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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Entwässern
einer Faserbahn in einer Trockenpartie, vorzugsweise einer Papierbahn,
Zellulosebahn oder Kartonbahn in einer Papiermaschine, wobei die
Trockenpartie eine Anzahl von Trockenzylindern aufweist, durch die
ein Einlass- und Auslasswalzenspalt beim Laufenlassen der Faserbahn
gebildet werden, wobei die Trockenpartie Trocknungsvorrichtungen
zum Verringern des Feuchtigkeitsgehalts der Faserbahn aufweist.
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Die Erfindung bezieht sich ferner
auf eine Trockenpartie zum Entwässern
einer Faserbahn, welche Trockenpartie vorzugsweise zum Trocknen von
Faserbahnen in einer Papiermaschine, wie zum Beispiel Papierbahnen,
Zellulosebahnen oder Kartonbahnen, bestimmt ist und welche Trockenpartie eine
Anzahl Trockenzylinder, durch welche ein Einlass- und Auslasswalzenspalt
beim Laufenlassen der Faserbahn gebildet werden, und eine Blasvorrichtung
zum Blasen von Luft in die Nähe
der Oberfläche der
Faserbahn aufweist.
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Die EP-A-0 559 628 stellt im Einzelnen
einen Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff
der Patentansprüche
1 und 2 dar.
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Eine Trockenpartie ist ein wesentlicher
Teil einer Papiermaschine. Die Trockenpartie dient dazu, den anfänglich hohen
Feuchtigkeitsgehalt einer Papierbahn (oder anderen Faserbahn) derart
zu verringern, dass ihr Trockengehalt auf etwa 90 bis 97% ansteigt,
wenn sie die Trockenpartie verlässt.
Papiermaschinen sind zunehmend schnell geworden, und dies hat zu
dem Erfordernis geführt,
deren Trockenpartien entsprechend länger auszubilden. In der Praxis
bedeutet dies, dass die Trockenpartie ein umfangreicher Teil der
Papiermaschine mit einer beträchtlichen
Länge von
beispielsweise 80 m sein kann und mehrere Trockenzylinder aufweist.
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Es ist natürlich wünschenswert, eine Trockenpartie
so auszuführen,
dass eine weitere Erhöhung
der Laufgeschwindigkeit der Faserbahn, d. h. der Geschwindigkeit
der Papiermaschine, über
das, was üblich
ist, möglich
ist, ohne die Trockenpartie zu kompliziert und umfangreich zu machen.
Das Blasen warmer Luft gegen eine Papierbahn ist ein Mittel zum Verringern
der Länge
der Trockenpartie. Trotzdem ist die Trockenpartie sehr kompliziert
aufgebaut.
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In diesem Zusammenhang beziehen sich
die Begriffe "feuchte
Luft" und "Luft" auf ein Gemisch
aus trockener Luft und Wasserdampf.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, eine beträchtliche
Verbesserung an der Trockenpartie in Faserbahnen verarbeitenden
Maschinen, beispielsweise Papiermaschinen, der Art zu schaffen,
dass die Geschwindigkeit der Maschinen beträchtlich erhöht und gleichzeitig die Zahl
der Trockenzylinder reduziert werden kann und die Herstellungs-
und Betriebskosten verringert sind.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
gelöst,
welches gekennzeichnet ist durch drahtloses Führen der Faserbahn gegen einen porösen Trockenzylinder,
Erwärmen
der Faserbahn durch Strahlungswärme,
welche zur Faserbahn und zum Trockenzylinder gerichtet ist, und
durch seitliches Blasen Vorsehen eines feuchten Luftstroms, welcher
in Maschinenrichtung entlang der Oberfläche der Faserbahn streicht.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Trockenpartie
gelöst,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Entwässerungsvorrichtungen aufweisen:
einen porösen
Trockenzylinder, gegen den die Faserbahn drahtlos geführt angeordnet
ist, eine Heizeinrichtung, welche von der Mantelfläche des
porösen
Trockenzylinders entfernt sowie zur Faserbahn und zum Trockenzylinder
zum Erwärmen der
Faserbahn gerichtet angeordnet ist, wobei die Heizeinrichtung auf
dem Erwärmen
mittels Strahlen mit einer Wellenlänge basiert, die Wassermoleküle aktiviert,
und die Blasvorrichtung, welche seitliche Blasvorrichtungen aufweist,
die zum Vorsehen eines feuchten Luftstroms ausgebildet sind, welcher
entlang der Oberfläche
der Faserbahn streicht.
