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Die Erfindung betrifft einen Dampfblaskasten zum
Aufbringen von Dampf auf eine vorbeilaufende Materialbahn, insbesondere
Papier, mit einer sich quer zur Bahnlaufrichtung erstreckenden,
der Materialbahn zugewandten Gehäusewand,
in welcher eine Mehrzahl von Dampfaustrittsöffnungen ausgebildet ist.
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Bei der Papierherstellung oder -weiterverarbeitung
wird die laufende Bahn häufig
mit Dampf beaufschlagt. Die Ziele dieser Bedampfung sind unterschiedlich,
in allen Fällen
ist man jedoch bestrebt, den ausgebrachten Dampf möglichst
zielgenau auf bzw. in bestimmten Bereichen der Bahn zu kondensieren
und so Wärme
und/oder Feuchtigkeit auf die Bahn zu übertragen. Unterschiedliche
Kondensationsmengen quer zur Bahn erlauben dabei eine gezielte Beeinflussung
bestimmter Eigenschaften (z.B. Glanz, Glätte usw.) und damit eine Profilierung
der Bahn bzw. Beseitigung unerwünschter
Unterschiede dieser Eigenschaften quer zur Bahn.
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Ein maximaler Wirkungsgrad der Bedampfung
wird allerdings nur bei idealen Bedingungen erreicht, d.h. wenn
kein zusätzlicher
Wärmeübergangswiderstand
zwischen dem Dampf und der Bahn vorhanden ist. Dieser Idealzustand
ist jedoch praktisch kaum gegeben. Zwar entfällt bei einer bewegten Bahn
im Gegensatz zu Wärmetauschern
oder Kesseln der Wärmeübergangswiderstand
durch den entstehenden Kondensatfilm, weil dieser ständig mit
der Bahn aus dem Bedampfungsbereich hinausbefördert wird. Aber der Bedampfungsraum
an einer bewegten Bahn ist im Normalfall nicht nur mit Dampf gefüllt. Mit der
Bahn wird infolge von Reibung ständig
ein Luftfilm in den Bedampfungsbereich gefördert. Diese Luft tritt mit
dem Dampf in Energieaustausch. Ein Teil des Dampfes kondensiert
an der Luft anstatt an der Bahn und kann folglich nicht mehr zur erwünschten
Erwärmung
und Feuchteanreicherung der Bahn beitragen. Zudem wird die aufgeheizte
und mit Wasser angereicherte Luft beim Abkühlen übersättigt und scheidet Wassertröpfchen aus.
Die so entstehende Schwadenbildung verschlechtert das Hallenklima
und verursacht Tropfenbildung an Maschinenteilen. Der Hauptnachteil
der Luftanwesenheit besteht also in der Verschlechterung des Wirkungsgrades
der Bedampfung. Weil der Luftfilm Teile der Bahn gegen direkte Dampfberührung abschirmt,
tritt im Allgemeinen lediglich ein Teil der Bahn innerhalb des Bedampfungsbereiches
in direkten Wärmeaustausch mit
dem Dampf.
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Um diesen Nachteil zu überwinden,
wurden bereits sogenannte "Hochgeschwindigkeitsdampfblaskästen" vorgeschlagen. Dabei
werden die Dampfstrahlen in so hoher Geschwindigkeit ausgebracht,
dass an den Aufprallstellen auf die Bahn die Luft von der Bahnoberfläche verdrängt wird,
und ein direkter Kontakt des Dampfes mit der Bahn entsteht. Dazu
muss der aufprallende Dampfstrahl abhängig von der Bahngeschwindigkeit
einen entsprechenden Staudruck erzeugen. Bei hohen Bahngeschwindigkeiten
und vertretbar großen
Austrittsöffnungen
erreicht man den erforderlichen Staudruck mit dem ausströmenden Dampf
jedoch nur bei Dampfmengen, die die Aufnahmefähigkeit der Bahn in der Regel überschreiten.
Bei relativ geringem Dampfbedarf (z.B. beim Bedampfen von Papierbahnen
zur Glättesteigerung
an Kalandern) muss daher mit viel zu großem Dampfüberschuss gearbeitet werden,
um dem gewünschten
Zustand nahe zu kommen. Man ist außerdem häufig gezwungen, diesen überschüssigen Dampf
abzusaugen, wobei einerseits hohe Saugleistungen erforderlich sind
und andererseits die Gefahr besteht, dass man durch ungewolltes
Absaugen von Dampfanteilen den Wirkungsgrad der Bedampfung verschlechtert.
