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Die vorliegende Erfindung betrifft eine berührungslose
Bahntransportvorrichtung mit zumindest zwei Luftblaskästen vom
Stütztyp mit statischem Druck, die an zueinander versetzten
Stellen an beiden Seiten einer Bahn angeordnet sind, so daß
die Bahn gefördert wird, während sie schwebend geführt wird,
so daß sich die Bahn kontinuierlich in Bewegungsrichtung
wellt, wobei jeder der Luftblaskästen Luftstrahloberflächen
aufweist, die durch Luftstrahlauslässe, die an
gegenüberliegenden Kanten jeder der Strahloberflächen ausgebildet sind,
gebildet werden, wobei die Luftstrahloberflächen zumindest
einen Vorsprung aufweisen, der eine Länge in Richtung der
Breite der Bahn aufweist, die zumindest so groß wie die
Breite der Bahn ist, wobei der Vorsprung mittig auf den
Strahloberflächen in einem Mittelabschnitt äguidistant von
den Luftstrahlauslässen angeordnet ist (EP-A-0291832).
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Bisher ist eine Bahntransportvorrichtung mit Walzen
eingesetzt worden, um eine Bahn aus Kunststoffilm oder Papier zu
transportieren. In diesem Fall wird die Bahn mit den Walzen
in Kontakt gebracht und kann dementsprechend durch die
Walzen zerkratzt oder geguetscht werden. Daher kann das
Erzeugnis durch die Walzen beschädigt werden. Wenn die
Bahntransportvorrichtung zum Transport einer Bahn mit Filmschichten
auf beiden Seiten eingesetzt wird, erhöht sich die
Wahrscheinlichkeit, daß die Bahn durch die Walzen beschädigt
wird. Um dieses Problem zu lösen, ist in der Technik eine
Bahntransportvorrichtung vorgeschlagen worden, die einen
Luftstrom auf die Bahn richtet, um sie in der Luft schweben
zu lassen; d.h., sie transportiert die Bahn ohne mit ihr in
Kontakt zu kommen.
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Bei einem typischen Beispiel der berührungslosen
Bahntransportvorrichtung dieser Art sind Luftblaskästen vom Stütztyp
mit statischem Druck an beiden Seiten der Bahn an in der
Bewegungsrichtung der Bahn versetzten Positionen angeordnet.
Die Luftblaskästen erzeugen so Luftstrahlströme vertikal von
ihren Oberflächen, die der Bahn zugewandt sind, so daß die
Bahn schwebt und sich in der Bewegungsrichtung der Bahn
kontinuierlich wellt (wie dies beispielsweise durch die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 551/1978 und das
US-Patent Nr. 3,549,070 offenbart wird). Bei diesem Vorgang
müssen die Form und die Größe der Luftblaskästen sowie die
Anordnung und die Abstände der Luftstrahlauslässe so
ausgelegt werden, daß sie bestimmte Bedingungen hinreichend
erfüllen, um die Bahn stabil zu transportieren. Ein Teil
dieser Bedingungen ist von dem UK-Patent Nr. 2,013,600B
offengelegt worden. Entsprechend der obenerwähnten Anmeldung
sind die Luftstrahlauslässe jedes der Luftblaskästen
Schlitze, die an beiden, einander gegenüberliegenden Rändern
des Luftblaskastens ausgebildet sind, und der
Luftstrahlwinkel jedes der Luftstrahlauslässe ist vertikal zur
Luftstromoberfläche des Kastens. Um die Bahn stabil zu
transportieren, sollten der Abstand W zwischen einem vorderen und
einem hinteren Luftstrahlauslaß, die an einander
gegenüberliegenden Kanten des Luftblaskastens ausgebildet sind, und
der Abstand P zwischen den Luftdruckwirkungspositionen
(d.h., der Abstand zwischen benachbarten Luftblaskästen) auf
der gleichen Seite der Bahn das folgende Verhältnis
erfüllen:
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W > P/6
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Der Wert W sollte relativ klein sein (vorzugsweise ein
Fünftel (1/5) oder weniger als die Breite der Bahn). Daher
besteht in der Praxis eine der Bedingungen für den stabilen
Transport der Bahn darin, daß der Abstand P gering ist.