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Beim Erwärmen kommen elektromagnetische
Wellen, vorzugsweise IR-Strahlen (Infrarotstrahlen) oder Mikrowellen,
zum Einsatz.
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Die seitlichen Blasvorrichtungen
sind vorzugsweise zum Blasen in einer der Bewegung der Faserbahn
entgegengesetzten Richtung ausgebildet, was zu einem schnelleren
Entwässern
führt.
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Wenn die Heizeinrichtung von einer
auf Gasenergie basierenden Art ist und die Flammenwärme ohne
Hindernis gegen die Faserbahn geführt wird, werden besonders
ein guter Wärmeübergang
und ein Entwässerungsprozess
mit hohem Wirkungsgrad erreicht. Das Führen von Wärme ohne Hindernis bedeutet
hier, dass ein Wärme
absorbierendes Material (zum Beispiel ein Keramikmaterial) zwischen
der Faserbahn und der Flamme lediglich teilweise vorhanden ist,
um das gewünschte
Wellenlängenspektrum zu
erreichen, welches somit eine optimale Wärmeverteilung und einen optimalen
Wirkungsgrad ermöglicht.
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Um den Entwässerungsprozess weiter zu beschleunigen,
werden die Blasvorrichtungen vorzugsweise zum Blasen von feuchter
Luft entlang der Innenseite des Trockenzylinders verwendet, wobei der
Luftdruck geringer als der Luftdruck gehalten wird, welcher über der
Faserbahn herrscht. Dies ermöglicht,
die Feuchtigkeit auch von der Faserbahn durch den Trockenzylinder
zu transportieren. Diese Ausführungsform
ermöglicht
ein Beseitigen von Feuchtigkeit von beiden Seiten der Faserbahn.
Ein Teil der Abluft kann auch zum Erwärmen der Zuluft verwendet werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den beigefügten
Ansprüchen
3 bis 16 offenbart.
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Die Verwendung der Heizeinrichtung,
welche auf dem Erwärmen
mittels elektromagnetischer Wellen, beispielsweise Infrarotstrahlen,
basiert, ermöglicht,
die Oberflächentemperatur
einer Faserbahn zu erhöhen,
obgleich die Faserbahn mit einer hohen Geschwindigkeit, beispielsweise
20 bis 40 m/s, transportiert wird. Die Blaseinrichtungen ermöglichen,
die Feuchtigkeit schnell von der Faserbahn freizusetzen und abzuziehen.
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Der wichtigste Vorteil der Erfindung
besteht in einem schnelleren Entwässerungsprozess, welcher gleichzeitig
damit erzielt werden kann, dass die Herstellungs- und Betriebskosten
geringer als üblich gehalten
werden können.
Die Zahl der Trockenzylinder kann auf 1/5 der Zahl der Trockenzylinder
beim herkömmlichen
Zylindertrocknen beträchtlich
verringert werden. Die Kosten pro Kilogramm an verdampftem Wasser
sind verglichen mit herkömmlichen
Papiermaschinen um 20 bis 40% deutlich verringert. Die auf elektromagnetischen
Wellen basierende Wärmeenergie
kann wirksam übertragen
werden, während die
verbleibende Wärmeenergie
parallel zur Strahlungsenergie in Form erzwungener Konvektion und Führung durch
den porösen
Zylinder übertragen wird.