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Aus der
DE 37 01 406 C2 sind spezielle Dichtzonen
bekannt, mit denen durch die Richtung der Dampfstrahlen eine Sperrwirkung
zu beiden Seiten des Bedampfungsbereiches erzielt werden soll. Die
durch die Injektorwirkung der Dampfstrahlen abgesaugte Luft wird
dabei bewusst in Kauf genommen und für die Dichtwirkung mit herangezogen.
Eine Trennung von Luft und Dampfbereich erfolgt damit nicht.
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Die
DE 44 01 220 C1 beschreibt einen Dampfblaskasten,
bei dem durch eine sektional unterschiedliche Dampfaufbringung das
Feuchtequerprofil der Materialbahn beeinflusst werden kann. Die dafür verwendeten
sektionalen Zonenkammern sind jeweils über eine separate Dampfleitung
und ein Regelventil mit dem Dampfverteiler verbunden. Das gemeinsame
Dampfaustrittsblech weist mehrere Reihen von Blasöffnungen
auf. Diese Reihen von Blasöffnungen
sind in dem Dampfaustrittsblech schräg zur Laufrichtung der Materialbahn
angeordnet. Der Dampfaustritt ist entgegen die Materiallaufrichtung gerichtet.
Mit diesem Dampfblaskasten ist es möglich, die Materialbahn quer
zu deren Laufrichtung blockweise zu bedampfen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Dampfblaskasten vorzuschlagen, bei dem der Bedampfungsbereich
im Wesentlichen von Luft freigehalten wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Dampfblaskasten
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Dampfaustrittsöffnungen
zu wenigstens zwei getrennten Gruppen zusammengefasst sind, und
dass wenigstens zwischen zwei benachbarten Gruppen ein bedampfungsfreier Abschnitt
vorgesehen ist, durch welchen die von der Materialbahn mitgeführte Luft
abgeführt
wird.
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Durch die blockweise versetzte Anordnung der
Dampfaustrittsöffnungen
in der bspw. als Profillochblech ausgebildeten Gehäusewand
wird die mitgeführte
Luft an den Bedampfungsbereichen vorbeigelenkt. Ähnlich der Wirkung eines Reifenprofils
bei Nässe
wird die Luft marginal zur Seite verschoben, so dass der Dampf im
Bedampfungsbereich direkt und daher mit höherem Wirkungsgrad auf bzw.
in der Materialbahn kondensieren kann. Der bedampfungsfreie Abschnitt
zwischen den benachbarten Dampfaustrittsöffnungsgruppen wirkt wie ein
Kanal, der die Luft an den Bedampfungsbereichen vorbeiführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der
Erfindung verläuft
das in Bahnlaufrichtung vorne (stromaufwärts) und/oder hinten (stromabwärts) liegende,
durch nebeneinander liegende Dampfaustrittsöffnungen gebildete Ende einer
Gruppe schräg
zur Bahnlaufrichtung. Durch die schräge Ausrichtung der Dampfaustrittsöffnungen
verringert sich der Auftreffwinkel der Luft auf den Bedampfungsbereich.
Der zur Umlenkung erforderliche Richtungswechsel der Luft ist gering,
und die Luft lässt
sich leicht, gleichmäßig und
wirksam ablenken.
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Erfindungsgemäß ist hierbei die vordere und/oder
hintere Seite der Gruppe zumindest teilweise um einen Winkel α im Bereich
von 30 bis 60°,
vorzugsweise 45°,
gegenüber
der Bahnlaufrichtung geneigt. Der Luftstrom trifft dann in diesem
Winkel α auf den
aus den Dampfaustrittsöffnungen
austretenden Dampfstrom. Der Staudruck der Luft vermindert sich proportional
zu tanα,
da die angestaute Luft seitlich zur Bahnrichtung frei abströmen kann.
Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn die Schrägstellung der
Vorderkante des Bedampfungsbereiches so groß ist, dass das in Bahnrichtung
hinten liegende Ende der vorderen Bedampfungsgrenze eines Bedampfungsbereiches
noch deutlich hinter dem vorderen Ende der hinteren Bedampfungsgrenze
des benachbarten Bedampfungsbereiches liegt.
