Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Schwebe-Trocknen einer laufenden Bahn. Beim Trocknen einer sich
bewegenden Bahn aus Material wie Papier, Folie oder einem
anderen Bogenmaterial ist es oft wünschenswert, die Bahn während des
Trocknungsvorgangs berührungsfrei zu halten, um eine
Beschädigung an der Bahn selbst oder an einer beliebigen Druckfarbe oder
Beschichtung auf der Oberfläche der Bahn zu vermeiden. Eine
normale Anordnung zum berührungsfreien Halten und Trocknen einer
sich bewegenden Bahn weist obere und untere Gruppen von
Luftschienen auf, die sich längs einer im wesentlichen horizontalen
Ausdehnung der Bahn erstrecken. Aus den Luftschienen
ausströmende erwärmte Luft hält die Bahn schwebend und beschleunigt deren
Trocknung. Typischerweise befindet sich die Anordnung der
Luftschienen im Inneren eines Trockner-Gehäuses, das auf einem
leichten Unterdruck gehalten werden kann durch ein Sauggebläse,
das von der Bahn austretende flüchtige Stoffe absaugt, zum
Beispiel als Folge der Trocknung der darauf befindlichen
Druckfarbe.
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Ein Beispiel eines solchen Trockners kann in dem US-Patent
Nr. 5,207,008 gefunden werden. Dieses Patent offenbart einen
Luft-Schwebe-Trockner mit eingebautem Nachverbrenner, in dem
oberhalb und unterhalb der sich bewegenden Bahn eine Vielzahl
von Luftschienen zum berührungsfreien Trocknen der
Bahnbeschichtung angeordnet ist. Insbesondere stehen die Luftschienen mit
einem komplizierten Verteilerrohrsystem in Luft aufnehmender
Verbindung und blasen Luft in Richtung der Bahn, um diese zu
halten und zu trocknen, wenn sie sich durch das Gehäuse des
Trockners bewegt.
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Im Stand der Technik wurden verschiedene Versuche zur
Verringerung der Länge und/oder zur Erhöhung des Nutzeffekts und
der Übertragungsgeschwindigkeit von solchen Trocknern unternommen.
Zu diesem Zweck wurde zum Trocknen der Bahn
Infrarotstrahlung entweder allein oder in Verbindung mit Luft genutzt. Jedoch
ist der Einbau von Infrarot-Strahlungseinrichtungen in normalen
Konvektionstrocknern oft schwierig, wobei Einkauf und Betrieb
der Ausrüstung teuer sind.
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Das US-Patent Nr. 4,698,914 offenbart einen Trockner mit
einer Reihe von Sektionen, wobei jede Sektion zumindest eine
Gasausströmvorrichtung des Drucktyps und eine
Gasausströmvorrichtung des Saugtyps wie eine Luftschiene bzw. eine Tragfläche
aufweist. Die Vorrichtung des Drucktyps ist so angeordnet, daß
das Auftreffen von Gas auf der Bahnseite, die der beschichteten
Seite gegenüberliegt, und unter einem Winkel bezogen auf die
Transportrichtung der Bahn von im wesentlichen 90º bewirkt wird.
Die Vorrichtung des Saugtyps ist so angeordnet, daß das
Auftreffen von Gas auf der der beschichteten Seite gegenüber liegenden
Bahnseite und unter einem Winkel von etwa 0,5º bis 5º bezogen
auf die Transportrichtung der sich bewegenden Bahn bewirkt wird.
Infolge dessen ist der Bahnzwischenraum vergrößert und
Bahnmängel werden reduziert.
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Das US-Patent Nr. 3,979,038 offenbart einen Schwebe-Trockner
mit einer Vielzahl von Blaskästen, die mit Öffnungen für einen
Luftstrom gegen eine schwebende Bahn und mit Fixierkammern
versehen sind, die in einem kleineren Abstand von der Bahn als die
Blaskästen angeordnet sind. Die Fixierkammern besitzen
Öffnungen, die schräg zur Ebene der Bahn gerichtet sind, wobei
zumindest ein Blaskasten mit über seine Ebene verteilten Öffnungen
direkt vor einer Fixierkammer angeordnet ist.
