensters werden zwei Glasscheiben in einem Vorheizofen
auf die Biegetemperatur erwärmt
und anschließend
zu einer Preßbiegestation
befördert.
Jedes Element des Scheibenpaars kann einzeln erwärmt werden, d.h. die innere
und die äußere Schicht
werden getrennt durch den Ofen befördert, gegebenenfalls innere
und äußere Schichten
abwechselnd. Alternativ können die
beiden als aufeinander geschichtetes Paar erwärmt werden, d.h. daß eine Schicht
(normalerweise die innere Schicht) auf der anderen angeordnet ist.
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Die
Vorrichtung zur Erzeugung des Gaskissens bildet eine Komponente
der Preßbiegestation. Die
jeweilige Glasscheibe bzw. die beiden aufeinander geschichteten
Scheiben werden von den Rollen des Vorheizofens auf das Gaskissen
befördert
und dort angehalten und in bezug auf die Biegeform zentriert. Wenn
die Rollen auch hier verwendet würden, würde die
unvermeidliche Verweildauer zur Entstehung von Markierungen führen, die
die optischen Eigenschaften der Glasscheibe erheblich beeinträchtigen
würden.
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Die
Kammer umfaßt
Wände,
die einen Gas enthaltenden Innenraum begrenzen, und insbesondere
eine obere Wand, d.h. die Wand, deren Außenfläche nach oben gewandt ist und
als „Dach" der Kammer betrachtet
werden kann. Die äußeren Dimensionen
der oberen Wand der Kammer entsprechen der Kontur (den äußeren Dimensionen)
der Glasscheibe, sind jedoch generell etwas kleiner als die äußeren Dimensionen
der zu haltenden Glasscheibe, wodurch die Glasscheibe in der endgültigen Position
auf einigen, genauer auf allen Seiten einige Zentimeter über die
Kante der oberen Wand der Kammer hinaus ragt, wodurch sie von einer
die Kammer umgebenden, ringförmigen
Form aufgenommen werden kann.
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Eine
Vorrichtung des eingangs erwähnten Typs
ist aus der
EP 0 578
542 B1 bekannt. Die Öffnungen
zum Durchlassen von Gas sind in Reihen in der oberen Wand der Kammer
angeordnet, wodurch zwischen den benachbarten Paaren von Reihen schlitzförmige Gasabgabekanäle geschaffen
werden, die von der Oberseite der Kammer durch die Kammer zu ihrer
Unterseite führen
und eine ungestörte
Abgabe des Gases des Gaskissens ermöglichen.
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Es
wurde jedoch festgestellt, daß die
optischen Eigenschaften der so realisierbaren Glasscheiben verbessert
werden können,
und die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher das Erzielen
einer derartigen Verbesserung.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist die eingangs erwähnte, erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen
zum Durchlassen des Gases als Düsen
konstruiert sind, die eine Einlaßbohrung sowie ein sich progressiv
erweiterndes Auslaßloch
mit einem Düsenauslaßbereich
aufweisen, und daß die
obere Wand der Kammer an den Kanten einen höheren Grad an Perforation (die
Summe sämtlicher
Düsenauslaßbereiche
in bezug auf die gesamte Fläche
der jeweiligen Zone) als in ihrem mittleren Bereich aufweist.
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Die
Erfindung basiert auf dem Wissen, daß die eingangs erwähnte, bekannte
Vorrichtung bestimmte optische Beeinträchtigungen der Glasscheiben
erzeugt, die auf zwei Phänomene
zurückgeführt werden
können,
die selbst lokal überlagert
sein können.
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Einerseits
bilden die Kanten der schlitzförmigen
Auslaßkanäle sogenannte
Kühlkanten,
die Kühlschatten
auf der Glasoberfläche
erzeugen. Andererseits entstehen in den Stromauftreffbereichen der aus
den Öffnungen
zum Durchlassen von Gas austretenden Gasstrahlen sogenannte Strahlmarkierungen.
