DE3879956T2 - Vorrichtung für die hitzebehandlung eines materials, insbesondere infrarotstrahlung einer kontinuierlichen papierbahn in einer papiermaschine. - Google Patents

Description

• Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Wärmebehandlung von Material, inbesondere Infrarotbestrahlung einer kontinuierlichen Papierbahn in einer Papiermaschine, welche Vorrichtung in der Einleitung von Anspruch 1 näher angegeben ist.
• Es ist vorbekannt, beispielsweise eine kontinuierliche Papierbahn in einer Papiermaschine Infrarotbestrahlung auszusetzen, um die Bahn völlig oder teilweise zu trocknen. Die Infrarotstrahlen erzeugen hierbei ein grosses Wärmepotential, was einen Bedarf an Kühlung der Strahler und Schutz der Papierbahn gegen Schmierspritzer und andere Verunreinigungen, Brandgefahr und ungleichmässiges Trocknen mit sich führt. Zu Erzielung eines solchen Schutzes bedient man sich Zu- und/oder Abluftströme, welche auf die Strahler und auf die Papierbahn einwirken. Diese Luftströme sollen ein sicheres Kühlen bewirken, jedoch ohne die Wirksamkeit des Trocknungsprozesses zu mindern bzw. ohne nachteilig auf die Bahnführung einzuwirken. Derartige Anforderungen konnten bisher mit bekannter Technik nicht erfüllt werden.
• Zu derartigen Vorrichtungen (siehe beispielsweise WO 87/04739) gehört oft ein sogenannter Gegenreflektor, welcher dazu vorgesehen ist, den Teil der Wärmestrahlung gegen das Papier zurückzuwerfen, der das Papier durchdringt. Es ist erwünscht, um den Trocknungsprozess effektiver zu gestalten, den Gegenreflektor so nahe an der Papierbahn wie möglich anzuordnen. Bisher wurde jedoch der Gegenreflektor aus verschiedenen Gründen auf grosse Distanz von der Papierbahn angeordnet, was eine geringere Leistungsfähigkeit mit sich geführt hat. Das gleiche gilt für den Reflektor selbst mit der Strahlungsquelle, welche vornehmlich aus Sicherheitsgründen auch auf relativ grossem Abstand von der Papierbahn bei bisher bekannten Vorrichtungen angebracht wurden, was einen eindeutig schlechteren Wirkungsgrad ergibt. Von grosser Bedeutung in diesem Zusammenhang ist jedoch die Bahnführung, die bisher bei gewissen Kombinationen von Papierflächengewicht, Struktur, Feuchtigkeitsgehalt, freier Länge in Bahnrichtung etc. von zu nahe angeordneten Reflektoren negativ beeinflusst wurde aufgrund nachteiliger Einwirkung der Kühlluftströme auf die Bahn. Weitere Nachteile des Standes der Technik bestehen in grossen Leistungsverlusten, Schwierigkeiten in der Durchführung von Wartung und Unterhalt, Beibehalten eines gleichmässigen Wirkungsgrades und all zu grossem Wartungsbedarf.
• Ziel der Erfindung, ist es eine verbesserte Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welche genannte Mängel vermeidet. Vornehmlig obliegt es der Erfindung, Voraussetzungen zu schaffen, um zur Vorrichtung gehörende Komponenten so effektiv wie möglich auszunützen, den Wirkungsgrad wesentlich zu erhöhen und trotz dieser Vorteile eine beibehaltene oder sogar gesteigerte Sicherheit zu erzielen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik auf diesem Gebiet in verschiedenen weiteren Hinsichten zu verbessern.
• Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung der eingangs angegenen Art im wesentlichen wie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben beschaffen ist. Dank dieser Merkmale ist es möglich, den Strahler mit dem Reflektor in sehr nahem Anschluss an beispielsweise eine Papierbahn anzuordnen, nämlich gemäss vorliegenden Versuchsresultaten auf 20 mmm Abstand zwischen einem Schutzglas und einer Papierbahn im Vergleich zu etwa 50 mm gemäss vorbekannter Technik. Auf diese Weise wird natürlich ein sehr intensiveres Trocknen erzielt, dessen Wirkungsgrad weiter erhöht werden kann, indem auch der Gegenreflektor näher zur Bahn hin angeordnet werden kann. Trotz dieser Merkmale ist es möglich, eine vorteilhafte, d.h. von z.B. Luftströmen nicht oder nur minimal beeinflusste Bahnführung sicherzustellen. Die Kennzeichen garantieren ferner, dass die Vorrichtung so weitgehend wie möglich von Schmutz freigehalten wird. Das Fehlen nennenswerter freier Luftströmen ergibt einen bisher unbekannten Reinheitsgrad, welcher sowohl den Wirkungsgrad als auch die Sicherheit wesentlich erhöht.
