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Die Erfindung betrifft ein Düsenfeld
zur schwebenden Führung
von Warenbahnen, wobei das Düsenfeld
von mehreren Düsenkappen
gebildet wird, welche mit Loch- und Schlitzdüsen versehen sind und durch
die zur Erwärmung/Kühlung der
Warenbahnen Gase zugeführt
werden.
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Vorrichtungen zum schwebenden Führen von
Warenbahnen finden in der Produktionstechnik vielfältige Anwendung.
In der Textiltechnik werden Stoffbahnen nach dem Bedrucken schwebend
geführt.
In der Trocknungstechnik verwendet man Vorrichtungen zur schwebenden
Bandführung
hinter Lackieranlagen, mit denen beide Seiten einer Bahn zugleich
lackiert oder beschichtet werden. In der Metallindustrie wendet
man die schwebende Führung
von Metallbändern
in Glühanlagen
an, wenn Metallbänder
im Durchlauf berührungsfrei
und möglichst
spannungsarm wärmebehandelt
werden müssen.
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Aus der
EP 0 864 518 B1 ist bereits
ein Schwebedüsenfeld
zur schwebenden Führung
von Warenbahnen zum Zwecke der berührungsfreien Wärmeübertragung
oder Trocknung offenbart. Das dortige Schwebedüsenfeld ist mit mindestens
auf einer Seite der schwebend zu führenden Bahn angeordneten,
in Bahnlaufrichtung aufeinander folgenden Düsenflächen mit Düsenöffnungen aus Rundlöchern und/oder
Schlitzdüsen
ausgebildet, wobei die Breite der Düsenflächen, gemessen parallel zur
Bandlaufrichtung, sich über
die Breite des Düsenfeldes,
gemessen senkrecht zur Bandlaufrichtung, verändert und die Düsenflächen mindestens
teilweise an ihrem Umfang von Schlitzdüsen eingefasst sind.
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Nachteilig an dieser Ausbildungsform
ist, dass das Bandschwebeverhalten unzureichend ist und die Gefahr
von Überhitzung
an den Bandrändern besteht.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Düsenfeld
zur Verfügung
zu stellen, mit dem die Bandware mittig in der Anlage gehalten und
gleichmäßig erwärmt/gekühlt werden
kann.
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Die Aufgabe wird bei einem Düsenfeld
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass für alle oder einzelne Düsenkappen
des Düsenfeldes
in Transportrichtung gemessen bei beliebigen Abständen zu
den parallel zur Transportrichtung verlaufenden Seitenrändern der
jeweiligen Düsenkappe
jeweils im Wesentlichen die gleiche aus Loch- und Schlitzdüsen gebildete Gesamt-Düsenfläche sich
ergibt, und dass der Anteil der Düsenfläche der Schlitzdüsen an der
Gesamt-Düsenfläche zu den
parallel zur Transportrichtung verlaufenden Seitenrändern der
jeweiligen Düsenkappe
hin gegenüber
dem Anteil dieser Düsen
in der Mitte der Warenbahn zunimmt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Düsenfeld kann
in den Kühl
und/oder Heizzonen langer Bandschwebeanlagen die Bandware sowohl
mittig zwischen dem oberen und unteren Teil des Düsenfeldes als
auch zur Seite hin mittig in der Anlage gehalten werden. Es kann
sogar auf zusätzliche
Bandsteuereinrichtungen, z. B. auslaufseitig eingesetzte Steuerwalzen,
verzichtet werden.
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Trotz der gleichmäßigen Düsenflächenverteilung quer zum Bandtransport
gelingt es die Bandware aerodynamisch zu zentrieren. Physikalisch
ergibt sich dies durch die Impulszunahme zum Randbereich aufgrund
der größeren Flächenzunahme
der Schlitze. Schlitze sind äußerst bedeutsam
für das Tragen
von Bandware.