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Die FR-A-1566767 offenbart eine Schwebe-Luftschiene mit
einer Gesamtfläche der Gasausströmdüsen, die 1 bis 5% der
Wandfläche entspricht, in der die Düsen auftreten.
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Die US-A-3,982,328 offenbart einen Trockner, in dem eine
Bahn zwischen zwei Anordnungen von Luftschienen vorwärts bewegt
wird, in denen eine Lochschiene der einen Anordnung einer
Coanda-Schiene der anderen Anordnung gegenüber liegt, und die
Lochschienen und Luftschienen längs jeder Anordnung miteinander
abwechseln. Der Patentanspruch 1 ist abgegrenzt gegenüber der
US-A-3,982,328.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bahn-Schwebe-
Trockner und ein Verfahren zum Schwebe-Trocknen einer sich
bewegenden Bahn, wobei eine Kombination von. Luftschienen und
Lochschienen verwendet wird. Obwohl in der gesamten vorliegenden
Erfindung mehrere Düsen genutzt werden können, werden weniger
Luftschienen verwendet. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der
von Luftschienen benötigten genauen Toleranz, die ihre
Herstellungskosten erhöht. Die Verwendung von Lochschienen erlaubt
außerdem eine Reduzierung der Leistungsforderungen und der
Funktion bei geringeren Düsengeschwindigkeiten ohne Preisgabe des
Wirkungsgrades der Wärmeübertragung und tatsächlich in manchen
Fällen die Verstärkung des Wärmeübergangs.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
den Wärmeübertragungsprozess in einem Luft-Schwebe-Trockner zu
verbessern, ohne die Grund- oder Betriebskosten wesentlich zu
erhöhen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Probleme im Stand der Technik sind durch die vorliegende
Erfindung gelöst worden, die eine Vorrichtung gemäß
Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7
bereitstellt.
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Die Trocknungsfläche der Bahn wird damit durch Luft erwärmt,
die sowohl von den Schwebe-Düsen als auch den Direkt-Auftreff-
Düsen ausströmt. Infolge dessen weist der Trockner eine hohe
Trocknungsgeschwindigkeit in einer kleinen, umschlossenen Kammer
auf, während eine bequeme Arbeitsumgebung aufrecht erhalten
wird.
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Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den
abhängigen Ansprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von
Schwebe-Düsen/Direkt-Auftreff-Düsen nach einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von
Schwebe-Düsen/Direkt-Auftreff-Düsen nach einem alternativen
Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Lochschiene gemäß
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Lochschiene von Fig. 3;
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Fig. 5 ist eine Draufsicht des bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Lochschiene gemäß der vorliegenden. Erfindung;
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Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht einer kombinierten
Schwebe-Düse/Direkt-Auftreff-Düse nach einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 7 ist eine schematische Ansicht der
Versuchsvorrichtung, die zum Messen der Wärmeübergangszahlen genutzt wird;
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Fig. 8 ist eine grafische Darstellung der Versuchsergebnisse
für normale 1X Luftschienen;
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Fig. 9 ist eine graffische Darstellung der Versuchsergebnisse
für eine Kombination aus einer Luftschiene und einer Lochschiene
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 10 ist eine Seitenansicht einer Direkt-Auftreff-Düse
mit zentraler Einspeisung;
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Fig. 10a ist eine Vorderansicht der Düse von Fig. 10;
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Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Kombination
von Luftschiene/Lochschiene nach einem Alternativbeispiel der
vorliegenden Erfindung; und
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Fig. 12 ist eine Draufsicht einer Direkt-Auftreff-Düse
nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine beliebige
spezielle Ausführung der Schwebe-Düse beschränkt ist, ist es
hinsichtlich deren hohen Wärmeübergangs und der ausgezeichneten
Schwebeeigenschaften besser Schwebe-Düsen zu verwenden, die den
Coanda-Effekt (Umlenkung tangentialer Strömung) wie die HI-FLOAT®
Luftschiene zeigen, die bei Megtec Systems, Inc. handelsüblich
erhältlich ist. Normale 1X HI-FLOAT® Luftschienen sind
gekennzeichnet durch einen Abstand zwischen den ScJalitzen von 6,4 cm
(2,5 Zoll); einer Schlitzbreite von 1,8 bis 1,9 mm (0,070 bis
0,075 Zoll), normalerweise 1,84 mm (0,0725 Zoll); einer
eingerichteten Teilung von 25,4 cm (10 Zoll); und einem
Bahn-Luftschiene-Abstand von 3,2 mm (1/8 Zoll). Die Größe der
Luftschienen kann größer oder kleiner sein. Zum Beispiel können
Luftschienen mit dem ¹/&sub2;, 1,5-, 2- und 4-fachen der Standardgröße
verwendet werden. Luftschienen mit der 2-fachen Standardgröße
sind durch einen Schlitzabstand von 12,7 cm (5 Zoll) und
Schlitzbreiten von 3,5 bis 3,7 mm (0,140 bis 0,445 Zoll)
gekennzeichnet, die als "2X Luftschienen" bei Megtec Systems, Inc.