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Die erwünschte Beeinflussung der Strömungsverhältnisse
im Bedampfungsbereich lässt sich
besonders einfach verwirklichen, wenn erfindungsgemäß jede Gruppe
im Wesentlichen die Form eines Pfeils oder eines Parallelogramms
aufweist. Im letzteren Fall können
dann zwei der vier durch nebeneinander an geordnete Dampfaustrittsöffnungen gebildete
Seiten einer Gruppe parallel zur Bahnlaufrichtung verlaufen, so
dass in diesem Bereich keine Umlenkung erfolgt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind benachbarte Gruppen in Bahnlaufrichtung zueinander versetzt
angeordnet, so dass der Luftstrom in mehreren Stufen umgelenkt wird.
Quer zur Bahn entstehen dadurch an einer Stelle Bedampfungsbereiche
und bedampfungsfreie Bereiche. In Bahnrichtung weiter hinten werden
die vorher bedampfungsfreien Bereiche bedampft.
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Um eine gleichzeitige und gleichmäßige Ablenkung über die
Gesamtbreite des Dampfblaskastens zu gewährleisten, wird hierbei vorzugsweise jede
zweite Gruppe in Bahnlaufrichtung auf gleicher Höhe angeordnet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
eine Gruppe so angeordnet, dass sie über einen Teil ihrer Länge in Bahnlaufrichtung
direkt an einer benachbarten Gruppe angrenzt. Hierdurch kann die
Baubreite des Dampfblaskastens reduziert werden.
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Wie bei der ersten Ausführungsform
werden von einander getrennte Kanäle gebildet, so dass die Luft
kontrolliert in eine bestimmte Richtung umgeleitet wird. Verwirbelungen
werden weitestgehend vermieden.
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Es ist auch vorteilhaft, innerhalb
einer Gruppe wenigstens einen Bereich ohne Dampfaustrittsöffnungen
auszubilden.
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In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens
ist vorgesehen, dass die Ränder
der jeweiligen Gruppen durch durchgehende Reihen von Dampfaustrittsöffnungen
gebildet werden, um ein Eintreten von Luft und damit verbundene
Verwirbelungen zu vermeiden.
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Die Zahl der insgesamt vorgesehenen Dampfaustrittsöffnungen
hängt insbesondere
von der aufzubringenden Dampfmenge und der Bahngeschwindigkeit ab,
wobei die Verteilung innerhalb der jeweiligen Gruppen gleichmäßig oder
ungleichmäßig sein
kann.
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Schließlich kann der Dampfblaskasten
quer zur Bahnlaufrichtung in eine Mehrzahl getrennt regelbarer Zonen
aufgeteilt sein, die zur Querprofilregelung das Ausbringen unterschiedlicher
Dampfmengen erlauben. Dabei kann jede Zone wenigstens eine Gruppe
mit Dampfaustrittsöffnungen
aufweisen, so dass die Bedampfungsbereiche mit den quer zur Bahn
angeordneten Zonen übereinstimmen.
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An den Grenzen der Regelzonen kann
es durch die seitlichen Luftströmungen
und damit verbundene Verdrängung
der Dampfstrahlen bzw. verstärkter
Kondensation von Dampf im Grenzbereich zur Luft zu Streifen verminderter
Bedampfung kommen. Dem wird erfindungsgemäß dadurch abgeholfen, dass
die Zonentrennwände
nicht genau in Bahnrichtung angeordnet, sondern ebenfalls zur Bahnrichtung
geneigt werden, vorzugsweise im gleichen Sinne und Maß wie die
Grenzen der Bedampfungsbereiche. Dadurch entstehen Überdeckungen
dieser Bedampfungsbereiche, mit denen die geschilderte Wirkung kompensiert
werden kann.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Dampfblaskasten;
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2 eine
Teilansicht (X) eines Profillochbleches des Dampfblaskastens gemäß 1;
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3 eine
Teilansicht (X) eines Profillochbleches gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
Teilansicht (X) eines Profillochbleches gemäß einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
Teilansicht (X) eines Profillochbleches gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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Ein Dampfblaskasten 1 wird
bspw. zur Bedampfung einer Materialbahn, insbesondere einer Papierbahn 2,
an einem Kalander (nicht dargestellt) eingesetzt, in welchem die
Bahn zur Verbesserung der Glanz- und Glätteeigenschaften einen oder
mehrere Walzenspalte durchläuft.
Die Bahn 2 wird hierbei in Richtung des Pfeils Y an dem
Dampfblaskasten 1 vorbeigeführt und mit Dampf beaufschlagt.