In beiden Fällen
führt dies
zu einer ungleichmäßigen Kühlgeschwindigkeit
und damit zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung,
was zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung
führt.
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Zur
Vermeidung von Strahlmarkierungen ist aus der
EP 0 523 016 B1 das Ermöglichen
eines Austritts der Gasstrahlen aus Düsen mit einer Einlaßbohrung
und einem sich allmählich
erweiternden Auslaßloch
bekannt. Die Düsen
sind aus Düsenkörpern ausgebildet,
die in die obere Wand der Kammer geschraubt sind und von dieser
nach oben ragen. Das Gas des Gaskissens wird zwischen den Düsenkörpern nach
unten verteilt und dann seitlich abgeleitet. An ihren oberen Enden
bilden die Düsenkörper daher Auslaßkanten,
die auch als Kühlkanten
wirken und entsprechende Kühlschatten
erzeugen.
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Aus
der JP 2000 247663 ist auch die Optimierung des Gasstroms durch
Aktivieren der Gasauslaßlöcher mittels
eines speziellen Prozesses bekannt.
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Dagegen
treten erfindungsgemäß weder Strahlmarkierungen
noch Kühlschatten
auf. Der Gasstrom wird beim Passieren der Düsen bei einem entsprechenden
Druckaufbau verlangsamt, wodurch ein großflächiger, gleichmäßiger Gasaustritt
garantiert werden kann. Da die Düsen
in die obere Wand der Kammer integriert sind, tritt am Düsenauslaß keine nach
unten gerichtete Gasablenkung auf, wodurch auch keine Auslaßkanten
mit entsprechender Kühlwirkung
erzeugt werden. Überdies
sind keine Einlaßbohrungen
aus den Abgabekanälen
in der oberen Wand der Kammer vorgesehen. Auch in dieser Hinsicht
wird die Entstehung von Kühlschatten
ausgeschlossen.
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Die
Abgabe des Gases des Gaskissens erfolgt horizontal zwischen der
Glasscheibe und der oberen Wand der Kammer. Überraschender Weise wurde festgestellt,
daß es
ausreicht, den Grad der Perforation im mittleren Bereich der oberen
Wand der Kammer zu reduzieren, um eine störungsfreie Abgabe des Gases
für das
Gaskissen zu garantieren. Obwohl sie hoch effizient ist, ist diese
Maßnahme
extrem einfach. Die Glasscheibe behält ihre flache, horizontale
Ausrichtung ohne eine Aufwölbung
im mittleren Bereich oder absackender Bereiche an den Kanten. Nachteilige
Auswirkungen auf die Zentrierung auf den Biegewerkzeugen werden
so ausgeschlossen.
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Insgesamt
ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Herstellung gewölbter
Glasscheiben von höchster
optischer Qualität.
Dies ist insbesondere bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen von
großer
Bedeutung. Das liegt daran, daß hier
nicht nur die Anforderungen hinsichtlich der Formtoleranzen der Glasscheiben
und ihrer optischen Qualität
zunehmend streng werden, sondern daß auch eine zunehmende Tendenz
besteht, Informationen auf der Windschutzscheibe anzuzeigen (Head-Up-Displays).
Die Vorraussetzung hierfür
sind Windschutzscheiben von höchster
optischer Qualität.
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Vorteilhafter
Weise entspricht der mittlere Bereich der oberen Wand der Kammer,
der im Rahmen der Erfindung zur Bestimmung der Bedingungen für den Grad
an Perforation entscheidend ist, hinsichtlich der Größe seiner
Fläche
grob der Summe der Kantenbereiche.