handelsüblich erhältlich sind. Im allgemeinen ergibt sich aus
dem größeren Abstand zwischen den Schlitzen ein größeres
Luftdruckpolster zwischen der Luftschiene und der Bahn, was eine
Vergrößerung des Luftschienenabstandes erlaubt. Eine weitere
geeignete Schwebe-Düse, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, ist die im US-Patent Nr. 4,901,449
offenbarte Tri-Schwebe-Luftschiene.
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Einrichtungen zur Erzeugung eines direkten Auftreffens von
Luft auf die Bahn wie eine Direkt-Auftreff-Düse mit einer
Vielzahl von Öffnungen, wie eine Schiene mit Lochanordnung oder eine
Schiene mit Schlitzen, bewirken für ein vorgegebenes Luftvolumen
und Düsengeschwindigkeit eine höhere Wärmeübergangszahl als eine
Schwebe-Düse. Wie zwischen der Schiene mit Lochanordnung und der
Schiene mit Schlitzen bewirkt erstere eine höhere
Wärmeübergangszahl für ein vorgegebenes Luftvolumen bei gleichen
Düsengeschwindigkeiten. Obwohl ein Ziel jedes Trockner-Systems
offensichtlich der maximale Wärmeübergang ist, können andere
Gesichtspunkte wie Luftvolumen, Düsengeschwindigkeit,
Luftleistung, genaues Schweben der Bahn, Trocknergröße,
Übertragungsgeschwindigkeit der Bahn usw. die Größe, mit der ein
optimaler Wärmeübergang erzielt werden kann, und somit die
geeignete Ausführung der Direkt-Auftreff-Düse beeinflussen.
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Wenden wir uns jetzt Fig. 1 zu, in der eine bevorzugte
Anordnung von Schwebe-Düsen/Direkt-Auftreff-Düsen schematisch
dargestellt ist, wobei Schwebe-Düsen oder Luftschienen mit "AB"
bezeichnet und Direkt-Auftreff-Düsen oder Lochschienen mit "HB"
bezeichnet sind. Zwischen einer oberen Anordnung und einer
unteren Anordnung von Schwebe-Düsen/Direkt-Auftreff-Düsen liegt eine
horizontale Bahn W. Sowohl in der oberen Anordnung als auch in
der unteren Anordnung befindet sich jede Lochschiene HB zwischen
zwei Luftschienen AB. Gegenüber jeder Lochschiene HB liegt eine
Luftschiene AB. Diese Anordnung zeigt einen Wärmeübergang und
Schwebeeigenschaften der Bahn, die ausgezeichnet sind. Für die
1X Luftschiene sollte der Abstand zwischen den Mittelpunkten der
Luftschiene AB oder "Teilung der Luftschiene" zwischen 25 und
76 cm (10 und 30 Zoll), vorzugsweise 35,6 cm (14 Zoll) betragen.
