EP0695590A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von warmgewalzten Platten und Bändern aus Metall - Google Patents
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- B05B7/0807—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets
- B05B7/0861—Spray pistols; Apparatus for discharge with separate outlet orifices, e.g. to form parallel jets, i.e. the axis of the jets being parallel, to form intersecting jets, i.e. the axis of the jets converging but not necessarily intersecting at a point to form intersecting jets with one single jet constituted by a liquid or a mixture containing a liquid and several gas jets
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- B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
- B21B45/0203—Cooling
- B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
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- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
Definitions
- the invention relates to a method and a device for cooling hot-rolled plates and strips made of metal, in particular of aluminum or an aluminum alloy, a hot-rolled strip being cut into plates or strips immediately after it emerges from a hot rolling mill.
- a hot rolling strip usually has a temperature in the range between approximately 300 and 500 ° C. when it exits a hot rolling mill. To produce plates, these are cut immediately after the hot-rolled strip emerges from the hot rolling mill. Since there is no suitable sealing material for vacuum suction cups that can be used at temperatures above 300 ° C, the hot plates must be removed from the roller table for stacking with gripping tools. This handling of the plates is labor-intensive on the one hand, and on the other hand unwanted traces of the gripping tools can remain on the surface of the plates. A rapid cooling of the plates could in principle take place through the roller emulsion when carrying out empty runs without stitch acceptance. The resulting large temperature differences on the hot rolled strip would lead to unacceptable deviations from the flatness of the plates.
- EP-A-0 578 607 discloses an inline method for cooling profiles emerging from an extrusion press, in which the spray nozzles known from EP-A-0 343 103 are installed in modules.
- the inventors have set themselves the task of creating a method and a device of the type mentioned at the outset, with which plates and strips can be checked and cooled as quickly as possible to a temperature of at most about 250 ° C. without the plates Flatness deviations occur.
- the plates or strips continuously pass through a cooling station immediately after being cut to length, and water is directly applied to them in the flat jet nozzles, the water jet emerging from the flat jet nozzles essentially directed towards the plate or strip surface Forms a plane and the water jet is deflected periodically by air or water jets immediately after it emerges from the flat jet nozzle in such a way that the water jet striking the plate or strip surface performs a wiping movement.
- the water jet emerging from the flat jet nozzle is preferably pivoted through an angle in a range between 30 and 120 °.
- the distance from the outlet opening of the flat jet nozzle to the plate or strip surface is preferably set to approximately 100 to 200 mm.
- the impact surface of the water jet on the plate or strip surface preferably has a width of approximately 5 to 10 mm, the length: width ratio being between approximately 5: 1 and 100: 1.
- a frequency for the wiping movement which is suitable for the method according to the invention is between approximately 0.1 and 20 Hz.
- the wiping movement is preferably carried out at a frequency of approximately 0.5 to 2 Hz.
- the flat jet nozzles are arranged on nozzle strips running in the running direction of the plates or strips.
- the nozzle strips preferably comprise a longitudinal water channel and two longitudinal air channels, branch channels branching from the water channel to the flat jet nozzles and the air channels ending in air gaps directed towards the nozzle outlet openings.
- the nozzle strips can be separated into water-feedable modules be divided or built up from such modules.
- the nozzle strips or modules have a preferably extruded base body, in which the flat jet nozzles are interchangeably inserted.
- covers which form an air chamber, are preferably placed on the base body with an air gap directed at the nozzle outlet openings, and the air chambers are connected to the air channels via connecting channels.
- a hot rolling strip 12 emerges from a hot rolling mill 10, which is cut into plates 16 by means of scissors or saw 14 and is moved via a roller table 18 in the transport direction x through a cooling station 20.
- the in the Cooling station 20 cooled plates 16 are temporarily stored as a stack 22 until further processing.
- a cut hot rolling strip 12a passes through the cooling station 20, which is arranged here in front of the tandem mill stand 21 of a finishing train.
- a reversing stand could also be used.
- lower and upper nozzle strips 24 are arranged inside the cooling station 20 in the plate or tape transport direction x. 3 and 4, modules 26 with three flat jet nozzles 52 are shown.
- the nozzle outlet openings 53 visible from the flat jet nozzles 52 which are at a distance of, for example, 150 mm from the surface 32 of the plate 16 or the band 12a, are arranged at regular intervals of, for example, 100 to 200 mm.
- Covers 34, 36 for air chambers 38, 40 are visible on both sides adjacent to the nozzle outlet openings 52.