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Besonders
vorteilhafte Ergebnisse können erzielt
werden, wenn das Verhältnis
zwischen dem Grad der Perforation des mittleren Bereichs der oberen
Wand der Kammer und dem Grad der Perforation der Kantenbereiche
ca. 0,5 bis 0,9, vorzugsweise ca. 0,7 bis 0,8 beträgt. Es wird
hier darauf hingewiesen, daß die
aufgeführten
Werte nicht als klar definierte, einschränkende Werte zu verstehen sind,
sondern daß im
speziellen Einzelfall hinsichtlich des Grads an Perforation auch
ziemlich große
Unterschiede zwischen den beiden Bereichen ratsam sein können. Experimente
haben gezeigt, daß der
Grad an Perforation im mittleren Bereich der oberen Wand der Kammer
in der Regel maximal ca. 0,3, vorzugsweise weniger als 0,25 betragen
sollte, um eine unerwünschte Aufwärtswölbung der
Glasscheibe zuverlässig
zu verhindern.
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Überdies
weist die obere Wand der Kammer in den Kantenbereichen ihrer längeren Seiten
vorteilhafter Weise einen höheren
Grad an Perforation als in den Kantenbereichen ihrer kürzeren Seiten
auf. So ergibt sich eine optimale Einstellung auf die geometrischen
Bedingungen der Glasscheibe. Die geringeren Tragerfordernisse in
den Kantenbereichen der kürzeren
Seiten werden genutzt, um die Abgabe des Gases des Gaskissens zu
fördern.
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Die
obere Wand der Kammer ist zur Vereinfachung der Konstruktion und
Herstellung der Kammer in der Regel so konstruiert, daß sie eine
grobe Spiegelsymmetrie aufweist. Der Grad der Perforation links
und rechts von der Mittelachse der Spiegelsymmetrie stimmt dann
grob überein.
Gemäß einer
bevorzugten Variante der Erfindung kann jedoch dadurch eine weitere
Optimierung der Gaskissenfunktion erfolgen, daß der Grad der Perforation
von der Glasscheibenvorschubseite, die normalerweise eine der kurzen
Seiten der Kammer ist, zur gegenüberliegenden
Seite abnimmt. So kann die Tatsache berücksichtigt werden, daß die Glasscheibe,
wenn sie in ihre Position über
der oberen Wand der Kammer gedrückt
wird, ein Gaskissen vor sich her schiebt, wodurch am Ende des Beförderungsvorgangs
immer weniger Gas aus der Kammer zugeführt werden muß. Als Alternative
hierzu kann eine Verringerung des Gasdrucks von der Vorschubseite
zur gegenüberliegenden
Seite bei einem um die mittlere Spiegelachse symmetrischen Grad
an Perforation auch durch eine geeignete Einstellung der Düsendurchmesser
veranlaßt
werden.
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Jede
Düse umfaßt eine
mit einem sich in der Strömungsrichtung
weitenden Auslaßloch
verbundene Einlaßbohrung.
Durch das sich weitende Auslaßloch
der Düsen
wird ein gleichmäßiges Ausströmen von
Gas mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit
veranlaßt.
Diese Wirkung kann jedoch noch weiter verbessert werden, wenn sich
die Einlaßbohrung der
Düsen in
der Strömungsrichtung
zumindest einmal abrupt erweitert.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn die Einlaßbohrung der Düsen einen
ersten Abschnitt mit einem Durchmesser von ca. 2 bis 4 mm, vorzugsweise ca.
3 mm sowie einen zweiten Abschnitt mit einem Durchmesser von ca.
20 mm aufweist, wobei das Auslaßloch
auf den zuletzt genannten folgt. Die Einlaßbohrung kann zwischen dem
ersten und dem zweiten Abschnitt einen dritten Abschnitt mit einem Durchmesser
von ca. 10 mm aufweisen. Der erste, der zweite und der dritte Abschnitt
sind vorzugsweise zylinderförmig
und weisen übereinstimmende
Zylinderachsen auf. Das Auslaßloch
der Düsen
erwei tert sich vorzugsweise konisch zu einem Düsenauslaßbereich mit einem Durchmesser
von ca. 60 mm. Es erübrigt
sich, darauf hinzuweisen, daß die
genannten numerischen Werte lediglich grobe Leitwerte darstellen,
von denen in beide Richtungen abgewichen werden kann, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen. Wesentlich ist, daß die Düsen so konstruiert sind, daß das Gas
ohne lokale Druckspitzen auf die Glasfläche trifft, wodurch Strahlmarkierungen
verhindert werden.
