DE69822609T2

DE69822609T2 - Hochgeschwindigkeitsinfrarot/konvektionstrockner

Info

Publication number: DE69822609T2
Application number: DE69822609T
Authority: DE
Inventors: W. Allan ROGNE; D. Jeffrey QUASS; G. Michael TESAR
Original assignee: Megtec Systems Inc
Current assignee: Durr Megtec LLC
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1998-01-05
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2018-01-06
Also published as: CA2277773C; JP2001510549A; NO993613D0; JP3621708B2; AU5926298A; BR9806816A; PL334755A1; AU719181B2; EP0961911A4; US6067726A; US5867920A; ATE262668T1; WO1998034079A1; EP0961911B1; PL186433B1; NO993613L; DE69822609D1; CA2277773A1; EP0961911A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bahntrocknungsvorrichtung. Beim Trocknen einer Bahn aus Material, wie zum Beispiel Papier, Folie oder anderes bogenförmiges oder planares Material, ist es häufig gewünscht, dass die Bahn schnell getrocknet wird und dass die Länge des Trockners bezüglich Platzerfordernis und Kosten bestimmte Grenzen nicht überschreitet. Im Stand der Technik sind verschiedene Versuche gemacht worden, um die Länge zu vermindern und/oder die Effizienz und Vorschubgeschwindigkeit von Bahntrocknern zu erhöhen. Diesbezüglich wurde Infrarotstrahlung entweder allein oder in Kombination mit Luft angewendet, um die Bahn zu trocknen. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4,936,025 ein Verfahren zum Trocknen einer sich bewegenden Bahn, indem die Bahn kontaktlos durch mehrere Trocknungsspalte geführt wird. Somit wird die Bahn durch einen Infrarotbehandlungsspalt geführt, in dem die Bahn von einer Infrarot-Einheit mit Infrarot-Strahlung bestrahlt wird, und dann wird die Bahn in einen Lufttrocknungsspalt geführt, in dem die Bahn durch Aufblasen von Gas von einer Schwebebahntrocknereinheit getrocknet wird, durch die die Bahn gleichzeitig berührungslos abgestützt wird. Außerdem offenbart das US-Patent Nr. 4,756,091 einen Hybrid-Trocknungsofen, der mit gasbeheizter Luft und Infrarotstrahlung arbeitet, bei dem Streifen von Infrarotheizeinrichtungen mit Einströmdüsen für beheizte Luft der Länge nach angeordnet sind. Das US-Patent Nr. 5,261,166 offenbart einen Kombinationstrockner, der mit Infrarotstrahlung und Luftströmung arbeitet, bei dem eine Vielzahl von Luftbalken für ein kontaktloses Konvektionstrocknen der Bahn über und unter der Bahn montiert sind, und zwischen den Luftbalken ist eine Vielzahl von mit Gas befeuerten Infrarotbrennern ist montiert.
Die US 4,658,512 offenbart einen Trockner gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei vielen herkömmlichen Infrarottrocknern geht jedoch ein großer Teil der durch die Infrarotenergiequelle zugeführten Wärme durch Transmission, Reflektion und Strahlung in die Umgebung verloren. Außerdem müssen die Infrarotelemente kontinuierlich ein- und ausgeschaltet werden, um ein Verbrennen der Bahn zu verhindern. Dadurch wird die Effizienz vermindert und die Lebensdauer der Infrarotelemente kann verkürzt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen effizienteren kombinierten Infrarot/Konvektionsofen oder Infrarot/Konvektionstrockner zum Trocknen für sich bewegende Bahnen zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optimale Steuerung von einem Infrarot/Konvektionsofen zur Verfügung zu stellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Infrarot- und Konvektionstrocknen zur Verfügung zu stellen, wobei die sich bewegende Bahn schwebend gehalten wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Erfordernis des kontinuierlichen Ein- und Ausschaltens der Infrarotelemente zu vermeiden.