- Additional water nozzles 60 are optionally provided. These water nozzles 60 are then switched on when the cooling effect of the flat jet nozzles 52 is inadequate in the case of thicker plates 16 or belts 12a at the predetermined transport speed.
- the modules 26 With their end faces 27 directly adjacent to one another or lined up at a short distance from one another, the modules 26 form the lower and upper nozzle strips 24. Each module 26 can be fed separately with water and air. As can be seen in particular from FIG. 5, the module 26 has a preferably extruded base body 42 with a longitudinal central water channel 46 and longitudinal air channels 48, 50 arranged on both sides of the water channel 46.
- the air channels 48, 50 are connected to air chambers 38, 40 via connecting channels 62, 64.
- These air chambers 38, 40 are formed by covers 34, 36 screwed to the base body 42. Between the cover 34, 36 and the by about 45 ° An inclined surface of the base body 42 is an air gap 54, 56 directed toward the nozzle outlet opening 53.
- the water channel 46 is connected to the flat jet nozzles 52 via branch channels 58. If required, the additional water nozzles 60 are supplied via a further water channel, not shown in the drawing.
- the air pressure ratios for the two air jets A, B as a function of time t are shown in FIGS. 6 and 7.
- the air pressure p is set in each case in the corresponding air duct 48 or 50.
- the water jet W is first deflected from its normal position by the first air jet A to the maximum and returned to the normal position. Now the water jet W is deflected by the second air jet B in the other direction to the maximum deflection and then back to the normal position.
- This mutual periodic deflection with a period T takes place, for example, at a frequency of approximately 1 Hz.
- the air jets A and B for deflecting the water jet W can in principle be replaced by water jets, in which case the total amount of water composed of the water jet W and the deflecting water jets is preferably kept constant.
- the wiping movement of the water jet W emerging from the flat jet nozzles 52 runs transversely to the transport direction x of the plates 16 or the belt 12a, successive nozzles each carrying out opposite wiping movements.
- the length 1 of the impact surface 30 of the water jet W on the surface 32 of the plates 16 or the band 12a is, for example, 200 mm, the width b, for example, 5 mm.
- the flat jet nozzles 52 are arranged in the nozzle strips 24 or modules 26 in such a way that the impingement surfaces 30 of adjacent water jets W approximately touch during the wiping movement.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Kühlen von warmgewalzten Platten und Bändern aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei ein warmgewalztes Band unmittelbar nach seinem Austritt aus einem Warmwalzwerk zu Platten oder Bändern abgelängt wird.
- Ein Warmwalzband weist bei seinem Austritt aus einem Warmwalzwerk üblicherweise eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 300 und 500°C auf. Zur Herstellung von Platten werden diese unmittelbar nach dem Austritt des warmgewalzten Bandes aus dem Warmwalzwerk zugeschnitten. Da es kein geeignetes Dichtungsmaterial für Vakuumsaugnäpfe gibt, das bei Temperaturen oberhalb von 300°C eingesetzt werden kann, müssen die heissen Platten zum Stapeln mit Greifwerkzeugen vom Rollgang genommen werden. Dieses Handling der Platten ist einerseits personalintensiv, andererseits können auf der Plattenoberfläche unerwünschte Spuren von den Greifwerkzeugen zurückbleiben. Eine rasche Abkühlung der Platten könnte zwar grundsätzlich durch die Walzemulsion bei Durchführung von Leerdurchgängen ohne Stichabnahme erfolgen. Die daraus resultierenden grossen Temperaturdifferenzen am Warmwalzband würden jedoch zu unakzeptablen Abweichungen von der Planheit der Platten führen.
- Oftmals ist es auch vorteilhaft, zum Weiterwalzen eines warmgewalzten Bandes dieses beim Einführen in das Tandemgerüst einer Fertigstrasse oder in ein Reversiergerüst abzukühlen. Dabei ist es wichtig, dass am Band keine Planheitsabweichungen auftreten.
- Aus der EP-A-0 343 103 ist ein Verfahren zum Kühlen von Pressprofilen und Walzbändern bekannt, bei welchen mittels Spraydüsen ein Wassernebel erzeugt wird. Dieses Verfahren ist jedoch für das rasche Inline-Kühlen von Warmwalzplatten einer Dicke von mehr als etwa 5 mm wegen des zu geringen Wärmeübergangs nicht geeignet. Dieses vorbekannte Kühlverfahren mittels Spraydüsen ist in der EP-A-0 429 394 zum Kühlen gegossener Metallstränge beschrieben.