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Gemäß einer
wesentlichen Entwicklung der Erfindung ist die obere Wand der Kammer
von einem dünnen,
porösen
Gewebe aus einem wärmebeständigen Material
bedeckt. Dieses Gewebe trägt
in hohem Maße
dazu bei, daß der
Gasstrom über
die Fläche
der oberen Wand der Kammer gleichmäßig eingestellt wird. Das Gewebe
bildet auch einen Bereich mit gleichmäßiger Temperatur, was dazu
beiträgt,
die Kühlgeschwindigkeit,
die Wärmeverteilung
und die Spannungsverteilung gleichmäßig zu halten. Unter diesem
Gesichtspunkt ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gewebe aus
einem wärmeleitenden
Material, vorzugsweise korrosionsbeständigem Stahl (rostfreiem Stahl)
gefertigt ist.
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Hinsichtlich
der Kammer kann prinzipiell jedes ausreichend temperaturbeständige Material
in Betracht gezogen werden. Vorzugsweise ist die Kammer jedoch aus
einem keramischen Werkstoff gefertigt. Vorzugsweise sind Heizelemente
in der Kammer installiert, wobei insbesondere ein elektrisches Heizen
in Betracht gezogen wird.
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Vorstehend
wurde ausgeführt,
daß der
erste Abschnitt der Einlaßbohrungen
vorzugsweise einen Durchmesser von ca. 3 mm aufweisen sollte. Dieser Wert
bezieht sich auf Keramikkammern, da keine kleineren Durchmesser
in Keramik gebohrt werden können.
Werden andere Materialien für
die Kammer verwendet, können
nötigen falls
kleinere Durchmesser verwendet werden, wodurch das Tragverhalten und
die Temperaturverteilung des Gaskissens noch vorteilhafter eingestellt
werden können.
Insgesamt überwiegen
jedoch die Vorteile der Keramikkonstruktion.
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Hierbei
ist die Kammer vorzugsweise als einstückiges Formteil ausgebildet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Beispiele der Ausführungsform
im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
diagrammartige Darstellung eines vertikalen Querschnitts durch eine
Anlage, in die die erfindungsgemäße Vorrichtung
integriert ist;
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2 eine
Draufsicht der Anlage gemäß 1;
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3 eine
Teildraufsicht einer ersten Form einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 eine
Teildraufsicht einer zweiten Form der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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5 einen
Schnitt durch eine erste Düsenkonstruktion;
und
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6 einen
Schnitt durch eine zweite Düsenkonstruktion.
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Die
Anlage gemäß den 1 und 2 umfaßt einen
Vorheizofen 1, der dem Vorheizen der Glasscheiben 2 eines
Glasscheibenpaars dient. Die Glasscheiben 2 werden auf
Rollen 3 durch den Ofen befördert, dessen Abmessungen im
Bereich des Ofenausgangs reduziert sind, da die erwärmten Glasscheiben
verformbar sind und daher eine intensivere Unterstützung erfordern.
Auf den Vorheizofen 1 folgt eine Biegestation 4 mit
einer ringförmigen Glasbiegeform 5,
die hinsichtlich der Kontur und der Höhe der gewünschten Form der Glas scheibe
nach dem Biegen entspricht, und einer Vakuumform 6 mit vollem
Oberflächenkontakt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine in 1 diagrammartig
dargestellte Gaskammer 7 zur Erzeugung des Gaskissens.