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Aufgrund der Tatsache, dass zum Mittelbereich
einer Düsenkappe
hin die freie Lochdüsenfläche zunimmt
und somit mit den Schlitzdüsen
eine gesamte gleichmäßige Öffnungsfläche erreicht
wird, ist auch annährend
der Wärmeübergang
quer zur Bandware konstant. Dies hat den Vorteil, dass eine Kantenüberhitzung
der Warenbahn nicht erfolgen kann.
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Physikalisch ist dies damit zu erklären, dass Lochdüsen einen
höheren
Wärmeübergangskoeffizienten
gegenüber
Schlitzdüsen
besitzen, wohingegen Schlitzdüsen
eine erhöhte
Tragfähigkeit
gegenüber Lochdüsen aufweisen.
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Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Düsenkappen,
in Transportrichtung gesehen, nur in der Mitte einer Bandschwebeanlage
(Ofen und Kühlzone)
eingesetzt werden, da die Gefahr des Verlaufens der Warenbahn zum
Randbereich hin abnimmt.
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Das erfindungsgemäße Düsenfeld kann für den Transport
verschiedenster Warenbahnen eingesetzt werden, z. B. Metall, Papier
und Textilbahnen. Dabei ist die Steigerung des Anteils von Schlitzdüsen an der
Gesamtdüsenfläche zu den
Seitenrändern
hin abhängig
von der zu behandelnden Warenbahn. Bei leichten Textilbahnen kann
sich ein geringer Zuwachs von 5% als ausreichend erweisen, wo hingegen
bei dickeren Metallbahnen eine größere Steigerung möglich scheint.
Der Anteil der Steigerung ist dabei unter anderem abhängig von
der Materialdicke, -dichte, -steifigkeit und Luftdurchlässigkeit.
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Das erfindungsgemäße Düsenfeld ist derart ausgebildet,
dass für
alle oder einzelne Düsenkappen
des Düsenfeldes
in Transportrichtung gemessen bei beliebigen Abständen zu
den parallel zur Transportrichtung verlaufenden Seitenrändern der
jeweiligen Düsenkappe
jeweils im Wesentlichen die gleiche aus Loch- und Schlitzdüsen gebildete
Gesamt-Düsenfläche sich
ergibt. Bei der Erfassung der gleich bleibenden Gesamtdüsenflächen wird
die jeweilige Düsenkappe
in einzelne gedachte Sektoren aufgeteilt, deren Grundform und Größe identisch
ist, z.B. ein Rechteck von 15·20
cm2. Die gedachten Sektoren sind nebeneinander
quer zur Transportrichtung angeordnet. So kann eine quer zur Transportrichtung lang
erstreckte Düsenkappe
mit einer Fläche
von 105·20
cm2 zum Beispiel in sieben gedachte Sektoren
aufgeteilt werden. Der mittlere Sektor ist dabei in der Düsenkappenmitte
angeordnet und erstreckt sich bis zu den quer zur Transportrichtung
angeordneten Rändern
der Düsenkappe.
Jeweils drei Sektoren sind zu beiden Seiten des mittleren Sektors
angedacht, wobei die beiden äußersten
Sektoren von dem längs zur
Transportrichtung verlaufenden linken bzw. rechten Seitenrand der
Düsenkappe
begrenzt sind. Jeder Sektor weist die gleiche Gesamtdüsenfläche auf.
Der kleinste Anteil an Schlitzdüsenfläche befindet
sich im mittleren Sektor. Die beiden äußersten Sektoren weisen jeweils
den größten Anteil
an Schlitzdüsenfläche auf.
Umgekehrt verhält
es sich mit den Lochdüsenflächen. Selbstverständlich müssen bei
der Betrachtung der Düsenfläche die
gedachten Sektoren ausreichend breit quer zur Transportrichtung
ausgewählt werden,
so dass ein Sektor nicht beispielsweise auf dem konstruktiv erforderlichen
Zwischenraum zwischen zwei Lochdüsenreihen
zu liegen kommt und somit keine Lochdüsenfläche erfasst wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Düsenfeldes
sind in den Unteransprüchen
benannt.