Die erfindungsgemäße Trockenpartie
ermöglicht
einen gleichmäßigen Trockengehalt
und ein Endprodukt von hoher und gleichbleibender Qualität. Die gleichbleibende
Qualität
wird durch die Faserbahn, welche während des Entwässerungsprozesses
angebracht ist, und durch doppelseitige Verdampfung sowie dadurch
garantiert, dass die Faserbahn lediglich einer sehr geringen mechanischen
Belastung ausgesetzt ist. Ein gleichmäßiger Trockengehalt im Endprodukt
ist einfach durch eine Anzahl von IR-Heizeinheiten auf den letzten
Trockenzylindern der Trockenpartie sichergestellt.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
einer bevorzugten Ausführungsform
mit Bezug auf die beigefügte
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Teil der Trockenpartie in einer herkömmlichen Papiermaschine,
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2 eine
erfindungsgemäße Trockenpartie,
und
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3 eine
teilweise Vergrößerung der 2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen Teil einer Trockenpartie in einer herkömmlichen Papiermaschine. Eine
Papierbahn 1 oder andere Faserbahn wird mit einer Geschwindigkeit
von etwa 20 m/s transportiert, gegenüber einem Draht 2 abgestützt, wobei
die Papierbahn zwischen dem Draht und einem Trockenzylinder 3 liegt.
Luftblasvorrichtungen 5 zum Blasen gegen die Papierbahn 1 sind
neben einem Auslasswalzenspalt des Trockenzylinders angeordnet.
Das Blasen von Luft beschleunigt das Entwässern der Papierbahn 1. Nach
dem Trockenzylinder 1 wird die Papierbahn über Zylinder 6 und 7 geführt. Insgesamt
gesehen weist die Trockenpartie mehrere Dutzend Trockenzylinder 3 auf.
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2 zeigt
einen Teil einer Trockenpartie gemäß der Erfindung. Die Trockenpartie
weist einen Trockenzylinder 8 auf, auf dem eine Papierbahn 9 oder
andere Faserbahn, wie zum Beispiel eine Zellulosebahn oder Kartonbahn,
transportiert wird. Die Papierbahn 9 wird drahtlos transportiert.
Bezugszeichen 29 und 32 bezeichnen Drehzylinder,
welche eine herkömmliche
Konstruktion haben können.
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Der Trockenzylinder 8 ist
porös,
so dass er einen Transport von Feuchtigkeit von seiner Mantelfläche 10 an
seine Innenfläche 11 gestattet.
Der Trockenzylinder 8 ist porös, da er aus einem gesinterten Material
hergestellt ist. Das Material ist geeigneterweise Metall oder Keramik
oder ein Gemisch aus diesen. Es ist auch möglich, dass die Porosität mittels
eines perforierten Metallzylinders bereitgestellt wird. Das Material,
aus dem der Trockenzylinder 8 hergestellt ist, hat vorzugsweise
eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit.
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Heizeinrichtungen, welche mehrere
Heizeinheiten 12 aufweisen, sind von der Mantelfläche 10 des
Trockenzylinders entfernt entlang der Länge des Trockenzylinders 8 angeordnet.
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Die Heizeinheiten 12 basieren
auf dem Erwärmen
mittels elektromagnetischer Wellen, wobei höchstwahrscheinlich IR-Wellen
mit Gas als Energiequelle eine geeignete Ausführung darstellen. (Nicht gezeigte) Öffnungen
in den Wärmeeinheiten
ermöglichen,
dass die Wärme
von der Flamme ohne Hindernis gegen die obere Fläche der Papierbahn 9 strahlt.
Dies ermöglicht
eine hohe Wärmeübertragungsintensität und eine
hohe Wirksamkeit beim Erwärmen
der Papierbahn 9. Die Papierbahn 9 wird trotz
ihrer sehr hohen Geschwindigkeit von beispielsweise 25 m/s beträchtlich
erwärmt.
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Die Heizeinheiten 12 sind
so angeordnet, dass sie der Form des Trockenzylinders 8 folgen,
so dass ein erster Strömungskanal 13 zwischen
den Heizeinheiten und der Papierbahn 9 gebildet ist. In 2 erstrecken sich die Heizeinheiten 12 entlang etwa
180° des
Umfangs des Trockenzylinders 8, es kann aber auch ins Auge
gefasst werden, dass sie sich innerhalb eines bedeutend engeren
oder weiteren Bereichs erstrecken. In der Praxis könnte ein brauchbares
Intervall beispielsweise 40 bis 340° des Umfangs des Trockenzylinders 8 umfassen.