Dieser Abstand würde den Maßstab für andere Größen von
Luftschienen wie die 2X Luftschiene proportional festlegen.
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In Fig. 2 ist eine weitere geeignete Anordnung von Schwebe-
Düsen/Direkt-Auftreff-Düsen schematisch gezeigt, in der mehrere
der Lochschienen keine entsprechenden Luftschienen oder
Lochschienen aufweisen, die einander direkt gegenüberliegen.
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Wenden wir uns jetzt Fig. 3 und 4 zu, in denen ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Lochschiene 10 mit
Direkt-Auftreff-Düsen für Graphik-Anwendungen gezeigt ist. Die Lochschiene
10 ist in Luft aufnehmender Verbindung mit einem Verteilerrohr
11 montiert, das eine Öffnung 13 aufweist. Das Verteilerrohr 11
führt Luft in die Kammer 12 der Lochschiene ein. Die Luft tritt
aus der Lochschiene 10 über eine Vielzahl von Öffnungen aus, die
in diesem Fall beabstandete, kreisförmige Löcher in der oberen
Fläche 14 der Luftschiene 10 sind. Die obere Fläche 14 der
Lochschiene 10 hat vorzugsweise die Form einer Krone und nähert sich
dem mittleren Scheitelpunkt 15 in einem Winkel von etwa 5%
Diese Ausführung fördert das Strömen der Umkehrluft nach dem
Auf treffen auf die Bahn W über die Kanten der Lochschiene 10.
Eine flachere obere Fläche 14 neigt dazu, daß sich die
Umkehrluft an der Seite der Lochschiene in Querrichtung zur Bahn nach
unten bewegt, was nicht wünschenswert ist. Der Winkel der Krone
kann von etwa 0º bis etwa 10º variieren. Im allgemeinen ist der
Winkel der Krone umso größer, je näher sich die Lochschiene an
der Bahn befindet. Lochschienen, die sich im großen Abstand von
der Bahn befinden, könnten flach sein.
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Das spezielle Muster und die Ausführung von Öffnungen in
der oberen Fläche 14 der Lochschiene 10 ist nicht entscheidend,
solange eine relativ gleichmäßige Bedeckung der Bahn vorgesehen
ist, wobei das Auftreffen von Luft nicht direkt über der Mitte
des durch eine gegenüber liegende Luftschiene erzeugten
Druckpolsters stattfindet. Das Öffnungsgebiet in Prozent einer
Lochschiene oder einer Luftschiene wird durch die folgende Gleichung
definiert:
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[ Acsperfini]/AT · 100
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wobei:
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j = Anzahl von Lochungstypen,
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Acsperf = Querschnittsfläche eines Lochungstyps,
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n = Anzahl von Kopien eines Lochungstyps,
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AT = äußerer Flächenbereich der Oberseite von Loch-
oder Luftschienen, wo Lochungen liegen.
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Das prozentuale Öffnungsgebiet der Lochschiene 10 beträgt
von 1,8 bis etwa 7,5% der Gesamtfläche der Lochschiene,
vorzugsweise etwa 2,4% der Gesamtfläche der Lochschiene. Das gesamte
wirksame Öffnungsgebiet des Trockners wird durch die folgende
Gleichung definiert:
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[ (Aopen)(ni)(Cdi)]/AOberfläche erhitzte Bahn · 100
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wobei:
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Aopen = Öffnungsgebiet in % 1/100 X AOberseite des Stabtyps,
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n = Anzahl von Duplikaten eines Stabtyps,
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j = Anzahl von Stabtypen im Trockner,
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Cd = Durchflusskoeffizient des Stabtyps,
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AOberfläche der erhitzten Bahn = gesamter Oberflächenbereich der Bahn, die
erhitzt wird.