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So kann das erfindungsgemäße Düsenfeld derart
ausgebildet sein, dass in Transportrichtung zwischen den Düsenkappen
Prallbleche vorgesehen sind, deren Abstand zur Warenbahn in Richtung
auf den Außenrand
des Prallbleches abnimmt. Diese konkaven Prallbleche unterstützen die
zentrierende Wirkung der Düsenkappen.
Physikalisch erklären lässt sich
dieser Effekt damit, dass aufgrund des geringeren Abstandes der
Prallbleche am Rand eines Bandes ein tragendes Luftpolster erzeugt
wird, wo hingegen in der Mitte aufgrund des größeren Abstandes des Prallbleches
zum Band ein Luftpolster geringerer Tragfähigkeit erzeugt wird.
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Schließlich kann vorgesehen sein,
dass die Breite des Prallblechs in Richtung quer zur Transportrichtung
zunimmt.
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Aufgrund dieser Geometrie stellt
sich ein größerer tragender
Effekt an den Bandrändern
als an der Bandmitte ein.
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Im Folgenden werden vorteilhafte
Ausbildungsformen des erfindungsgemäßen Düsenfeldes anhand mehrerer Figuren
erläutert.
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Es zeigen
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1:
eine schematische Darstellung des Verlaufs von Wärmeübergang, Zentrierkraft und
freier Düsenfläche in Abhängigkeit
von der Lage in der Düse
bei einer konventionellen Düse
nach dem Stand der Technik,
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2:
eine schematische Darstellung des Verlaufs von Wärmeübergang, Zentrierkraft und
freier Düsenfläche in Abhängigkeit
von der Lage in der Düse
bei einer konventionellen Zentrierdüse nach dem Stand der Technik,
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3:
eine schematische Darstellung des Verlaufs von Wärmeübergang, Zentrierkraft und
freier Düsenfläche in Abhängigkeit
von der Lage in der Düse
bei einer erfindungsgemäßen Zentrierdüse,
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4:
einen Ausschnitt eines Düsenfeldes mit
unterschiedlich ausgebildeten Düsenkappen
und Prallblechen.
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Den 1 bis 3 ist eine schematische Darstellung
des Verlaufs von Wärmeübergang
WÜ, Zentrierkraft
Fz und freier Düsenfläche fD zu
entnehmen für
eine konventionelle Düse
und eine konventionelle Zentrierdüse nach dem Stand der Technik,
sowie für eine
erfindungsgemäße Zentrierdüse. Die
Düsenkappen
konventioneller Düsen
und konventioneller Zentrierdüsen
weisen in der Regel eine rechteckige Grundform auf. Auch bei den
erfindungsgemäßen Zentrierdüsen werden
in 4 als Beispiel zwei rechteckige
Ausführungsformen
gewählt.
Dabei sind die kurzen Seitenränder
in etwa unterhalb der Seitenränder
der zu behandelnden Warenbahn angeordnet. Die langen Seitenränder erstrecken
sich in etwa über die
Breite der Warenbahn quer zur Transportrichtung. Wird im Folgenden
auf einen Seitenrand Bezug genommen, so ist hiermit der kurze Seitenrand
gemeint. In den 1 bis 3 ist auf der jeweiligen
waagerechten Achse die Düsenbreite,
d. h. der Weg von der Mitte einer Düsenkappe zum kurzen Seitenrand
hin, quer zur Transportrichtung der zu behandelnden Warenbahn, aufgetragen.
Auf der senkrechten Achse sind der Wärmeübergang WÜ, die Zentrierkraft Fz und
die freie Düsenfläche fD jeweils
aufgetragen.
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1 gibt
die schematische Darstellung des Verlaufs von Wärmeübergang WÜ, Zentrierkraft Fz und freier
Düsenfläche fD für eine konventionelle Düse mit konventioneller
Düsenkappe
wieder. Eine solche konventionelle Düse ist in 4 als Düse 1 mit Düsenkappe 4 dargestellt.