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Der Dampfblaskasten
1 weist
eine Dampfblaskammer
3 mit einer der Papierbahn
2 zugewandten
Gehäusewand
4 auf,
in welcher eine Vielzahl von Dampfaustrittsöffnungen
5 ausgebildet
ist. Die Dampfblaskammer
3 wird über ein Dampfventil
6 mit Dampf
versorgt und gibt diesen durch die Dampfaustrittsöffnungen
5 auf
die Papierbahn
2 aus, auf welcher er kondensiert und deren
Temperatur und Feuchte vor der Behandlung im Walzenspalt des Kalanders
erhöht.
Insoweit unterscheidet sich der Dampfblaskasten
1 nicht
von herkömmlichen
Dampfblaskästen
wie sie bspw. in der
DE
37 01 406 C2 beschrieben sind.
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Der grundsätzliche Unterschied des Dampfblaskastens 1 zu
dem Stand der Technik liegt in der Gestaltung der der Papierbahn 2 zugewandten
Gehäusewand 4.
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Die in den 2 bis 5 in
Teildraufsicht dargestellte Gehäusewand 4, 4', 4", 4"' ist als Profillochblech
mit den Dampfaustrittsöffnungen 5 ausgebildet.
Die Dampfaustrittsöffnungen 5 sind
zu mehreren (beispielhaft dargestellt vier) Gruppen 5a bis 5d zusammengefasst.
Bei den 2, 3 und 5 sind die Gruppen 5a bis 5d jeweils
in Form eines Parallelogramms ausgebildet. Hierbei sind die in Bahnrichtung
vorderen, durch Dampfaustrittsöffnungen 5 gebildeten
Seiten 71 der Gruppen 5a bis 5d ebenso
wie die hinteren Seiten 72 jeweils
um einen Winkel α gegenüber der
Bahnlaufrichtung geneigt, während
die sich hieran anschließenden
lateralen Seiten 73 , 74 der Gruppen 5a bis 5d parallel
zur Bahnlaufrichtung angeordnet sind. Im Unterschied dazu sind bei
der in 4 dargestellten
Ausführungsform
die Gruppen 5a bis 5d in Form eines Pfeils oder
Keils ausgebildet.
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Die Gruppen 5a bis 5d sind
versetzt zueinander angeordnet und bilden zwischen sich bedampfungsfreie
Abschnitte 8a bis 8c.
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In den einzelnen Gruppen 5a bis 5d können die
Dampfaustrittsöffnungen 5 gleichmäßig verteilt angeordnet
sein. Alternativ können
Bereiche 9, 10 ohne Dampfaustrittsöffnungen 5 vorgesehen
sein (vgl. 3), wobei
die Bereiche 9, 10 allseitig von wenigstens einer
Reihe von Dampfaustrittsöffnungen 5 umgeben
sein sollten. An den vorderen und hinteren Seiten 71 , 72 der Gruppen 5a bis 5d sollten
vorzugsweise mehrere Reihen von Dampfaustrittsöffnungen 5 hintereinander
vorgesehen sein, um die erforderliche Dampfmenge aufbringen zu können.
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Durch die versetzte Anordnung der
Gruppen 5a bis 5d werden zwischen den Gruppen
Kanäle 11 bzw. 11a und 11b gebildet,
durch welche die von der Materialbahn 2 mitgeführte Luft
gezielt umgelenkt und an den Bedampfungsbereichen (Gruppen 5a bis 5d)
vorbeigeführt
wird. In den 3 bis 5 zeigen die Pfeile den Verlauf
der zwischen dem Lochblech 4 und der Materialbahn 2 mitgeführten Luft.
Durch die schräge
Anordnung der vorderen Seiten 71 der
Gruppen 5a bis 5d wird die Umlenkung unterstützt. Damit der
Kanalquerschnitt weitgehend konstant bleibt und keine Verengungen
zu Verwirbelungen der Luft führen,
sind auch die hinteren Seiten 72 der
Gruppen 5a bis 5d in einem entsprechenden Winkel
geneigt.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform sind die Gruppen 5a bis 5d quer
zur Bahnlaufrichtung derart versetzt zueinander angeordnet, dass zwischen
benachbarten Gruppen 5a bis 5d jeweils ein bedampfungsfreier
Abschnitt 8a bis 8c ausgebildet ist. Die vorderen
Dampfaustrittsöffnungen 5 sind hierbei
in einem Winkel von ca. 45° schräg zur Bahnlaufrichtung
angeordnet.