Die Probleme des Standes der Technik wurden mit Hilfe der vorliegende Erfindung überwunden, durch die ein kombinierter Infrarot/Konvektionstrockner gemäß Anspruch 1 zur Verfügung stellt. Folglich ist eine Verschlussbaugruppe zwischen der Infrarotstrahlungsquelle und der sich bewegenden Bahn vorgesehen, um die Bahn wahlweise der Infrarotstrahlung auszusetzen. Die Effizienz des Trocknens wird optimiert, indem erhitzte auftreffende Luft mit hoher Geschwindigkeit an den Enden in Maschinenrichtung und zwischen den Infrarotelementen zugeführt wird. Die auf die Bahn ausgestoßene Luft wird erhitzt, wenn sie über die Elemente zu einem zentral angeordneten Luftrückführkanal gesaugt wird. Die zurückgeführte Luft wird in den Einlass von einem nahegelegenen gekoppelten Zuführgebläse gesaugt, das dann die Luft in Richtung auf die Düsen ausstößt. Ein Teil der Luft wird außerdem in die Atmosphäre abgegeben, um das Ofengehäuse in einem Unterdruckzustand zu halten, wodurch frische Ausgleichs-Luft durch den Bahneinlass- und Bahnauslassschlitz in das Ofengehäuse gesaugt wird. Ein verbessertes Trocknen der Bahn und/oder einer Beschichtung der Bahn mit hoher Geschwindigkeit wird erreicht, ohne dass gleichzeitig die Länge des Trockners erhöht wird.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Luftbalken verwendet, um die sich bewegende Bahn schwebend zu halten, um einen Kontakt der Bahn mit den Trocknerelementen zu verhindern.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Trocknen einer sich bewegenden Bahn gemäß Anspruch 8 zur Verfügung.
Die Erfindung wird anhand lediglich eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen:
1 eine Vorderansicht von dem Infrarot/Konvektionsofen gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Draufsicht von der Verschlussbaugruppe zur Verwendung in dem Trockner der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Vorderansicht von der Verschlussbaugruppe entlang Linie B-B aus 2 ist;
4 eine Seitenansicht der Verschlussbaugruppe entlang Linie A-A aus 2 ist;
5 eine detaillierte Ansicht ist, die die Verbindung von einem Verschluss mit dem Steuermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine Vorderansicht von dem Ofen mit einer nahegelegenen gekoppelten Gebläsebaugruppe ist; und
7 eine schematische Querschnittsansicht von einem Infrarot/Konvektionsflotationsofen gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen, in der allgemein bei 10 ein Trockner oder Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Der Ofen 10 ist durch ein Gehäuse 11 gebildet, das vorzugsweise isoliert ist und eine Bahneinlassöffnung 12, um das Eintreten einer Bahn W in das Gehäuse zu ermöglichen, sowie eine Bahnauslassöffnung 13 aufweist, die von dem Einlass 12 beabstandet ist, um das Austreten der Bahn W aus dem Gehäuse zu ermöglichen, wie gezeigt ist. Das Gehäuse 11 kann aus irgendeinem geeigneten, vorzugsweise reflektierenden Material hergestellt sein, wie zum Beispiel Aluminium oder Edelstahl. Eine Vielzahl von beabstandeten Leerlaufwalzen 14a–14n ist vorgesehen, um die Bahn W zu führen und abstützend zu halten, wenn sie sich durch den Ofen 10 von dem Einlass 12 zu dem Auslass 13 bewegt. Es ist bevorzugt, dass die Walzen 14 zumindest unter jeder Quelle der auftreffenden Luft 15a, 15b und 15c angeordnet sind, wie gezeigt ist, da die Bahn W an den Stellen des Auftreffens die größte Abstützung benötigen, um ein Flattern der Bahn zu verhindern, speziell in Fällen mit geringer Zugspannung. Ein Paar Infrarotstrahlungselemente 16, 16a ist in dem Gehäuse 11 befestigt, um das Trocknen der Bahn zu unterstützen.