- In der EP-A-0 578 607 ist ein Inline-Verfahren zum Kühlen von aus einer Strangpresse austretenden Profilen offenbart, bei welchem die aus der EP-A-0 343 103 bekannten Spraydüsen in Module eingebaut sind.
- Angesichts dieser Gegebenheiten haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit welchem Platten und Bänder kontrolliert und möglichst rasch auf eine Temperatur von maximal etwa 250°C abgekühlt werden können, ohne dass an den Platten Planheitsabweichungen auftreten.
- Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt beim Verfahren, dass die Platten oder Bänder unmittelbar nach dem Ablängen kontinuierlich eine Kühlstation durchlaufen und in dieser über Flachstrahldüsen direkt mit Wasser beaufschlagt werden, wobei der aus den Flachstrahldüsen austretende Wasserstrahl im wesentlichen eine auf die Platten- oder Bandoberfläche gerichtete Ebene bildet und der Wasserstrahl unmittelbar nach seinem Austritt aus der Flachstrahldüse mittels Luft oder Wasserstrahlen periodisch derart abgelenkt wird, dass der auf die Platten- oder Bandoberfläche auftreffende Wasserstrahl eine Wischbewegung ausführt.
- Spezielle und weiterführende Ausführungsarten des erfindungsgemässen Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
- Mit dem erfindungsgemässen Einsatz von Flachstrahldüsen ergibt sich beim Auftreffen des Wasserstrahls auf der Platten- oder Bandoberfläche eine schmale Auftreffläche mit hohem Wärmeübergang. Dieser lokal hohe Wärmeübergang führt zusammen mit der Wischbewegung zu einem gleichmässigen Wärmeentzug. Die Inline-Abkühlung der Platten oder Bänder auf eine Temperatur von weniger als 300°C führt zu einer erhebli-chen Produktionssteigerung. Zudem können Platten nach dem Durchlaufen der Kühlstation mit konventionellen Vakuumsystemen vom Rollgang genommen und gestapelt werden.
- Zur Ausführung der Wischbewegung wird der aus der Flachstrahldüse austretende Wasserstrahl bevorzugt um einen Winkel in einem Bereich zwischen 30 und 120° geschwenkt.
- Der Abstand von der Austrittsöffnung der Flachstrahldüse zur Platten- oder Bandoberfläche wird bevorzugt auf etwa 100 bis 200 mm eingestellt.
- Die Auftreffläche des Wasserstrahls auf der Platten- oder Bandoberfläche weist eine vorzugsweise Breite von etwa 5 bis 10 mm auf, wobei das Verhältnis Länge: Breite zwischen etwa 5 : 1 und 100 : 1 liegt.
- Eine für das erfindungsgemässe Verfahren geeignete Frequenz für die Wischbewegung liegt zwischen etwa 0,1 und 20 Hz. Bevorzugt wird die Wischbewegung mit einer Frequenz von etwa 0,5 bis 2 Hz ausgeführt.
- Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Flachstrahldüsen bevorzugten Vorrichtung sind die Flachstrahldüsen auf in Laufrichtung der Platten oder Bänder verlaufenden Düsenleisten angeordnet. Bevorzugt umfassen die Düsenleisten einen längslaufenden Wasserkanal und zwei längslaufende Luftkanäle, wobei vom Wasserkanal Stichkanäle zu den Flachstrahldüsen abzweigen und die Luftkanäle in auf die Düsenaustrittsöf fnungen gerichteten Luftspalten enden.
- Die Düsenleisten können in seperat mit Wasser speisbare Module unterteilt oder aus solchen Modulen aufgebaut sein.
- Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung weisen die Düsenleisten oder Module einen vorzugsweise stranggepressten Grundkörper auf, in welchen die Flachstrahldüsen auswechselbar eingesetzt sind. Hierbei sind dem Grundkörper bevorzugt Luftkammer bildende Abdeckungen mit einem auf die Düsenaustrittsöffnungen gerichteten Luftspalt aufgesetzt und die Luftkammern über Verbindungskanäle mit den Luftkanälen verbunden.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in
- - Fig. 1a
- eine Uebersichtsdarstellung eines Warmwalzwerks mit anschliessender Kühlstation;
- - Fig. 1b
- einen Teil einer Fertigstrasse mit einer Kühlstation;
- - Fig. 2
- einen Querschnitt durch die Kühlstation von Fig. 1a;
- - Fig. 3
- eine Schrägsicht auf ein Modul einer Düsenleiste von Fig. 2;
- - Fig. 4
- eine Ansicht eines Moduls entgegen der Strahlrichtung;
- - Fig. 5
- einen Schnitt durch Fig. 4 entlang deren Linie I-I;
- - Fig. 6
- den zeitlichen Verlauf des Luftdrucks in einem ersten Luftkanal;
- - Fig. 7
- den zeitlichen Verlauf des Luftdrucks in einem zweiten Luftkanal.