Um eine wirksame Wärmezufuhr
bereitzustellen, sind jedoch Heizeinheiten, die entlang eines Bereichs
von wenigstens 100° des
Umfangs des Heizzylinders angeordnet sind, bevorzugt. Die Höhe des Strömungskanals 13 kann
geeigneterweise 2 bis 200 mm betragen. Ein Luftspalt 14 in
Längsrichtung
des Trockenzylinders 8 ist zwischen benachbarten Heizeinheiten 12 ausgebildet.
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Die Temperatur der Luft in dem Strömungskanal 13 liegt
zwischen 200 und 400°C,
so dass die Temperatur in der ganz rechten Heizeinheit in 2 beispielsweise mehrere
Dutzend Grade, üblicherweise
etwa 100°C,
höher als
die Temperatur in der ganz linken Heizeinheit in 2 ist.
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2 zeigt,
dass ein Gehäuse 15 die
Heizeinheiten 12 und den Strömungskanal 13 umgibt. Das
Gehäuse 15 ist
mit einem Einlass 16 zum Zuführen von Luft von einer Blasvorrichtung
und einem Auslass 17 für
die Abluft mit einem höheren
Feuchtigkeitsgehalt versehen. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet
eine innere Abdeckung, durch die Luft strömen kann. Zu diesem Zweck ist
die Abdeckung 41 mit einer Bohrung versehen. Die Verwendung
einer porösen
Abdeckung 41 ist möglich.
Die Luft wird eingeblasen und geführt, wie durch die Pfeile A
und B in 3 gezeigt ist.
Die Pfeile A bezeichnen Luft, welche oberhalb und durch die Spalte 14 geblasen
wird, und der Pfeil B bezeichnet Luft, die aufgrund der Form und
der Konstruktion des Gehäuses 15 entlang der
Papierbahn 9 von einer Sperre 18 an einem Ende des
ersten Strömungskanals 13 geblasen
wird. Dementsprechend ist das seitliche Blasen, welches einen feuchten,
längsseits
entlang der Oberfläche
der Papierbahn 9 streichenden Luftstrom liefert, in einer Richtung
entgegengesetzt zur Bewegung der Papierbahn und des Trockenzylinders 8 vorgesehen.
Somit kann festgestellt werden, dass die Blasvorrichtung, das Gehäuse 15 und
die Abdeckung 41 sowohl eine Vorrichtung zum Hindurchblasen
als auch eine Vorrichtung zum seitlichen Blasen bilden.
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Ein Teil der von dem Auslass 17 abgezogenen
Luft kann zum Erwärmen
der zum Einlass 16 zugeführten Luft verwendet werden.
Dies ermöglicht
einen besseren Wirkungsgrad.
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Innerhalb des Trockenzylinders 8 ist
ein Luftstrom ausgebildet, welcher entlang der inneren Fläche 11 des
Trockenzylinders in einer Richtung streicht, welche der Bewegungsrichtung
des Trockenzylinders entgegengesetzt ist. Der Luftstrom wird durch
eine zylinderartige Luftführungsvorrichtung 20 mit
einer zentralen, länglichen
Leitung 39 bereitgestellt. Die Luftführungsvorrichtung 20 bildet
zwischen ihrem Außenumfang
und der Innenfläche 11 des
Trockenzylinders einen Strömungskanal 21 für die Luft.
Der Strömungskanal 21 erstreckt
sich entlang der Länge
des Trockenzylinders 8 und um etwa 200° von dessen Umfang. Der Strömungskanal 21 kann
sich jedoch entlang einer bedeutend kürzeren oder längeren Strecke über den
Umfang des Trockenzylinders 8 erstrecken. Die Luft wird
dem Strömungskanal 21 von
einem Lufteinlass 22 zugeführt, welcher in der zentralen
Leitung 39 der Luftführungsvorrichtung 20 angeordnet
ist, wobei die Luftzuführung über einen
Spalt 23 erfolgt, der sich in Längsrichtung der Luftströmungsvorrichtung
(und des Trockenzylinders 8) erstreckt.