• Ferner hat die Vorrichtung mit sich überlappenden Schutzgläsern den Vorteil, dass Abmessungstoleranzen und thermische Ausdehnung die Dichte der Glasfläche insgesamt nicht beeinflussen.
• Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus folgender Beschreibung unter Hinweis auf beigefügte Zeichnungen hervor, die teilweise schematisch eine bevorzugte, jedoch nicht begrenzende Ausführung darstellen. Im einzelnen zeigen:
• Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung,
• Fig. 2 einen Teilschnitt gemäss Schnittlinie A./.A in Fig. 1 zur Veranschaulichung der Verhältnisse bei relativ niedrigem Druck,
• Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Ansicht bei relativ hohem Druck,
• Fig. 4 eine Teilansicht der Ausführung gemäss Fig. 2 oder einer Ausführung zwischen Fig. 2 und Fig. 3,
• Fig. 5 eine Fig. 4 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführung,
• Fig. 6 und 7 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Glashalters.
• In Fig. 1 wird mit 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung insgesamt bezeichnet. Die Vorrichtung besitzt ein z.B. längliches Aussengehäuse 2 mit einem an der einen Stirnwand 3 angeordneten Einlauf 4 sowie Seitenwänden 5 und einer Oberseite 6 mit einem Auslauf 7. Unten zeigt das Aussengehäuse eine im wesentlichen die gesamte Unterseite ausmachende Öffnung 8, die seitlich begrenzt ist durch schmale Flansche 9. Bevorzugt sind die Flansche an einer sich um die Seitenwände 5 und die Stirnwände 3 herum erstreckende Zarge 10 angeordnet, welche einfachen und vollständigen Zugang zum Inneren des Aussengehäuses gestattet.
• An den Flanschen 9 sind von unten Scheibenhalter 11 befestigt, welche Glasscheiben 12 tragen, die die Öffnung 8 im Prinzip verschliessen. Aussehen und Funktion der Scheibenhalter wird im Zusammenhang mit Fig. 2-5 näher beschrieben.
• Zwischen den Stirnwänden 3 erstreckt sich ein Innengehäuse 13 mit einer Oberseite 14, Seitenwänden 15 und einer unteren Öffnung 16, welche verschlossen ist durch in das Innengehäuse eingesetzte Infrarotheizgeräte 17 mit Reflektoren (nicht gezeigt), welche gegen eine ausserhalb der Glasscheiben 12 geführte und im Verhältnis zu diesen parallele Papierbahn 18 gerichtet sind. Letztere hat eine Laufrichtung nach links oder rechts in Fig. 1.
• Die Seitenwände 15 des Innengehäuses sind auf Abstand von den Seitenwänden 5 des Aussengehäuses angeordnet, so dass Abluftkanäle 19 gebildet werden, welche eine untere Zuluftzone 20 zwischen genannten Heizgeräten 17 und der Innenseite der Scheibenhalter 12 mit einem oberen Sammelkanal 21 zwischen den Oberseiten 6 und 14 verbinden, welcher Sammelkanal in genannten Auslauf 7 zum Abführen der Abluft ausmündet. Die Zuluft und die Abluft sind somit in einem im Prinzip geschlossenen System geführt. Hierbei wird die Zuluft vor dem Eintritt in die erfindungsgemässe Vorrichtung bevorzugt gefiltert. Die Abluft lässt sich ganz oder teilweise anwenden in z.B. Wärmeaustauschern oder anderen energieausnützenden Vorrichtungen. Die Abluft wird in reinem Zustand abgegeben und braucht somit nicht gefiltert zu werden. Die Gehäuse sind bevorzugt aus rostfreiem Stahl hergestellt.
• Auf der anderen Seite der Papierbahn ist bevorzugt ein Gegenreflektor 22 angeordnet, welcher an und für sich vorbekannt ist und zur Aufgabe hat, den Hauptteil der durch die Papierbahn dif fundierenden Strahlung zurückzuwerfen und auf diese Weise die Papierbahn auch von der den Heizgeräten 17 abgewendeten Seite her zu erwärmen. Dank der Erfindung lässt sich auch der Gegenreflektor relativ nahe zur Papierbahn anordnen, z.B. 20 mm von derselben, während dieser Abstand früher etwa 50 mm betrug.
• Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verteilt sich die Zuluft vom Einlauf oder den Einläufen 4 um die Heizgeräte l7 herum und/oder durch diese und durch die Zuluftzone 20, die somit eine Kühlzone wird, hin zu beiden Seiten 5. Der Druck der Zuluftzone 20 lässt sich dadurch regulieren, dass der Einlauf 4 in Verbindung steht mit einem Überdruck erzeugenden Gebläse 23 und/oder dadurch, dass der Auslauf 7 mit einem Unterdruck erzeugenden Gebläse 24 in Verbindung steht. Eventuell lässt sich ein Abluftgebläse einsparen dank der Erfindung.
• Gemäss einem weiteren, wesentlichen Kennzeichen der Erfindung sind die Scheibenhalter 12 in Serie in Richtung der Tiefe des Aussengehäuses angeordnet, d.h. quer zur Ebene von Fig. 1. Die Scheiben überbrücken den gesamten Abstand zwischen den gegenüber einander liegenden Scheibenhaltern 11 in einem Stück und haben somit eine Länge 260-600 mm, vorzugsweise etwa 350 mm. Die Breite ist vorzugsweise nur 100-300 mm, vorzugsweise 150 mm. Diese Breite ist aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, woraus auch ein weiteres wesentliches Kennzeichen der Erfindung hervorgeht, nämlich dass die Längskantenbereiche 25, 26 der Scheiben sich gegenseitig überlappen. Die Überlappung findet auf solche Weise statt, dass Spalte 27 gebildet werden, die entweder alle in die gleiche Richtung weisen oder beispielsweise ausgehend von der Mitte der Vorrichtung nach beiden Seiten hin.
• Die Scheibenhalter 11 sind in Fig. 2 und 3 nur schematisch angedeutet. Sie können durchgehend angeordnet sein für eine beliebige Anzahl Glasscheiben zusammen oder z.B. einer für jede Scheibe. Sie sind versehen mit einer für die Glasscheibe/-scheiben vorgesehenen Nut 29, die beispielsweise so breit sein kann, dass die Überlappung in der Nut stattfinden kann, d.h. die Nut ist wenigstens doppelt so breit wie die Scheiben dick sind. Es lassen sich jedoch auch mehrere Nuten 29 anordnen, eine für jede Scheibe, und/oder können die Nuten und/oder die Scheibenhalter schräggestellt sein auf in Fig. 6 durch die Nuten 29 angedeute Weise. Ferner lassen sich innerhalb oder ausserhalb der Nuten an deren unterem Ende Anschlagorgange 30 vorsehen, welche das Einschieben der Scheiben in diese Richtung begrenzen. Gemäss einer speziellen Ausführungsform der Erfindung können diese Anschlagorgange dazu vorgesehen sein, genannte Spalte 27 ganz oder teilweise zu bilden bzw. fortzusetzen oder zu begrenzen oder zu beeinflussen. Eine bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 6 und 7 gezeigt, wo die Halter in Neigungsrichtung einen abragenden unteren Vorsprung 31 bilden, auf dem ein an der entgegengesetzten Seite der Halter angeordneter oberer Vorsprung 32 zum Ruhen vorgesehen ist. Die Vorderkante 33 des unteren Vorsprunges 31 und die passende Kante des oberen Vorsprunges 32 können bevorzugt schräg ausgeführt sein zwecks leichteren Einpassens.
• Die in die Nuten 29 eindringenden Kanten der Glasscheiben können eventuell mit einer Art Belag, Fütterung od.dgl. (nicht gezeigt) versehen sein, welcher eventuell eine gewisse Elastizität aufweisen kann zwecks gewünschter Bestimmung oder Kontrolle der Spaltbreite 27. Im Prinzip nehmen die Scheibenhalter bei geringem Druckfall über die Spalte 27 ein Lage gemäss Fig. 2 ein, wo die Zuluft auf kontrollierte Weise über die Spalte 27 ausleckt. Die Strömung findet in die gleiche Richtung statt und ist etwas von den Scheiben weggerichtet und etwas gegen die Papierbahn, was in gewissen Fällen vorteilhaft sein kann. Meistens kann jedoch eine Führung gemäss Fig. 3 oder annähernd gemäss Fig. 3, 4 