Die auftreffende Luft wird vorzugsweise stromaufwärts und stromabwärts von jeder Infrarotstrahlungsquelle 16, 16a bereitgestellt, die sich, wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, nahe dem Ofeneinlass 12, nahe dem Ofenauslass und in einer mittleren Position in dem Ofen befinden. Für diesen Zweck sind Luftbalken 15a, 15b und 15c vorgesehen, die durch eine geeignete Anordnung von Kanälen mit einer Luftzufuhrquelle in Verbindung stehen, wie zum Beispiel ein Gebläse. Die speziellen Konfigurationen der Luftbalken 15a und 15c sind ähnlich, und sie sind dazu ausgestaltet, um Luftmesser zu bilden, die einen Stoffaustausch zu der Bahn und Kühlluft zu der Verschlussbaugruppe bewirken. Die Konfiguration des mittleren Luftbalken 15b ist dazu ausgestaltet, um einen Stoffaustausch zu bewirken, um das Trocknen zu unterstützen.
Zwischen den Quellen 15a und 15b der auftreffenden Luft befindet sich eine aus Elementen gebildete Infrarotstrahlungsquelle 16. In Richtung auf das Bahneinlassende ist die Infrarotstrahlungsquelle 16 an der Quelle 15a der auftreffenden Luft mit einem L-förmigen Blech 7 angebracht und vorzugsweise in Richtung auf die Mitte des Ofens nach oben hin abgewinkelt, wie gezeigt ist. Durch den nach oben gerichteten Winkel wird eine ausreichende Überlagerung auf die Nichtantriebs-Leerlaufwalze erzeugt, um eine Antriebskraft für die Walze zu bewirken, so dass die Bahn W auf geeignete Weise durch den Ofen bewegt wird. Auf ähnliche Weise ist zwischen den Quellen 15b und 15c auftreffender Luft eine zweite Infrarotstrahlungsquelle 16a angeordnet, die auf ähnliche Weise mit einem L-förmigen Blech 7a an der Quelle 15c auftreffender Luft montiert und außerdem in Richtung auf die Mitte des Ofens 10 nach oben gerichtet abgewinkelt ist, wie gezeigt.
Verschlussbaugruppen 8 und 9 sind unter den Infrarotelementen 16a bzw. 16 angeordnet, um eine Steuerung der Strahlung zu ermöglichen, wodurch es ermöglicht wird, die Bahn W ohne die Notwendigkeit des Abschaltens der Infrarotquelle(n) zu erreichen. Unter Bezugnahme auf 2 weist jede Verschlussbaugruppe eine Vielzahl von ausgerichteten Lamellen 20 auf, wobei jede Lamelle 20 ihrer benachbarte Lamelle leicht überlappt, wenn sich diese in der geschlossenen Position befinden, wie am besten in 3 zu sehen ist. Die Anzahl der Lamellen 20 in jeder Verschlussbaugruppe kann variieren und hängt von den bestimmten Abmessungen des verwendeten Infrarotheizelements ab. Obwohl die Abmessungen von jeder Lamelle nicht kritisch sind, wurde herausgefunden, dass Lamellen mit einer Breite von 25 mm (1 Zoll) bevorzugt sind, so dass die Lamellen mit einem Mitte-zu-Mitte-Abstand von 24 mm (0,94 Zoll) angeordnet werden können, um die erforderliche Überlappung zu erzeugen. Die Dämpferlamellen 20 sind mit einer reflektierenden Oberfläche versehen, um das Infrarotlicht zurück zu den Infrarotelementen zu reflektieren und von der Bahn wegzulenken.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, in der die Lamellen 20 unter Verwendung einer Stiftanordnung an der Verschlussbaugruppe angebracht sind. Somit ist jedes Ende von jeder Lamelle 20 schwenkbar an einer Klammer 32 an dem Ende von dem Stift 30 befestigt. Das Ende von dem Stift 30 gegenüber der Klammer 32 ist an einem Dämpferdrückverbindungsarm 33 befestigt. Jeder Dämpferdrückverbindungsarm 33 für jede Lamelle 20 ist dann über eine verbindende Kopplung 34 (4) verbunden, die es ermöglicht, dass alle diese Dämpfer bei Betätigung eines Luftzylinders 40 (der außerhalb des Ofens angeordnet ist) verschwenkt werden, der mit einem Zughaken 37 und dann mit der verbindenden Kopplung 34 über das Dämpferverbindungsschwenkelement 35 verbunden ist.