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Dementsprechend wird die Luft, welche durch
die Luftführungsvorrichtung 20 geführt wird, seitlich
zu dem Trockenzylinder 8 zugeleitet.
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Da der Lufteinlass 22 mit
dem Auslass 17 gekoppelt ist, von dem erwärmte Luft
strömt,
wird die Luft in dem Strömungskanal 21 auf
eine Temperatur von 100 bis 300°C,
vorzugsweise 150 bis 200°C,
erwärmt.
Die Differenz zwischen den Temperaturen der Luft in den Strömungskanälen 13 und 21 beträgt 50 bis
100°C, so
dass die Temperatur in dem Strömungskanal 21 in
der Nähe
des Endes 18 etwa 200°C
und die Temperatur in dem Strömungskanal
in der Nähe
des Endes 19 etwa 150°C
beträgt.
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Die Luft wird von dem Lufteinlass 22 entlang einem
Spalt 24, der sich in Längsrichtung
der Luftführungsvorrichtung 20 erstreckt,
zur Mitte der Luftführungsvorrichtung
geleitet, wobei die Mitte mit einem Luftauslass 25 für feuchte
Luft versehen ist.
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Die Wärme der feuchten Luft, welche
von dem Luftauslass 25 abgezogen wird, wird beim anfänglichen
Blasen innerhalb des Gehäuses 15 verwandt.
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Der Druck in dem Strömungskanal 21 ist
etwas geringer als der Druck in dem Strömungskanal 13 ausgebildet.
Dementsprechend wird nicht nur Feuchtigkeit durch den porösen Trockenzylinder 8 absorbiert,
wobei dies durch die Pfeile C veranschaulicht ist, sondern die Papierbahn 9 bleibt
auch gegen den Trockenzylinder 8 gehalten, so dass kein
Stützdraht
erforderlich ist, vgl. den Draht 2 in 1. Ein drahtloses Führen vermeidet ferner eine
starke mechanische Belastung an der Papierbahn (oder der anderen
Faserbahn). Die Differenz zwischen den Drücken in den Strömungskanälen 13 und 21 beträgt zwischen
0,1 und 60 kPa, vorzugsweise zwischen 2 und 4 kPa. Ein geringer Überdruck
liegt in dem Strömungskanal 13 und
ein geringer Unterdruck in dem Strömungskanal 21 vor.
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Weitere Heizeinheiten 30,
welche ebenso auf dem Erwärmen
mittels elektromagnetischer Wellen, vorzugsweise Infrarotstrahlen,
basieren, sind unterhalb des Trockenzylinders 8 angeordnet.
Diese sind ebenfalls durch ein Gehäuse 26 umgeben, welches
einen Einlass 27 und einen Auslass 28 aufweist. Das
Bezugszeichen 42 bezeichnet eine der Abdeckung 41 ähnelnde
Abdeckung. Ein Luftspalt 31, wie der Spalt 14 für die Heizeinheiten 12,
ist zwischen benachbarten Heizeinheiten 30 in Längsrichtung
des Trockenzylinders 8 ausgebildet.
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Hier gibt es keine Faserbahn zwischen
den Heizeinheiten 30 und dem Mantel des Trockenzylinders 8.
Die Heizeinheiten dienen zum Erwärmen
des Trockenzylinders 8 und zum Abziehen von feuchter Luft
von dessen Oberfläche.
Dies führt
jedoch indirekt zu einem schnelleren Entwässern der Faserbahn 9.
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Das Bezugszeichen 40 bezeichnet
einen Einlasswalzenspalt mit Belüftung.
Der Einlasswalzenspalt 40 ist neben einer Unterdruckeinrichtung 25 vorgesehen,
mittels der die Faserbahn 9 gegen den Trockenzylinder gepresst
gehalten wird. Die Unterdruckeinrichtungen können beispielsweise Saugvorrichtungen
(nicht gezeigt) sein, mittels denen ein Unterdruck innerhalb der
Innenfläche 11 des
Trockenzylinders 8 geschaffen wird, wobei der Unterdruck
geringer ist als derjenige, welcher in dem Strömungskanal 21 herrscht.