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Bei der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform
erfolgt die Umlenkung stufenweise. Hierbei sind die Gruppen 5a bis 5d in
Bahnlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet, so dass abgestufte
bedampfungsfreie Abschnitte 8a, 8b ausgebildet
werden, durch welche die Luft abgeführt wird. Die benachbarten
Gruppen 5b und 5c grenzen bereichsweise aneinander
an, so dass zwischen diesen die Luft nicht hindurchtreten kann.
Bei dieser Ausgestaltung sind die vorderen Dampfaustrittsöffnungen 5 in einem
Winkel von ca. 30° schräg zur Bahnlaufrichtung
angeordnet.
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In der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Gruppen 5a bis 5d in
Form von Pfeilen ausgestaltet. Wenn die von der Papierbahn mitgeführte Luft
auf die Pfeilspitzen 13 trifft, wird sie in zwei Luftströme aufgeteilt
und an den beiden Pfeilseiten 141 und 142 vorbeigeführt. Die Pfeilseiten 141 und 142 sind
entge gengesetzt jeweils in einem Winkel von ca. 45° schräg zur Bahnlaufrichtung
angeordnet. Die Pfeilseiten der in Bahnrichtung hinteren Pfeile
(Gruppen 5a und 5c) können auch steiler, z.B. mit
einem Winkel von 60°,
als die Pfeilseiten der vorderen Pfeile (Gruppen 5b und 5d)
ausgebildet sein.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform sind die Gruppen 5a bis 5d in
gleicher Weise als einfache Parallelogramme ausgebildet wie bei
der Ausführungsform
gemäß 2. Im Unterschied zur 2 sind hier die Gruppen
aber in Bahnlaufrichtung versetzt angeordnet. Dadurch kann die Luft
noch leichter abgeführt
werden.
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Trifft nun die von der Papierbahn
mitgeführte Luft
auf den Dampfstrom im Bedampfungsbereich (Dampfaustrittsöffnungen 5),
so wird die aufgestaute Luft seitlich abgelenkt, in die Kanäle 11 eingeleitet und
zwischen den Bedampfungszonen hindurchgeführt, im Wesentlichen ohne die
Bedampfung zu stören.
Die genaue Form der Luftkanäle
kann durch Veränderung
der Form und Anordnung der Gruppen 5a bis 5d variiert
werden. In der Zeichnung sind die Gruppen 5a bis 5d als
gleichgroße
Parallelogramme oder als Pfeile ausgebildet. Es sind für die Gruppen aber
auch andere Formen wie bspw. Keile denkbar, mit denen geeignete
Kanäle
gebildet werden können.
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Der Dampfblaskasten 1 kann
quer zur Bahnrichtung mehrere getrennt regelbare Zonen 12a bis 12d aufweisen,
wobei jede der Zonen wenigstens eine Gruppe 5a bis 5d von
Dampfaustrittsöffnungen aufweist.
Dadurch kann nach Bedarf ein Feuchte- und/oder Temperaturprofil
quer zur Laufrichtung auf die Papierbahn aufgebracht werden.
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Durch die besondere Anordnung der
Dampfaustrittsöffnungen 5 in
dem erfindungsgemäßen Profillochblech 4 wird
der mit der Bahn 2 mitbeförderte Luftfilm einfach und
wirksam an den Bedampfungsbereichen vorbeigelenkt. Dadurch werden
die Bedampfungsbereiche von Luft nahezu freigehalten und der ausgebrachte
Dampf kann direkt auf bzw. in der Materialbahn kondensieren. Somit
wird eine hohe Wärme-
und Feuchtigkeitsübertragung
auf die Bahn gewährleistet.
Der Wirkungsgrad des Dampfblaskastens wird entsprechend gesteigert.
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- 1
- Dampfblaskasten
- 2
- Materialbahn
- 3
- Dampfblaskammer
- 4
- Gehäusewand
(Lochblech)
- 5
- Dampfaustrittsöffnung
- 5
a-d
- Gruppe
von Dampfaustrittsöffnung 5
- 6
- Dampfventil
- 71-74
- Seite
der Gruppe 5 a-d
- 8
a-c
- bedampfungsfreier
Abschnitt
- 9,
10
- Bereich
ohne Dampfaustrittsöffnung
- 11a,b
- Kanal
- 12
a-d
- Regelzone
- 13
- Pfeilspitze
- 141, 142
- Pfeilseite