oder 5 am vorteilhaftesten sein. Hierbei liegt meistens ein relativ grosser Druckfall über die Spalte 27 vor, der auch dank dieses Druckfalls abnimmt, da der überlagernde Abschnitt 25 vom Druck auf den darunter liegenden Abschnitt 26 der angrenzenden Scheibe gepresst wird. Auf diese Weise wird stets eine automatische Selbsteinstellung oder -regulierung erzielt, die nicht einmal von einer Abnutzung in Frage gestellt werden kann, welche mit der Zeit entstehen kann. Im Spalt selbst entsteht ein geringerer Druck, dank welchem die einander überlagernden Scheibenabschnitte sozusagen gegeneinander gesogen werden. Durch diesen sehr schmalen Restspalt werden Hochgeschwindigkeitsluftströme 35 parallel zu den der Papierbahn zugewendeten Scheibenflächen ausgepresst, welche Fläche gleichzeitig reingehalten und dank dieser Strömung gekühlt werden, welche Strömung auch dank der Geschwindigkeit und eines grossen Momentes des sogenannten Coandaeffektes begünstigt wird, d.h. dass ein Luftstrom durch einen entstehenden Unterdruck gegen eine Begrenzung gesogen wird. Das Volumen dieser Luftströmen ist jedoch so gering, dass die Bahnführung auf keine Weise negativ beeinflusst wird. Vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist auch, dass die Teilströme sich gegenseitig durch einen kombinierten Saug- und Schiebeef fekt unterstützen. Die Kraft eines Teilstromes braucht somit nicht so bemessen zu sein, dass der Strom leicht und schnell den Bereich zwischen den Glasscheiben und der Papierbahn verlassen kann, was leicht zu Turbulenzen etc. und dadurch bedingt zu Störungen in der Bahnführung führen könnte. Sehr günstig und vorteilhaft ist die laminare Luftführung zwischen den Glasscheiben und der Papierbahn. Bei hohem Druckfall ist wie genannt die Strömungsrichtung in der Hauptsache Parallel zu den Scheiben, was begünstigt wird durch Schmale und möglicherweise lange Spalte, welche Sich dadurch erzielen lassen, dass man längere Überlappungszonen wählt. Bei geringem Druckfall kann es vorteilhaft sein, dass die Luftströmung etwas mehr gegen die Papierbahn gerichtet ist, um eine diese umgebende Dampfschicht besser aufzubrechen. Dieses Strömungsbild lässt sich also regulieren durch u.a. eine Reulierung des Druckfalles. Es lassen Sich 3edoch auch Spezielle Mittel zu Erweiterung/Verminderung der Spaltbreite vorsehen, z.B. in Form von Schwenkpunkten 36, um welche die Scheiben Schwenken können bzw. sich Schwenken lassen gleichzeitig wie die Spaltbreite vergrössert bzw. gemindert wird. Ein anderes Mittel kann in der Formgebung der Glasscheibenkanten in den Überlappungsbereichen bestehen, z.B. durch Abfasen und/oder Runden, was in gewissem Masse als Diffusor und/oder Geschwindigkeitssteigerung wirken kann. Die Glasscheiben lassen sich in diesen Kantenbereichen Speziell Schleifen, um zusammen eine gewisse gewünschte Düsenform zu bilden und daiuit eine gesteigerte Blaslänge bzw. Geschwindigkeit bei einem gegebenen Druckunterschied zu ergeben. Auf diese Weise kann man auch die Spaltlänge regulieren.
• Dank der Erfindung kann man leicht und Schnell z.B. Scheiben und Infrarrotheizgeräte austauschen, was ein Vorteilhafter Nebeneffekt der Erfindung ist im Vergleich zum Entfernen einer grossen Scheibe mit vielen Befestigungspunkten, grossem Gewicht und anderen Mängeln
• Es ist natürlich auch möglich, die Glasscheiben Wechselweise in zwei Verschiedenen Ebenen anzuordnen, wobei man zwar paarweise in entgegengesetzte Richtungen gerichtete Luftströme erhält, welche sich jedoch verschieden gestalten lassen, oder kann man die Spalte entlang der einen Seite Zustopfen.

