CFD-optimierte Schwebedüsen für die berührungslose Trocknung von Folien

Münstermann verfügt über langjährige Erfahrung mit Trocknungsanlagen für bahnförmige Materialien – unter anderem mit Schwebetrocknern und Schwebekühlern für die Stahlbandproduktion. Sie kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn empfindliche oder frisch beschichtete Oberflächen während des Trocknungsprozesses nicht mit Rollen oder anderen Auflageflächen in Berührung kommen dürfen.

Bei der Übertragung dieses Prinzips auf leichte Folien entstehen jedoch neue Anforderungen. Das geringe Flächengewicht, die hohe Flexibilität und empfindliche Oberflächen machen eine besonders präzise Luftführung erforderlich. Damit die Folie stabil zwischen den Düsen schwebt, müssen Luftmenge, Strömungsverteilung und Düsendesign exakt aufeinander abgestimmt sein.

Unsere Forschungs- und Entwicklungsabteilung entwickelte eine spezielle Schwebedüse für Folien. Neben dem Austausch mit Partnerunternehmen bildete die strömungstechnische Optimierung der Düsengeometrie einen zentralen Bestandteil der Entwicklung.

Mithilfe von CFD-Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics) wurden unterschiedliche Geometrien virtuell untersucht. Dabei ließen sich Strömungsbilder, Druckverteilungen und Geschwindigkeitsprofile detailliert analysieren.

Das Ziel: eine möglichst gleichmäßige Luftverteilung über die gesamte Düsenbreite und damit ein stabiles Luftpolster ober- und unterhalb der Folie.

Mithilfe von CFD-Strömungssimulationen wurde die Luftführung der Schwebedüse bereits während der Entwicklung untersucht und optimiert.

Auf Grundlage der Simulationsergebnisse wurde ein Prototyp gefertigt und anschließend messtechnisch untersucht. Dabei stand insbesondere die Gleichmäßigkeit der austretenden Luft im Fokus, da bereits lokale Abweichungen die stabile Führung einer leichten Folienbahn beeinträchtigen können.

Die Messergebnisse bestätigten die vorausgegangene Entwicklung: Über eine Düsenbreite von 1.250 mm wurde die Strömung an 24 Messpunkten untersucht. Die Abweichungen lagen bei unter ±2 %. Damit konnte eine sehr homogene Luftverteilung über die gesamte Breite nachgewiesen werden. 

Nach der CFD-Optimierung wurde ein Prototyp gefertigt und die Gleichmäßigkeit der Luftströmung messtechnisch überprüft.

Auf Basis der Versuche wurden Konstruktion und Fertigung weiter optimiert. Aus dem Prototyp entstand eine robuste Schwebedüse für den industriellen Einsatz.

Die entwickelte Lösung ermöglicht ein stabiles Luftpolster ober- und unterhalb der Folie, eine schonende Behandlung empfindlicher Oberflächen und eine hohe Prozesssicherheit auch bei leichten Materialien. Gleichzeitig kann das Düsenkonzept flexibel in unterschiedliche Trocknerkonzepte integriert werden.

3D-Modell eines gelieferten Schwebetrockners für bahnförmige Materialien.