Solche Saugvorrichtungen und Unterdruckeinrichtungen können durch
einen Fachmann leicht verwirklicht werden, und sie werden hier deshalb
nicht genauer beschrieben. Eine Walzenspaltbelüftung, d. h. ein Ansaugen von
Luft von dem Einlasswalzenspalt zum Trockenzylinder 8,
kann in dem Einlasswalzenspalt eingerichtet sein.
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Überdruckeinrichtungen 39 zum
Freigeben der Faserbahn 9 von dem Trockenzylinder 8 sind
im Auslasswalzenspalt des Trockenzylinders 9 angeordnet.
Die Überdruckeinrichtungen
sind üblicherweise (nicht
gezeigte) Luftstrahlen, die gegen die Innenfläche 11 des Trockenzylinders 8 blasen.
Die Überdruckeinrichtungen 39 sorgen
dafür,
dass ein Druck, welcher höher
ist als der Luftdruck in dem Einlasswalzenspalt zwischen dem Trockenzylinder 8 und dem
Drehzylinder 32, innerhalb der Innenfläche 11 des Trockenzylinders 8 herrscht.
Eine Walzenspaltbelüftung
kann auch in diesem Walzenspalt, d. h. ein Ansaugen von Luft von
dem Einlasswalzenspalt zum Drehzylinder 32, vorgesehen
sein. Die Luftführungsvorrichtung 20 ist
mit zwei nicht unter Druck stehenden Zonen 33, 34 versehen.
In diesen Zonen kann ein für
die Haltbarkeit vorteilhafter Druck herrschen. Mit anderen Worten
kann der Druck gleich oder unterschiedlich zu dem Druck im Einlass 22 sein.
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Das Bezugszeichen 35 bezeichnet
einen nachfolgenden Trockenzylinder in der erfindungsgemäßen Trockenpartie.
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Wenn die Trockenpartie verwendet
wird und ein Bahnriss auftritt, bestehen zwei alternative Verfahren:
- 1.) die Bahn wird immer durch die gesamte Trockenpartie
laufen gelassen,
- 2.) die Bahn wird an jedem Drehzylinder 29, 32''geschnitten", welche ebenfalls aufweisen, was als
Bahnriss-Arbeitsablauf mit Überdruckblasen
(vgl. die Überdruckeinrichtung 25)
bekannt ist. Die Drehzylinder sind so angeordnet, dass sie sich
abwärts
bewegen können.
Eine nicht unter Druck stehende Zone 36, eine Überdruckzone 37 und
eine Unterdruck- sowie Überdruckzone 38 sind
in den Drehzylindern 29, 32 wirksam. Bei einem
Bahnriss wird der Überdruck
im mittleren Segment der Überdruckzone 38 aktiviert.
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Die Erfindung ist zuvor lediglich
anhand eines Beispiels beschrieben worden, und es wird deshalb darauf
hingewiesen, dass Einzelheiten der Erfindung vielfältig innerhalb
des Umfangs der beigefügten
Patentansprüche
variieren können.
Die Heizeinheiten 12, 30 können anstelle von Gas als Energiequelle
Elektrizität
verwenden; jedoch basieren die Heizeinheiten trotzdem auf einem
Erwärmen
durch elektromagnetische Wellen mit einer Wassermoleküle aktivierenden
Wellenlänge.
Die Anzahl der Heizeinheiten kann (von einer bis zu mehreren) variieren,
ebenso wie der Druck und die Temperatur in den Strömungskanälen 13, 21.
Die Form der Blasvorrichtungen 15, 26 außerhalb
des Trockenzylinders 8 und diejenige der Luftführungsvorrichtung 20 innerhalb des
Trockenzylinders 8 können
variieren. Die Anzahl der Blasvorrichtungen außerhalb des Trockenzylinders
kann (von einer bis zu mehreren) variieren. Die Luftführungsvorrichtung
kann mehrere beliebig unter Druck stehende Zonen zum Vorsehen der
gewünschten
Druckdifferenzen aufweisen, wobei auf das beste Ergebnis geachtet
wird. Die Anzahl der Trockenzylinder kann variieren, und sie können mit
herkömmlichen
Trockenzylindern oder herkömmlichen
Zylindertrocknern kombiniert werden.