Bei einer derartigen Düse
bleiben der Wärmeübergang
WÜ, die
Zentrierkraft Fz und die freie Düsenfläche fD über die
Düsenbreite
gleich. Diese konventionelle Düse
trägt also nicht
zum Zentrieren der Warenbahn bei.
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2 gibt
die die schematische Darstellung des Verlaufs von Wärmeübergang
WÜ, Zentrierkraft Fz
und freier Düsenfläche fD für eine konventionelle Zentrierdüse mit konventioneller
Zentrierdüsenkappe wieder.
Die konventionellen Zentrierdüsenkappen weisen
von der Düsenmitte
ausgehend zu ihrem kurzen Seitenrand hin eine steigende freie Düsenfläche fD auf.
Dies führt
zu einer steigenden Zentrierkraft Fz im Kantenbereich, d. h. am
Seitenrand der Warenbahn. Jedoch geht damit auch ein steigender
Wärmeübergang
WÜ zum
Seitenrand der Düse
einher. D. h., dass mit dieser konventionellen Zentrierdüsenkappe
zum kurzen Seitenrand hin und damit im Kantenbereich der Warenbahn
zwar ein Zentrierverhalten erreicht werden kann, dafür aber auch
der Wärmeübergang
und damit die Gefahr von Überhitzung im
Kantenbereich der zu behandelnden Warenbahn, z. B. eines Metallbandes,
ansteigt.
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Eine solche Gefahr der Überhitzung
wird mit dem erfindungsgemäßen Düsenfeld
gebannt. 3 gibt die
schematische Darstellung des Verlaufs von Wärmeübergang WÜ, Zentrierkraft Fz und freier
Düsenfläche fD für eine Zentrierdüse mit erfindungsgemäßer Zentrierdüsenkappe
wieder. Wie in 3 dargestellt,
nimmt die Zentrierkraft Fz zum Seitenrand der erfindungsgemäßen Zentrierdüse und damit
zum Rand der zu behandelnden Warenbahn hin zu. Der Wärmeübergang
WÜ und
die Düsenfläche fD hingegen
sind konstant. Ein derartiges Ergebnis kann z. B. mit den in 4 mit Bezugszeichen 2 und 3 versehenen
Zentrierdüsen
erlangt werden.
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Die Zentrierkraft Fz ist abhängig von
der Impulskraft und damit von der Düsenöffnungsfläche und von der Geschwindigkeit
und Dichte des ausgeblasenen Mediums, z. B. Luft. Unter Impuls wird
der Impuls verstanden, der sich beim Verlassen der Zentrierdüsen aufbaut,
also eine senkrechte Kraftkomponente im Bezug auf die Zentrierdüsenkappe.
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Für
das Tragverhalten und die gewünschte Zentrierwirkung
sind in erster Linie Schlitzdüsen,
für den
Wärmeübergang
Lochdüsen
verantwortlich. Die Schlitzdüsen
sind so gestaltet, dass eine sequenzielle Flächenzunahme zum kurzen Seitenrand
hin, d. h. zum Bandkantenbereich hin, gegeben ist. Zur Kompensation
dieser Flächenzunahme
und zur Vermeidung des Wärmeübergangsanstiegs
zum Seitenrandbereich werden die Lochdüsen so gestaltet, dass eine
Anhäufung
dieser im Düsenmittenbereich gegeben
ist.
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In 4 ist
ein Ausschnitt des erfindungsgemäßen Düsenfeldes
dargestellt. Ein derartiges Düsenfeld
kann unterhalb und zusätzlich
auch noch oberhalb der zu behandelnden Warenbahn, hier z. B. eines
Metallbandes, angeordnet sein.
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Es sind eine konventionelle Düse 1 mit
konventioneller Düsenkappe 4 und
zwei erfindungsgemäße Düsen, d.h.
Zentrierdüsen 2, 3 mit
Zentrierdüsenkappen 5, 6,
abgebildet. Zudem sind drei Prallbleche 7, 8, 9 abgebildet.