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Das wirksame Öffnungsgebiet des Trockners kann gemessenen
oder berechneten Durchflusskoeffizienten zugrunde gelegt werden
und liegt vorzugsweise im Bereich von 1,4% bis 4%, am besten
bei 1,5% des gesamten Bereichs der Bahnfläche, der im Trockner-
Gehäuse erhitzt wird. Im in Fig. 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel wird der Öffnungsbereich der Lochschiene mit 8
horizontalen Reihen 25a-25h kreisförmiger Löcher 18 realisiert, wobei
jede horizontale Reihe von Löchern 18 aus 31 Löchern besteht,
die in Abständen von 46 mm (1,83 Zoll) beabstandet sind.
Fachleuten sollte verständlich werden, daß die Anzahl der Lochreihen
und die Anzahl von Löchern pro Reihe teilweisse in Abhängigkeit
von der Größe der Lochschiene für die Anwendung variieren kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel beginnt die obere Reihe 25a
12,4 mm (0,488 Zoll) von der Seitenkante 20 der Lochschiene und
10,7 mm (0,421 Zoll) von der oberen Kante 21a und der unteren
Kante 21b. Jede nachfolgende horizontale Reihe 25b-25h ist um
weitere 5,8 mm (0,229 Zoll) von der Seitenkante 20 beabstandet.
Jede horizontale Reihe 25a-25h ist vertikal von ihrer
benachbarten Reihe um 11,5 mm (0,454 Zoll) beabstandet, ausgenommen
die Reihen, die der Schienenmitte am nächsten liegen. Um eine
Störung der Bahn im engen Abstand zur Bahn zu reduzieren, ist es
besser, daß die Mitte der Lochschiene frei von Löchern ist.
Vorzugsweise sind die Abmessungen dieses von Löchern freien,
mittleren Abschnitts so, daß darin zwei symmetrische Lochreihen
aufgenommen werden könnten, falls solche Löcher vorhanden wären.
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Wenn die Öffnungen der Lochschiene eine andere Gestaltung
wie rhombische, quadratische oder rechteckige Schlitze
aufweisen, besitzen sie vorzugsweise einen äquivalenten Durchmesser
von etwa 1,5 bis 12,7 mm (0,06 bis 0,5 Zoll). Außerdem können
die Schlitze 70 gemäß Fig. 12 entlang der Schienenlänge
fortlaufend sein.
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Obwohl in Fig. 4 eine Lochschiene mit hinterer Zuführung
gezeigt ist, kann abhängig von der Anwendung auch eine
Ausführung mit mittlerer Zuführung genutzt werden, wie in Fig. 10
veranschaulicht.
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In Abhängigkeit von der Größe der Löcher 18 kann besonders
in der Bearbeitungsrichtung ein "Pfeifen" und Kräuseln der Bahn
oder Faltprobleme auftreten. Diese Probleme sollten auf ein
Minimum zurück geführt werden, ohne bei den guten Schwebe-
und Wärmeübergangseigenschaften einen Kompromiss einzugehen.
Lochdurchmesser von 4,2; 4,4 und 4,8 mm (0,164; 0,172 und
0,1875 Zoll) führen bei Graphik-Anwendungen zu einem geringen
Bahnkräuseln und Pfeifen, wobei speziell Lachdurchmesser von
4,8 mm (0,1875 Zoll) bevorzugt werden. Die wahlweise Verwendung
eines Lochschienen-Luftverteilers (nicht gezeigt), der mit
Flanschen 9 (Fig. 3) zwischen dem Verteilerrohr 11 und der Kammer 12
verbunden ist, kann auch zur Verringerung des Pfeifens genutzt
werden. In der Kammer 12 der Lochschiene 10 kann auch ein
Durchfluss-Begradiger 30 zur Verbesserung der Eigenschaften des
Luftstroms angeordnet werden.