Die Kammer 7 hat eine obere Wand 10, wie die in
den 3 und 4 in Teildraufsichten gezeigte,
und ist von der Ringform 5 umgeben. Die obere Wand kann,
allgemein ausgedrückt,
hinsichtlich der Kontur und der Höhe der gewünschten Form der herzustellenden Glasscheibe
entsprechen, wobei, wie vorstehend erwähnt, die Tatsache berücksichtigt
werden muß,
daß die
Kammer geringfügig
kleiner als die Ringform 5 (und damit auch die Glasscheibe)
ist, wodurch die Kammer durch die Ringform hindurchgeführt werden kann.
Alternativ kann die obere Wand der Kammer eine Form aufweisen, die
eine allgemeinere Annäherung
an die Form der gewölbten
Glasscheibe ist, und zur Herstellung gewölbter Glasscheiben für mehrere unterschiedliche
Fahrzeuge verwendet werden. Wenn nur ein moderater Grad an Biegung
erforderlich ist, kann die obere Wand der Kammer flach sein.
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Gemäß 1 dient
die Kammer 7 der Erzeugung eines Gaskissens, wobei ihr
unter Druck stehendes Gas (beispielsweise Luft) von einer Druckgasquelle
zugeführt
wird, die diagrammartig dargestellt und durch das Bezugszeichen 21 bezeichnet ist.
Die Glasscheiben 2 werden auf dieses Gaskissen befördert, sowie
sie den Vorheizofen 1 verlassen. Die Kammer 7 wird
dann gesenkt und plaziert die jeweilige Glasscheibe 2 auf
der Ringform 5. Gleichzeitig wird die Vakuumform nach unten
bewegt, um die jeweilige Glasscheibe 2 durch Ansaugen aufzunehmen und
sie in die gewünschte
Form zu bringen. Eine Transportvorrichtung 8, beispielsweise
eine Rollenfördereinrich tung
(2) dient dem Befördern der gewölbten Glasscheiben 2 in
einen Kühlofen 9.
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Wie
in 3 gezeigt, weist die obere Wand 10 der
Kammer 7 einen mittleren Bereich 11 sowie Kantenbereiche 12 und 13 auf,
deren ungefähre Grenzen
durch eine gestrichelte Grenzlinie dargestellt sind. Die Kantenbereiche 12 sind
den längeren Seiten
und die Kantenbereiche 13 den kürzeren Seiten zugeordnet. Die
Fläche
des mittleren Bereichs 11 entspricht in etwa der Summe
der Flächen
der Kantenbereiche 12 und 13, wodurch die Grenze
des mittleren Bereichs 11 einen Verlauf aufweist, der dem Verlauf
der Kante der oberen Wand 10 der Kammer 7 geometrisch ähnelt.
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Die
Düsen 14 (5 und 6),
von denen in den 3 und 4 nur die
Düsenauslaßbereiche 15 gezeigt
sind, verlaufen durch die obere Wand 10 der Kammer 7.
Der Grad der Perforation des mittleren Bereichs 11 der
Wand 10 ist kleiner als der Grad der Perforation der Kantenbereiche 12 und 13. Der
Grad der Perforation ist im Rahmen der Erfindung als Summe der Düsenauslaßbereiche 15 des jeweiligen
Bereichs 11, 12, 13 in bezug auf die
Gesamtfläche
des Bereichs 11, 12, 13 definiert. Das Verhältnis zwischen
dem Grad der Perforation des mittleren Bereichs 11 und
dem Grad der Perforation der Kantenbereiche 12 und 13 beträgt im vorliegenden
Fall ca. 0,75, wobei der Grad der Perforation des mittleren Bereichs
ca. 0,2 beträgt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
erzeugt ein gleichmäßiges Gaskissen,
wobei durch den geringeren Grad an Perforation im mittleren Bereich 11 sichergestellt
wird, daß das
Gas ungehindert über
die Kantenbereiche abgegeben kann. Da die Düsen 14 in die Wand 10 integriert
sind und auf Auslaßöffnungen
oder -schlitze in der Wand 10 verzichtet wird, können in
den Glasscheiben 2 keine Kühlschatten entstehen.