Vorzugsweise basiert das Öffnen und Schließen der Verschlüsse auf der Transportgeschwindigkeit. Bei einem vorbestimmten Transportgeschwindigkeitseinstellpunkt (der durch geeignete Einrichtungen signalisiert werden kann, wie zum Beispiel ein magnetischer Aufnehmer, der mit der Beschichtungslinienantriebswelle verbunden ist) werden die Verschlüsse geöffnet und ermöglichen somit, dass die Bahn der Infrarotstrahlung ausgesetzt wird. In dem Fall, dass die Transport geschwindigkeit unter den Einstellpunkt abfällt, werden die Verschlüsse geschlossen und verhindern ein Verbrennen der Bahn.
Wie in 6 gezeigt, ist ein Zuführ-Lüftergebläse 28 mit dem Ofen verbunden, und insbesondere über ein geeignetes Kanalwerk 40, 41 mit den Luftbalken 15a, 15b und 15c. Das Gebläse 28 ist bemessen, um ausreichend Luft zur Verfügung zu stellen, die ausgestoßen wird, um die Umschließung des Ofens in einem Unterdruckzustand zu halten. Dieser Unterdruck bewirkt ein Einströmen von Luft in den Ofen 10 durch die Bahneinlassund Bahnauslassschlitze 12 und 13. Dämpfer 5 und 6 sind in dem Kanalwerk vorgesehen, um die Strömung von Luft zu und von dem Gebläse 28 zu regulieren. Zurückströmende Luft wird aus den Rückführkanälen 42, 43 in dem Ofen durch das Zuführ-Lüftergebläse 28 gesaugt. Da die Rückführkanäle mittig in dem Ofen 10 angeordnet sind, wird die zurückgeführte Luft über die gesamte Fläche der Infrarotheizelemente geleitet, wodurch die rückgeführte Zuführluft erhitzt wird, um so die Effizienz zu verbessern.
7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem Flotationsdüsen anstelle der Leerlaufwalzen verwendet werden, um eine kontaktlose Abstützung der Bahn zu bewirken. Geeignete Flotationsluftbalken sind zum Beispiel HI-FLOAT^®-Luftbalken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Luftmesser 15a und 15c am Bahneinlass- und Bahnauslassende des Trockners in einer Weise angeordnet, die ähnlich der im vorigen Ausführungsbeispiel ist, und es wird ein Stoffaustausch zur Bahn und Kühlluft zu den Verschlussbaugruppen bereitgestellt, wie schon zuvor. Eine Luftflotationsdüse 150 ist vorzugsweise in der Mitte zwischen Luftmessern 15a und 15b angeordnet. Ähnliche Luftflotationsdüsen 151 und 152 sind unterhalb der Bahn zwischen den Luftmessern 15a' und 15c' angeordnet und bezüglich der Luftflotationsdüse 150 versetzt. Durch Luft, die aus den Luftflotationsdüsen austritt, wird die sich bewegende Bahn abstützend gehalten und schwebend getrocknet. Aus Elementen aufgebaute Infrarotstrahlungsquellen 16 und 16a sind zusammen mit Verschlussbaugruppen (nicht gezeigt) zwischen jedem Luftmesser und der Flotationsdüse 150 oberhalb der Bahn angeordnet, analog zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Wahlweise kann eine Infrarotstrahlungsquelle 160 und eine zugehörige Verschlussbaugruppe (nicht gezeigt) unterhalb der Bahn und zwischen den Flotationdüsen 151 und 152 angeordnet sein, um die Effizienz des Trocknens zu verbessern.