Claims (10)

1. Vorrichtung (1) für eine Wärmebehandlung von Material, insbesondere infrarotbestrahlung einer kontinuierlichen papierbahn (18) in einer Papiermaschine, mit einer Anzahl von Infrarotheizgeräten (17), die parallel zur papierbahn od.dgl. angeordnet und von dieser durch Schutzglas (12) getrennt sind, wobei ein Kühlluftsystem zur Kühlung der Infrarotheizgeräte und des Schutzglases vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzglas (12) als eine Serie von einzelnen Scheiben vorgesehen ist, welche sich gegenseitig überlappen und Ventilationsspalte (27) bilden, die im wesentlichen parallel zur Bahn in die gleiche Richtung oder in zwei entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein bevorzugt längliches Aussengehäuse (2) besitzt mit einem Einlass (4) in einer der stirnwände (3) sowie mit seitenwänden (5) und einer Oberseite (6) mit einem Auslass (7) sowie mit zuunterst einer Öffnung (8), welche im wesentlichen die gesamte Unterseite beansprucht und seitlich von Flanschen (9) begrenzt ist, die bevorzugt an einer die Seitenwände (5) und die stirnwände (3) umgebenden Begrenzung (10) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den stirnwänden (3) sich ein Innengehäuse (13) erstreckt mit einer Oberseite (14), seitenwänden (15) und einer unteren Öffnung (16), die von Infrarotheizgeräten (17) ausgefüllt ist, dass Reflektoren in genanntes innengehäuse eingesetzt sind, die sich der Bahn od.dgl. (18) zuwenden, welche ausserhalb der Scheiben bevorzugt parallel zu den letzteren geführt ist, und dass die Seitenwände (15) des Innengehäuses auf Abstand von den Seitenwänden (5) des Aussengehäuses angeordnet sind, um Luftabzugpassagen (19) zu bilden, welche eine untere Luftzufuhrzone (20) zwischen genannten Heizgeräten (17) und der Innenseite der Scheiben (12) mit einer oberen zusammenlaufenden Passage (21) zwischen den Oberseiten (6) und (14) verbinden, welche zusammenlaufende Passage an den Auslass (7) angeschlossen ist, um Abluft abzuleiten.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Flanschen (9) von unten Scheibenhalter (11) befestigt sind, welche die Scheiben (12) tragen, die im Prinzip die Öffnung (8) abdecken, und dass auf der entgegengesetzten Seite genannten Materials im Verhältnis zu den Gehäusen ein Gegenreflektor (22) vorgesehen ist, der bevorzugt relativ nahe an genanntem Material angeordnet ist, z.B. 20-30 mm von diesem.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft dazu vorgesehen ist, vom Einlass (4) und bevorzugt durch die Heizgeräte (17) und durch die Zuluftzone (20) zu strömen, um die letztere als Kühlzone zu gestalten, und alsdann nach beiden Seiten (5) hin, und dass der Druck der Zuluftzone (20) regulierbar ist über den Einlass (4), an den ein Gebläse (23) angeschlossen ist, welches einen Überdruck erzeugt, und/oder über den Auslass (7), welcher an ein Gebläse (24) angeschlossen ist, welches einen Unterdruck erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (12) in Serien entlang der Länge des Aussengehäuses angeordnet sind, dass die Scheiben den gesamten Abstand zwischen einander entgegengesetzten Scheibenhaltern (11) in einem Stück überbrücken, und dass die Scheibenhalter (11) bevorzugt durchgehend ausgeführt sind, um eine beliebige Anzahl von Scheiben in Kombination oder jeweils eine Scheibe zu halten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenhalter mit einer Nut (29) ausgestattet sind, um die Scheibe oder Scheiben zu halten, welche Nut eine solche Breite aufweist, dass die Überlappung innerhalb der Nut stattfindet, d.h. dass die Nut wenigstens doppelt so breit wie die Dicke der Platten ist, oder dass mehrere Nuten (29) angeordnet sind, jeweils eine für eine Scheibe, und/oder dass die Nuten bzw. die Scheibenhalter schräg angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb oder ausserhalb der Nuten an deren genanntem Material am nächsten gelegenen Ende Stoppmittel (30) vorgesehen sind, welche die Einführung der Scheiben in diese Richtung begrenzen, und dass diese Stoppmittel bevorzugt dazu vorgesehen sind, genannte Spalte (27) zu bilden, zu verlängern oder zu begrenzen oder gänzlich oder teilweise zu beeinflussen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenhalter in Neigungsrichtung einen unteren Vorsprung (31) bilden, auf dem ein oberer Vorsprung an den entgegengesetzten Seiten der scheibenhalter zum Aufliegen vorgesehen ist, und dass die Vorderkante (33) des unteren Vorsprunges (31) und die zugehörige Kante des oberen vorsprunges (32) zwecks besseren Einpassens schräg ausgeführt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der in die Nuten (29) eindringenden Scheiben bevorzugt mit einer Einfassung, einer Dichtung od.dgl. ausgestattet sind, welche bevorzugt eine gewisse Elastizität aufweist für ein gewünschtes Justieren oder Regulieren der Breite der Spalte (27), dass Zuluft dazu vorgesehen ist, durch die Spalte (27) auf regulierbare Art zu lecken mit einem Fluss in die gleiche Richtung und etwas weg von den Scheiben und etwas in Richtung genannten Materials, und/oder dass ein relativ grosser Druckfall zum Herrschen über die Spalte (27) vorgesehen ist, deren Breite aufgrund von Druckfall zum Abnehmen vorgesehen ist.