- Aus einem Warmwalzwerk 10 tritt gemäss Fig. la ein Warmwalzband 12 aus, welches mittels einer Schere oder Säge 14 zu Platten 16 abgelängt und über einen Rollgang 18 in Transportrichtung x durch eine Kühlstation 20 bewegt wird. Die in der Kühlstation 20 abgekühlten Platten 16 werden bis zur Weiterverarbeitung als Stapel 22 zwischengelagert.
- In Fig. 1b durchläuft ein abgelängtes Warmwalzband 12a die Kühlstation 20, welche hier vor dem Tandemwalzgerüst 21 einer Fertigstrasse angeordnet ist. Anstelle des Tandemwalzgerüstes 21 könnte auch ein Reversiergerüst stehen.
- Innerhalb der Kühlstation 20 sind gemäss Fig. 2 untere und obere Düsenleisten 24 in Platten- oder Bandtransportrichtung x angeordnet. In den Fig. 3 und 4 sind Module 26 mit drei Flachstrahldüsen 52 dargestellt. Die von den Flachstrahldüsen 52 sichtbaren Düsenaustrittsöffnungen 53, die einen Abstand von beispielsweise 150 mm zur Oberfläche 32 der Platte 16 oder des Bandes 12a aufweisen, sind in regelmässigen Abständen von beispielsweise 100 bis 200 mm angeordnet. Den Düsenaustrittsöffnungen 52 benachbart sind beidseits Abdeckungen 34, 36 für Luftkammern 38, 40 sichtbar. Wahlweise sind zusätzliche Wasserdüsen 60 vorgesehen. Diese Wasserdüsen 60 werden dann zugeschaltet, wenn bei dickeren Platten 16 oder Bändern 12a bei der vorgegebenen Transportgeschwindigkeit die Kühlwirkung der Flachstrahldüsen 52 ungenügend ist.
- Mit ihren Stirnseiten 27 direkt aneinanderliegend oder in kurzem Abstand zueinander aufgereiht bilden die Module 26 die unteren und oberen Düsenleisten 24. Jedes Modul 26 ist seperat mit Wasser und Luft speisbar. Wie insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht, weist das Modul 26 einen vorzugsweise stranggepressten Grundkörper 42 mit einem längslaufenden zentralen Wasserkanal 46 sowie beidseitig des Wasserkanals 46 angeordnete längslaufende Luftkanäle 48, 50 auf.
- Die Luftkanäle 48, 50 sind über Verbindungskanäle 62, 64 mit Luftkammern 38, 40 verbunden. Diese Luftkammern 38, 40 werden durch am Grundkörper 42 angeschraubte Abdeckungen 34, 36 gebildet. Zwischen der Abdeckung 34, 36 und der um etwa 45° geneigten Fläche des Grundkörpers 42 ist ein auf die Düsenaustrittsöffnung 53 gerichteter Luftspalt 54, 56 angeordnet.
- Der Wasserkanal 46 ist über Stichkanäle 58 mit den Flachstrahldüsen 52 verbunden. Die Speisung der zusätzlichen Wasserdüsen 60 erfolgt im Bedarfsfall über einen weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Wasserkanal.
- Nachfolgend wird die Betriebsweise eines Moduls 26 anhand der Fig. 5 bis 7 näher erläutert.
- Aus den Flachstrahldüsen 52 tritt ein im wesentlichen ebener Wasserstrahl W aus. Dieser Wasserstrahl W wird nun wechselweise mit Luftstrahlen A, B, die aus den Luftspalten 54 bzw. 56 austreten, in seiner Richtung abgelenkt, sodass sich insgesamt ein Schwenkwinkel α ergibt.
- Die Luftdruckverhältnisse für die beiden Luftstrahlen A, B in Abhängigkeit von der Zeit t sind in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Die Einstellung des Luftdrucks p erfolgt jeweils im entsprechenden Luftkanal 48 bzw. 50. Der Wasserstrahl W wird zunächst aus seiner Normalstellung durch den ersten Luftstrahl A maximal ausgelenkt und wieder in die Normallage zurückgeführt. Nun folgt die Auslenkung des Wasserstrahls W durch den zweiten Luftstrahl B in die andere Richtung bis zur maximalen Auslenkung und hernach wieder zurück in die Normalstellung. Diese wechselseitige periodische Auslenkung mit einer Periodendauer T erfolgt beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 1 Hz.