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Bei einer Optimierung der Schwebe- und
Wärmeübergangseigenschaften ist auch die Höhe der Lochschienen 10 von der Bahn W
von Wichtigkeit. Wenn sich die Lochschienen zu nahe an der
Bahnmittellinie befinden, kann eine Instabilität der Bahn und deren
Aufsetzen auf der Oberseite der Luftschiene auftreten. Jedoch
kann die von der Bahnmittellinie zu weit entfernte Bewegung der
Lochschiene einen nicht erwünschten Abfall (des Wärmeübergangs
bewirken. Folglich ist die Lochschiene von Etwa 3 bis etwa 10
äquivalente Lochdurchmesser (oder Schlitzbreiten) von der Bahn
entfernt. Es werden konkrete Lochschienen-Zwischenräume, die im
Bereich von etwa 3,2 mm bis 44 mm (1/8 bis 1,75 Zoll) von der
Bahn liegen, bevorzugt. Im allgemeinen wird für das in Fig. 2
gezeigte Ausführungsbeispiel der Anordnung von
Luftschienen/Lochschienen ein kleinerer Bahnzwischenraum vorzugsweise weniger
als 12,7 mm (0,5 Zoll) benötigt, wobei die Durchmesser der
Öffnungen der Lochschiene 4,8 mm (0,1875 Zoll) betragen und die
Lochschienen ohne eine gegenüber liegende Luftschiene angeordnet
sind, wobei für das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ein
Bahnzwischenraum bevorzugt wird, der größer ist als 12,7 mm (0,5 Zoll),
vorzugsweise 22 mm (0,875 Zoll), bei dem die Durchmesser der
Öffnungen der Lochschiene 4,8 mm (0,1875 Zoll) betragen und die
Lochschienen einer Luftschiene direkt gegenüber liegen. In
diesem letzteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorzuziehen,
daß die Schlitze der Luftschienen im Bereich von 2,2 oder 2,4 mm
(0,085 oder 0,095 Zoll) liegen. Folglich ist das Verhältnis von
Höhe zu Durchmesser im Ausführungsbeispiel mit nicht direkt
gegenüber liegender Lochschiene weniger als 3, beispielsweise
etwa 0,7 bis etwa 2,7. Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser im
Ausführungsbeispiel mit direkt gegenüber liegender Lochschiene
ist von größer als 3 bis etwa 10, vorzugsweise etwa 4,7.
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Die geeignete Düsengeschwindigkeit liegt im Bereich von
305 bis 3658 m/min (1000 bis 12000 Fuß pro Minute), wobei eine
Düsengeschwindigkeit von etwa 2438 bis 3048 m/ min (8000 bis
10000 Fuß pro Minute) bevorzugt wird.
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Die Luftschienen und Lochschienen brauchen nicht durch die
gleichen Verteilerrohrsysteme gespeist zu werden. Es können
getrennte Verteilerrohre gemäß Fig. 11 verwendet werden,
insbesondere wenn unterschiedliche Betriebsgeschwindigkeiten und/
oder Lufttemperaturen in den Lochschienen und Luftschienen
gewünscht sind. Ein erstes verjüngtes Verteilerrohr 60 mit
einer Vielzahl von Zuführungsöffnungen 65 befindet sich mit
Luftschienen AB in einer Luft aufnehmenden Verbindung. Eine
Luftzufuhr wird in das Verteilerrohr 60 in Richtung des Pfeils
66 eingespeist. Ein zweites verjüngtes Verteilerrohr 61 mit
einer Vielzahl von Zuführungsöffnungen 65' befindet sich mit
Lochschienen HB in einer Luft aufnehmenden Verbindung. Eine
Luftzufuhr wird in das Verteilerrohr 61 in Richtung des Pfeils
67 zugeführt. Eine unabhängige Steuerung der Geschwindigkeiten
kann dort wichtig sein, wo die Anforderungen an den
Wärmeübergang und das Schweben unterschiedlich sind, beispielsweise dort,
wo geringe Spannungen der Bahn eine reduzierte
Schwebegeschwindigkeit erforderlich machen, doch der benötigte Wärmeübergang
der gleiche bleibt.
