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Die
Erfindung betrifft einen Dampfblaskasten nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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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 gattungsgemäßen
DE 43 45 181 A1 sind
Dampfsprührohre
zum Aufbringen von Dampf auf eine vorbeilaufende Materialbahn bekannt,
die jeweils eine sich quer zur Bahnlaufrichtung erstreckende, der
Materialbahn zugewandte Gehäusewand
aufweisen. In der einen Abschnitt der Gehäusewand bildenden Diffusorplatte
sind Düsen
n zwei Reihen angeordnet, welche so zueinander versetzt sind, dass die
Düsen einer
Reihe sich vor oder hinter einer Lücke zwischen Düsen der
anderen Reihe befinden. Jedes Dampfsprührohr weist mehrere in Zonen
angeordnete Düsenanordnungen
auf, um die Materialbahn über
ihre Breite mit unterschiedlichen Dampfmengen zu beaufschlagen.
Wenn die Düsen
in den Reihen einen spitzen Winkel mit der Quermaschinenrichtung
einschließen,
können
sich die Düsen
an den Enden benachbarter Zonen überlappen.
Hierdurch wird auch an der Grenze zwischen zwei Zonen gewährleistet,
dass die vorbeilaufende Materialbahn in ausreichendem Maße mit Dampf
beaufschlagt wird. Durch den hohen Druck in der Dampfkammer soll
die an der Materialbahn haftende Luftschicht aufgerissen werden.
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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 mit der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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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
- 5a–d
- Gruppe
von Dampfaustrittsöffnung 5
- 6
- Dampfventil
- 71–74
- Seite
der Gruppe 5a–d
- 8a–c
- bedampfungsfreier
Abschnitt
- 9,
10
- Bereich
ohne Dampfaustrittsöffnung
- 11a,
b
- Kanal
- 12a–d
- Regelzone
- 13
- Pfeilspitze
- 141, 142
- Pfeilseite