Zur besseren Übersichtlichkeit wurde
auf eine Darstellung der Befestigung der Prallbleche 7, 8, 9,
der konventionellen Düsenkappe 4 und
der erfindungsgemäßen Zentrierdüsenkappen 5, 6 verzichtet.
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Die konventionelle Düsenkappe 4 und
die Zentrierdüsenkappen 5, 6 sind
im Wesentlichen rechteckig ausgebildet, wobei die Seitenränder 10 parallel
zur Transportrichtung des nicht dargestellten Bandes kurz und die
Seitenränder 11 senkrecht
zur Transportrichtung lang ausgebildet sind. Die Transportrichtung
der Warenbahn ist mit Pfeilen markiert.
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Bei der Düsenkappe 4 handelt
es sich um eine konventionelle Düsenkappe
mit einer Vielzahl an konstant verteilten Lochdüsen 12 und jeweils
einer Schlitzdüse 13 konstanter
Breite am jeweiligen langen Seitenrand 11 der Düsenkappe 4.
Es sind nur einige der Lochdüsen 12 mit
Bezugszeichen versehen. Eine derartige Düsenkappe 4 ist vorzugsweise am
Anfang eines Düsenfeldes
angeordnet, da am Anfang der Warenbahn noch stark aufgeheizt wird und
eine Überhitzung
der Kanten der Warenbahn noch nicht zu befürchten ist. Auch wird die Warenbahn
am Anfang und am Ende einer Schwebeanlage durch die Ein- und Auslaufrollen
stabil im Düsenfeld gehalten.
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Die erfindungsgemäße Zentrierdrüsenkappe 5 der
Zentrierdüse 2 weist
Lochdüsen 12 auf,
deren Anteil quer zur Transportrichtung, d. h. zu den kurzen Seitenrändern 10 der
Zentrierdüsenkappe 5 hin,
abnehmen. Zudem ist an jedem langen Seitenrand 11 der Zentrierdüsenkappe 5 jeweils
eine Schlitzdüse 14 angeordnet.
Der Querschnitt der Schlitzdüse 14 nimmt
dabei von der Düsenmitte
aus gesehen quer zur Transportrich tung, d. h. in Richtung der kurzen Seitenränder 11 zu.
Dabei bleibt die Gesamtdüsenfläche gemessen
in beliebigen Abständen
zu den in Transportrichtung liegenden kürzeren Seitenrändern 10 der
Zentrierdüsenkappe 5 gleich.
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Die Auslegung und Dimensionierung
von Lochgröße bzw.
Schlitzgröße ist in
erster Linie abhängig
von der Kernstrahllänge
des Strahles, also von dem Abstand der Oberkante der jeweiligen
Düsenkappe 4 bzw.
Zentrierdüsenkappe 5, 6 zum
nicht dargestellten Band. Die Kernstrahllänge eines Lochstrahles beträgt maximal 6 Lochdurchmesser
(D). Als mittlere Schlitzbreite (S) des konischen Schlitzes kann
man den Lochdurchmesser zugrunde legen. Die minimalste Schlitzweite
im Düsenmittenbereich beträgt somit
ca.½ D
(D = S) und im Randbereich ca. 2D.
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Die erfindungsgemäße Zentrierdüsenkappe 6 der
Zentrierdüse 3 weist
wiederum Lochdüsen 12 auf,
deren Anteil quer zur Transportrichtung abnimmt und Schlitzdüsen 15,
deren Anteil zunimmt, wobei die Gesamtdüsenfläche des Düsenfeldes in Transportrichtung
gemessen bei beliebigem Abstand zu den kurzen Seitenrändern 10 gleich
bleibt. Die Schlitzdüsen 13 sind
hierbei V-förmig
ausgebildet, wobei die beiden Schenkel 16 der beiden „V" jeweils von den kurzen
Seiten der Zentrierdüsenkappe 6 ausgehen und
zur Mitte der Zentrierdüsenkappe 6 hin
immer schmaler werden.