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Ebenso können die Luftschienen und Lochschienen getrennt
gedrosselt werden, so daß sie mit unterschiedlichen
Düsengeschwindigkeiten arbeiten. In dem in Fig. 6 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Lochschiene 10 einstückig mit einer
Schwebe-Düse AB, wobei eine Lochschienen-Zuführleitung 50 die
letztere aus der Schwebedüse AB speist. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Mitte der Lochschiene 10 um 12,7 cm
(5 Zoll) von der Mitte der Schwebe-Düse AB beabstandet, die
ihrerseits 25,4 cm (10 Zoll) von der Schwebe-Düse AB'
beabstandet ist. Die einstückige Ausführung von
Schwebe-Düse/Lochschiene ist vorzuziehen, um vorhandene Graphik-Trockner
nachzurüsten, die normale Verteilersysteme mit mittlerer Zuführung
aufweisen. Da ein größeres Luftvolumen in die an der Lochschiene
befestigte Schwebe-Düse eintreten muß, müssen die Druckverluste
durch jeden Luftzuführweg geprüft und gesteuert werden, um an
jede Vorrichtung den genauen Luftdurchsatz zu liefern. Eine
Möglichkeit zur Steuerung des Luftstroms in jede Vorrichtung
besteht darin, Drosselklappen wie die beim Bezugszeichen 75 in
jeder Luftschiene und Lochschiene zu verwenden. Der Luftstrom
kann auch durch eine zweckmäßige Ausführung jedes Luftverteilers
gesteuert werden. Jeder Strömungsweg wird geprüft, wobei der
Druckabfall durch jeden Strömungsweg ausgeglichen wird, indem
der geeignete prozentuale Öffnungsbereich des Luftverteilers,
der erforderlich ist, um den Ausgleich des Druckabfalls zu
bewirken, ausgewählt wird. Für Anwendungen ohne Graphik lassen
einige Materialien wie Metallbahnen die Verwendung von Löchern
mit viel größerem Durchmesser zu, da diese Bahnen nicht brüchig
sind und normalerweise hohe Spannungen aufweisen, die die Bahn
flach ziehen. Geeignete äquivalente Öffnungsdurchmesser für
solche Anwendungen können 12,7 mm (0,5 Zoll) groß sein, da sich
die Bahn nicht kräuseln und knittern wird, und großformatige
Öffnungen eine Lochschiene bewirken werden, die wirtschaftlicher
ist. Bei einigen Anwendungsverfahren der Beschichtung ist die
Gleichmäßigkeit des Trocknens entscheidend, wobei in diesem Fall
durchlaufende Löcher anstelle von getrennten Löchern bevorzugt
werden.
Beispiel 1
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Es wurde ein Versuchsstand im Labormaßstab genutzt, um die
örtlichen Wärmeübergangseigenschaften für Einzel- und
Doppeldüsen zu messen. Eine schematische Zeichnung des Versuchsstandes
100 ist in Fig. 7 gezeigt. Der Versuchsstand 100 besteht aus
einem geeichten Wärmeflußsensor 101, der mit der Oberfläche
einer Platte 102, die die Wärmeübertragungsfläche darstellt,
bündig angebracht ist. Die Oberflächentemperatur der Platte 102
wird mit einem Durchfluß von gekühltem Wasser konstant gehalten,
der durch Pfeile 103, 104 dargestellt ist. Eine Heißluftquelle
liefert Zuführluft (durch Pfeil 105 dargestellt) mit geregelter
Temperatur durch eine nachgiebige Leitung 110 zu einer quer
verlaufenden Anordnung von Verteilerrohren 106, die über der
Platte 102 angeordnet ist. Die quer verlaufende Anordnung von
Verteilerrohren 106 enthält eine Fahrvorrichtung 111. Das
Verteilerrohr 106 erlaubt den Einbau von Düsen 112 mit
unterschiedlicher Düsenform in einem Bereich von Zwischenabständen von Düse
zu Platte und von Düsenabständen, wenn Paare getestet werden.