- Die Luftstrahlen A und B zur Ablenkung des Wasserstrahls W können grundsätzlich durch Wasserstrahlen ersetzt werden, wobei in diesem Fall die sich aus dem Wasserstrahl W und den ablenkenden Wasserstrahlen zusammensetzende Gesamtwassermenge bevorzugt konstant gehalten wird.
- Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, verläuft die Wischbewegung des aus den Flachstrahldüsen 52 austretenden Wasserstrahls W quer zur Transportrichtung x der Platten 16 oder des Bandes 12a, wobei aufeinanderfolgende Düsen jeweils gegenläufige Wischbewegungen ausführen.
- Die Länge 1 der Auftreffläche 30 des Wasserstrahls W auf der Oberfläche 32 der Platten 16 oder des Bandes 12a beträgt beispielsweise 200 mm, die Breite b beispielsweise 5 mm. Die Flachstrahldüsen 52 sind in den Düsenleisten 24 bzw. Modulen 26 derart angeordnet, dass sich die Auftrefflächen 30 benachbarter Wasserstrahlen W bei der Wischbewegung etwa berühren.
Claims (10)
- Verfahren zum Kühlen von warmgewalzten Platten (16) und Bändern (12a) aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei ein warmgewalztes Band (12) unmittelbar nach seinem Austritt aus einem Warmwalzwerk (10) zu Platten (16) oder Bändern (12a) abgelängt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Platten (16) oder Bänder (12a) unmittelbar nach dem Ablängen kontinuierlich eine Kühlstation (20) durchlaufen und in dieser über Flachstrahldüsen (52) direkt mit Wasser beaufschlagt werden, wobei der aus den Flachstrahldüsen (52) austretende Wasserstrahl (W) im wesentlichen eineauf die Platten- oder Bandoberfläche (32) gerichtete Ebene (E) bildet und der Wasserstrahl (W) unmittelbar nach seinem Austritt aus der Flachstrahldüse (52) mittels Luft- oder Wasserstrahlen (A,B) periodisch deart abgelenkt wird, dass der auf die Platten-oder Bandoberfläche (32) auftreffende Wasserstrahl (W) eine Wischbewegung ausführt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausführung der Wischbewegung der aus der Flachstrahldüse (52) austretende Wasserstrahl (W) um einen Winkel (α) in einem Bereich zwischen 30 und 120° geschwenkt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) von der Austrittsöffnung (53) der Flachstrahldüse (52) zur Platten- oder Bandoberfläche (32) 100 bis 200 mm beträgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftreffläche (30) des Wasserstrahls W) auf der Platten- oder Bandoberfläche (32) eine Breite (b) von etwa 5 bis 10 mm und ein Verhältnis Länge (1) : Breite (b) von 5 : 1 bis 100 : 1 aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wischbewegung mit einer Frequenz von 0,1 bis 20 Hz, vorzugsweise 0,5 bis 2 Hz, ausgeführt wird.
- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit Flachstrahldüsen (52), dadurch gekennzeichnet, dass die Flachstrahldüsen (52) auf in Laufrichtung (x) der Platten (16) oder Bänder (12a) verlaufenden Düsenleisten (24) angeordnet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenleisten (24) einen längslaufenden Wasserkanal (46) und zwei längslaufende Luftkanäle (48, 50) umfassen, wobei vom Wasserkanal (46) Stichkanäle (58) zu den Flachstrahldüsen (52) abzweigen und die Luftkanäle (48,50) in auf die Düsenaustrittsöffnungen (53) gerichteten Luftspalten (54,56) enden.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenleisten (24) in seperat mit Wasser speisbare Module (26) unterteilt oder aus solchen Modulen (26) aufgebaut sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenleisten (24) oder Module (26) einen vorzugsweise stranggepressten Grundkörper (42) aufweisen, in welchen die Flachstrahldüsen (52) auswechselbar eingesetzt sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Grundkörper (42) Luftkammern (38,40) bildende Abdeckungen (34,36) mit einem auf die Düsenaustrittsöffnungen (53) gerichteten Luftspalt (54,56) aufgesetzt sind und die Luftkammern (38,40) über Verbindungskanäle (62,64) mit den Luftkanälen (48, 50) verbunden sind.
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