Die Infrarotstrahlungsquellen können oberhalb der Bahn, unterhalb der Bahn oder beides verwendet werden, abhängig von der gewünschten Trocknungskapazität. Auf ähnliche Weise hängt die bestimmte Anordnung der Flotationsdüsen von der Trocknungskapazität ab, vorausgesetzt, dass eine adäquate Abstützung der Bahn erreicht wird.
Ein Infrarot-Pyrometer (nicht gezeigt) ist in dem Steuerschema enthalten, um die Temperatur der austretenden Bahn aufrechtzuerhalten. Die Zeitsteuerung des Öffnen/Schließen der Verschlüsse basiert auf der prozentualen Druckgeschwindigkeit. Die Steuerung für das Öffnen/Schließen der Verschlüsse wird durch einen Bahnreiß-Detektor gesteuert.
Bei Betrieb wird das Zuführ-Lüftergebläse 28 eingeschaltet, und ein Vorheizzyklus wird eingeleitet, indem die Verschlussbaugruppe in ihre geschlossene Position gebracht wird. Das Infrarotelement wird eingeschaltet, und ein gewünschter Temperatureinstellpunkt wird erreicht, wie zum Beispiel 760°C (1400°F). Wenn der eingestellte Punkt erreicht ist (was durch eine geeignete Einrichtung signalisiert werden kann, wie zum Beispiel eine Lampe auf einer Steuertafel), wird die Temperatur anschließend über ein Thermopaar und eine SCR-Steuerung gesteuert.
Bei dem eingestellten Temperaturpunkt ist der Ofen bereit zum Trocknen. Die Verschlussbaugruppe wird geöffnet und geschlossen, und zwar über einen Transportgeschwindigkeits-Steuereinstellpunkt, wie zum Beispiel 36 cm/s (70 Fuß/Minute). Beim Erreichen des Transportgeschwindigkeits-Einstellpunkts werden die Verschlüsse geöffnet, wodurch die Infrarotenergie auf das Medium der Bahn W emittiert wird. Die Steuerung der Temperatur der Elemente wird nun auf die Bahntemperatur verschoben, und zwar über das Bahntemperatur-Infrarotpyrometer und die SCR-Steuerung.
Wenn die Transportgeschwindigkeit bis auf einen Zwischen-Stopp absinkt, wird die Verschlussbaugruppe wieder geschlossen, wenn sie unter den Transportgeschwindigkeits-Steuereinstellpunkt verzögert wird. Die Infrarotelement-Temperatursteuerung übernimmt, wodurch der korrekte Temperatureinstellpunkt beibehalten wird. Die gleiche Abfolge findet in dem Fall des Reißens der Bahn statt.
Vorzugsweise ist ein Sicherheits-Ausschalten vorgesehen, das auf der Temperatur der Infrarotelemente basiert. Zum Beispiel wird in dem Fall, dass die Temperatur der Elemente 980°C (1800°F) erreicht, ein Hochtemperatur-Grenzschalter betätigt und das Element abgeschaltet.