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Das Verteilerrohr 106 überspannt die Platte 102, wobei
Messungen des örtlichen Wärmestroms in Abständen von typischerweise
1/8 Zoll (3,2 mm) aufgezeichnet werden. Der örtliche Wärmestrom
wird durch den Wärmeflußsensor 101 gemessen. Die gemessenen
Werte des örtlichen Wärmeübergangs werden definiert als:
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hL = örtlicher gemessener Wärmestrom/[TLuft - TSensor]
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Die Versuchsvorrichtung schließt die Konvektionsheizung
einer Kühlfläche ein. Die Mitführung von kühlerer Umgebungsluft
muß verhindert werden, anderenfalls kann die Antriebskraft der
Temperatur nicht genau aus der Temperatur der Zuführluft
bestimmt werden. Außerdem ist die Behandlung von verbrauchter
Luft aus den Düsen insbesondere für Mehrdüsen-Anordnungen zu
berücksichtigen. Folglich ist der Versuchsstand umschlossen,
so daß die Ergebnisse repräsentativ sind für das Beheizen
von Bahnen in Schwebe-Trocknern und ähnlichen
Heizschrankausführungen.
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Für eine konstante Wärmeübergangszahl wurde ein Vergleich
des Leistungsbedarfs, der Düsengeschwindigkeit und des
Luftstroms vorgenommen zwischen normalen 1X Luftschienen, die
25,4 cm (10 Zoll) voneinander beabstandet sind (10 Zoll Teilung)
und einen Bahnzwischenraum von 6,35 mm (0,25 Zoll) aufweisen,
und normalen 1X Luftschienen, die 14 Zoll voneinander
beabstandet sind (14 Zoll Teilung) und einen Bahnzwischenraum von
6,35 mm (0,25 Zoll) aufweisen, mit einer zwischen den beiden
Luftschienen auf einen Bahnzwischenraum von 19 mm (0,75 Zoll)
mittig eingestellten Lochschiene. Es wurde ein Öffnungsbereich
der Lochschiene von 3, 3% mit Löchern von 4,2 mm (0,164 Zoll)
Durchmesser verwendet. Die folgende Tabelle 1 stellt die Daten
dar.
Tabelle 1
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* acfm ist der Volumendurchsatz der Luft (ft/min) für eine
vorgegebene Düsenanordnung. Um diesen mit dem Luftstrom zu
vergleichen, der durch eine andere Düsenanordnung verwendet wird,
muß der Volumenstrom durch die Versuchsfläche dividiert werden,
um den Durchsatz des Luftstroms zu erhalten, der ein
normalisierter, direkt vergleichbarer Wert ist.
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Die Daten zeigen, daß die Düsengeschwindigkeit für die
Kombination Luftschiene/Lochschiene viel geringer ist, was
wünschenswert ist, da die Luftkräfte bei geringeren
Geschwindigkeiten nicht so störend auf die Bahn einwirken. Es ist
anzumerken, daß die Kombination von Luftschiene/Lochschiene nur 40%
der Leistung der normalen Luftschienen-Ausführung benötigt.
Beispiel 2
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Unter Verwendung des Labor-Versuchsstandes wurde eine Anzahl
von Messungen der örtlichen Wärmeübergangszahlen für
1X-Luftschienen und Lochschienen vorgenommen. Alle gemessenen
Wärmeübergangszahlen wurden hinsichtlich der Wirkungen der
Wärmestrahlung korrigiert. Diese Korrektur wurde bei 1,2 Btu/hr/ft²/ºF
(6,8 W/m²/ºC) abgeschätzt für die bei den Exoerimenten
verwendeten Lufttemperatur von 210ºF (99ºC) und Plattentemperatur von
70ºF (21ºC). Die Ergebnisse sind in Fig. 8 und 9 als Diagramm
der Wärmeübergangszahl gegenüber der "Position" dargestellt.
"Position" bezieht sich auf die Mitte der zu testenden
Düsenanordnung. In Bezug auf den feststehenden Wärmestromsensor wird
ein Durchlauf der Düsen durchgeführt. Dies läßt Messungen des
örtlichen Wärmeübergangs zu.
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Ein Vergleich der Fig. 8 und 9 zeigt, daß mit der
Lochschiene, die zwischen den zwei Luftschienen angebracht ist, die
Mitte des Diagramms höhere örtliche Wärmeübergangszahlen
aufweist. Die Tests wurden durchgeführt, indem vergleichbare
Geschwindigkeiten des Luftstroms genutzt wurden.