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In den Bereichen zwischen den (Zentrier-)Düsen 1, 2, 3 mit
den (Zentrier-)Düsenkappen 4, 5, 6 sind
die Prallbleche 7, 8, 9 angeordnet. Sie
weisen quer zur Transportrichtung eine lange Erstreckung und in
Transportrichtung eine kurze Erstreckung mit Außenrändern 19 auf.
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Das erste Prallblech 7 ist
zwischen der konventionellen Düse 1 und
einer gleichartigen nicht dargestellten Düse angeordnet. Das erste Prallblech 7 besteht
aus fünf
Blechteilen, wobei zwischen zwei breiten Blechteilen 17 drei
schmale Blechteile 18 mit Abstand angeordnet sind. Zwischen
den Blechteilen ist die Freifläche
für die
Abluft.
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Das zweite Prallblech 8 liegt
zwischen der konventionellen Düse 1 und
der erfindungsgemäßen Zentrierdüse 2 und
ist konkav ausgebildet, d. h. der Abstand des Prallbleches 8 zur
nicht dargestellten Warenbahn nimmt in Richtung auf den Außenrand 19 des Prallbleches 8,
d. h. quer zur Transportrichtung, zur kurzen Erstreckung hin ab.
Daher bildet sich im Außenrandbereich
des Prallbleches ein größeres Druckpolster
im Vergleich zum Mittenbereich aus. Dadurch wird die Abströmsituation
beeinflusst und eine Zentrierwirkung am Band stellt sich ein.
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Das dritte Prallblech 9 ist
zwischen den beiden Zentrierdüsen 2 und 3 angeordnet.
Das dritte Prallblech 9 ist derart konisch ausgebildet,
dass die Breite des Prallblechs 9 in Richtung quer zur
Transportrichtung zunimmt. Dieses dritte Prallblech weist also im
Mittenbereich eine größere Durchlässigkeit für das abströmende Medium,
z. B. Luft, auf als zum Außenrand 19 hin.
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Bei allen drei Prallblechen 7, 8, 9 sind
die Ränder
der langen Erstreckung, die quer zur Transportrichtung verlaufen,
nach unten gebogen. Diese gebogenen Ränder 20 dienen der
besseren Luftleitung.
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Die konventionelle Düse 1 mit
konventioneller Düsenkappe 4,
die Zentrierdüsen 2 und 3 mit
Zentrierdüsenkappen 5 und 6 und
die Prallbleche 7, 8 und 9 können je
nach Bedarf miteinander kombiniert werden.
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- 1.
- konventionelle
Düse
- 2.
- Zentrierdüse (Variante
1)
- 3.
- Zentrierdüse (Variante
2)
- 4.
- konventionelle
Düsenkappe
- 5.
- Zentrierdüsenkappe
der Zentrierdüse 2 (Variante
1)
- 6.
- Zentrierdüsenkappe
der Zentrierdüse 3 (Variante
2)
- 7.
- erstes
Prallblech
- 8.
- zweites
Prallblech
- 9.
- drittes
Prallblech
- 10.
- kurzer
Seitenrand (= Außenrand)
- 11.
- langer
Rand
- 12.
- Lochdüse
- 13.
- Schlitzdüse in Düsenkappe 4
- 14.
- Schlitzdüse in Zentrierdüsenkappe 5
- 15.
- Schlitzdüse in Zentrierdüsenkappe 6
- 16.
- Schenkel
der Schlitzdüse 15
- 17.
- breite
Blechteile des Prallblechs 7
- 18.
- schmale
Blechteile des Prallblechs 7
- 19.
- Außenrand
des Prallblechs 7 bis 9
- 20.
- gebogener
Rand des Prallblechs 7 bis 9
- Fz
- Zentrierkraft
- fD
- freie
Düsenfläche
- WÜ
- Wärmeübergang
- S
- mittlere
Schlitzbreite
- D
- Lochdurchmesser