Claims

Infrarot/Konvektionstrockner (10) für eine sich bewegende Bahn (W), mit: einem Trocknergehäuse (11), das einen Bahneinlassschlitz (12) und einen Bahnauslassschlitz (13) aufweist, der von dem Bahneinlassschlitz (12) beabstandet ist; einer Blasseinrichtung (15a, b, c) in dem Gehäuse (11), um zu bewirken, dass Gas auf die Bahn (W) geblasen wird; einem Gebläse (28), das mit der Blaseinrichtung (15a, b, c) in Verbindung steht, um das Gas der Blaseinrichtung (15a, b, c) zuzuführen; einer Infrarotheizeinrichtung (16a, b) in dem Gehäuse (11), um die Bahn (W) mit Infrarotlicht zu bestrahlen und sie zu erhitzen; und Abschirmeinrichtungen (8, 9) in dem Gehäuse (11), wobei die Abschirmeinrichtungen (8, 9) zwischen einer ersten Position, in der es ermöglicht wird, dass abgestrahltes Infrarotlicht auf die Bahn (W) auftrifft, und einer zweiten Position bewegbar sind, in der verhindert wird, dass abgestrahltes Infrarotlicht auf die Bahn (W) auftrifft; einem Rückführkanal (42, 43), der mit dem Gebläse (28) in Verbindung steht, um Gas von dem Trocknergehäuse zu der Blaseinrichtung zurückzuleiten; dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit der Bahn vorgesehen ist und dass die Abschirmeinrichtungen eine Verschlusseinrichtung (8, 9) mit einer Vielzahl von schwenkbaren Lamellen sind, die eine reflektierende Fläche haben, um Infrarotlicht weg von der Bahn zu reflektieren, wenn die gemessene Geschwindigkeit der Bahn unter einen vorbestimmten Wert fällt, und dass die erste Position eine offene Position und die zweite Position eine geschlossene Position ist.
Infrarot/Konvektionstrockner nach Anspruch 1, bei dem der Rückführkanal (42, 43) mittig in dem Trocknergehäuse (11) angeordnet ist.
Infrarot/Konvektionstrockner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Blaseinrichtung eine Vielzahl von Luftdüsen (15a, b, c) aufweist.
Infrarot/Konvektionstrockner nach Anspruch 3, bei dem die Bahn (W) in dem Trockner (10) durch eine Vielzahl von Walzen (14a, b, c) abstützend gehalten ist, die jeweils unter einer Luftdüse (15a, b, c) angeordnet sind.
Infrarot/Konvektionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Blaseinrichtung eine Vielzahl von Flotationsdüsen (150) aufweist.
Infrarot/Konvektionstrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Öffnen und das Schließen der Verschlusseinrichtung (8, 9) von der Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn (W) abhängig ist.
Infrarot/Konvektionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem mit: einer Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn (W); wobei die Verschlusseinrichtung (8, 9) auf die gemessene Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn (W) anspricht und für das wahlweise Ablenken des Infrarotlichts weg von der sich bewegenden Bahn (W) ausgestaltet ist, wenn die gemessene Geschwindigkeit unter einen vorbestimmten Wert fällt.
Verfahren zum Trocknen einer sich bewegenden Bahn (W), mit: Vorsehen eines Trocknergehäuses (11), das einen Bahneinlassschlitz (12) und einen Bahnauslassschlitz (13) hat, der von dem Bahneinlassschlitz (12) beabstandet ist; Bewirken, dass sich die bewegende Bahn (W) durch das Trocknergehäuse (11) bewegt; Messen der Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn (W); Blasen von Gas auf die sich bewegende Bahn in dem Gehäuse (11); wahlweises Strahlen von Infrarotlicht auf die sich bewegende Bahn (W) in dem Gehäuse (11); Ablenken des Infrarotlichts weg von der sich bewegenden Bahn (W) unter Verwendung von Verschlusseinrichtungen (8, 9), die eine Vielzahl von schwenkbaren Lamellen aufweisen, die eine reflektierende Fläche haben, um Infrarotlicht weg von der Bahn zu reflektieren, wenn die gemessene Geschwindigkeit der sich bewegenden Bahn (W) unter einen vorbestimmten Wert fällt; und Rückführen von Gas von dem Trocknergehäuse, um auf die sich bewegende Bahn geblasen zu werden.