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Die
Form der Ausführungsform
gemäß 4 unterscheidet
sich durch eine etwas andere Form und ferner durch die Tatsache
von der gemäß 3,
daß hier
das Verhältnis
zwischen dem Grad der Perforation des mittleren Bereichs 11 und
dem Grad der Perforation der Kantenbereiche 12 und 13 ca.
0, 8 und der Grad der Perforation des mittleren Bereichs ca. 0,25
betragen. Auch hier können
aus den im Zusammenhang mit 3 genannten
Gründen
keine Kühlschatten
auftreten.
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Überdies
stellt auch die Konstruktion der Düsen 14 selbst sicher,
daß Strahlmarkierungen
verhindert werden. Die erste Form der Ausführungsform der Düsenkonstruktion
ist in 5 gezeigt. Gemäß der Figur
hat die Düse 14 eine
Einlaßbohrung 22,
die sich in der Strömungsrichtung
abrupt erweitert und auf die ein Auslaßloch 16 folgt. Die
Einlaßbohrung weist
einen ersten zylindrischen Abschnitt 17 auf, dessen Durchmesser
im vorliegenden Fall 4 mm beträgt.
Darauf folgt ein zweiter zylindrischer Abschnitt 18 mit
einem Durchmesser von 20 mm. Anschließend erweitert sich das Auslaßloch 16 zum
Düsenauslaßbereich 15 mit
einem Durchmesser von 60 mm konisch. Durch diese Düsenkonstruktion
kann das aus dem ersten Abschnitt 17 austretende Gas bei
einem entsprechenden Druckaufbau verlangsamt und bei einem weiteren
Druckaufbau über
das Auslaßloch 16 gleichmäßig über den
jeweiligen Bereich des Gaskissens verteilt werden.
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Die
Form der Ausführungsform
gemäß 6 unterscheidet
sich von der gemäß 5 durch die
Tatsache, daß der
erste zylindrische Abschnitt 17 der Einlaßbohrung 22 einen
Durchmesser von nur 3 mm hat und daß zwischen diesem Abschnitt
und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 18 ein dritter
zylindrischer Abschnitt 19 mit einem Durchmesser von 10 mm
vorgesehen ist, wodurch jeweils kur ze, konische Übergangszonen zwischen den
Abschnitten 17 und 19 und 19 und 18 geschaffen
werden. Der gleichmäßige Eintritt
des Gases in das Gaskissen wird durch diese Düsenkonstruktion weiter unterstützt.
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Zudem
zeigt 6 die Anordnung eines Gewebes 20 aus
rostfreiem Stahl, das dazu dient, den Gasstrom zusätzlich gleichmäßig zu halten
und überdies über die
gesamte untere Fläche
des Gaskissens eine gleichmäßige Temperatur
einzustellen.
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Die
Kammer 7 ist als einstückige
Form aus Keramik ausgebildet. Dadurch ist der realisierbare minimale
Durchmesser des ersten Abschnitts 17 der Einlaßbohrung
der Düse 14 auf
ca. 3 mm begrenzt. Es können
auch andere Werkstoffe verwendet werden, möglicherweise mit dem Vorteil,
daß der
Durchmesser des ersten Abschnitts 17 weiter verringert werden
kann. Überdies
kann die Kammer 7 geheizt werden, insbesondere durch in
der Nähe
der oder in der Wand 10 der Kammer 7 installierte
elektrische Heizelemente. Dies dient dem Erzielen einer genauen
Einstellung der Temperatur des Gaskissens. Das Gas stammt aus einer
geeigneten Druckgasquelle und wird in bereits erwärmten Zustand
zugeführt.