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Dementsprechend ist für die herkömmliche berührungslose
Bahntransportvorrichtung eine Reihe von Luftblaskästen
erforderlich, und die Menge der von ihnen ausgestrahlten Luft
ist groß. Das führt dazu, daß die Vorrichtung sowohl
hinsichtlich der Ausstattungs- als auch der Betriebskosten
aufwendig ist. Um die Nachteile zu überwinden, ist ein
berührungsloses Bahntransportverfahren (US-Patent Nr. 4,836,429)
vorgeschlagen worden, bei dem die oben beschriebenen
Probleme einer herkömmlichen berührungslosen
Bahntransportvorrichtung gelöst worden sind. Mit einer derartigen
Vorrichtung kann die Bahn mit einer geringeren Menge an Strahlluft
stabil transportiert werden, und sowohl die
Ausstattungsals auch die Betriebskosten sind niedriger.
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Das in US-A-4,836,429 offenbarte berührungslose
Bahntransportverfahren wird unter Bezugnahme auf Fig. 3(a) und 3(b)
beschrieben. Das heißt, bei dem in Fig. 3(a) und 3(b)
beschriebenen Verfahren sind Luftblaskästen 3 vom Stütztyp mit
statischem Druck zu beiden Seiten einer Bahn angeordnet, so
daß sie in der Bewegungsrichtung der Bahn 1 zueinander
versetzte Positionen einnehmen. Dadurch wird die Bahn
transportiert und schwebt dabei so, daß sie sich in der
Bewegungsrichtung kontinuierlich wellt. Der Luftstrahlwinkel θ jedes
der Luftstrahlauslässe 4a und 4b, die in jedem der
Luftblaskästen 3 vom Stütztyp mit statischem Druck entlang beider
einander gegenüberliegenden Kanten ausgebildet sind, liegt
in einem Bereich zwischen 15º und 45º in Bezug auf eine
Ebene senkrecht zur Luftstrahloberfläche. Der Abstand W
zwischen den Luftstrahlauslässen beträgt wenigstens 20 cm und
beläuft sich des weiteren auf 30% bis 80% der Breite der
Bahn.
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Um die Bahn ohne Faltenbildung oder Flattern stabil zu
transportieren, müssen die aus den beiden
Luftstrahlauslässen 4a und 4b ausgeblasenen Luftströme einander sowohl
hinsichtlich der Quantität als auch der Geschwindigkeit
entsprechen, und des weiteren müssen sie symmetrische
Strahlwinkel aufweisen. Wenn die oben erwähnten Anforderungen
nicht ausreichend erfüllt sind, wird die Bahn mit den
Luftblaskästen
in Kontakt gebracht, was zur Beschädigung der
Bahn führt und das Erzeugnis unannehmbar macht. Dies hängt
in großem Maße von dem Abstand zwischen den
Luftstrahlauslässen 4a und 4b und der Größe des Luftblaskastens ab.
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Um zu gewährleisten, daß die aus den beiden
Luftstrahlauslässen austretenden Luftströme gleiche Strahlmenge,
Strahlgeschwindigkeit und symmetrische Strahlwinkel aufweisen,
müssen die beiden Luftstrahlauslässe mit hoher Genauigkeit
hergestellt werden, so daß sie gleichen (bzw. symmetrischen)
Aufbau aufweisen. Dies stellt jedoch ein technisches Problem
dar, und ist aufgrund der Herstellungskosten nicht
praktikabel. Wenn die Luftblaskästen voluminös sind, erfordert die
Herstellung der Luftstrahlauslässe maschinelle Bearbeitung
mit höherer Genauigkeit. Wenn die Luftblaskästen in einer
Hochtemperaturumgebung eingesetzt werden, werden sie durch
Wärme deformiert, und daher ist es noch schwieriger, einen
konstanten Luftstrahlauslaß aufrechtzuerhalten bzw.
Genauigkeit zu gewährleisten. Des weiteren wird bei dem ersten
beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik die Bahn
dadurch vor Kontakt mit den Luftblaskästen geschützt, daß
die Strömungsgeschwindkeit der von ihnen ausgestrahlten
Luftströme erhöht wird, um die Bahn sicherer in Schwebe zu
halten. Das Verfahren ist jedoch insofern von Nachteil, als
es beim Transport einer Bahn im wesentlichen unstabil ist
und aufgrund der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der
Luftstrahlen zu hohen Energiekosten führt.
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EP-A-0291832, das ein Dokument gemäß Artikel 54 (3) EPC
darstellt und den am nächsten verwandten Stand der Technik
repräsentiert, stellt eine berührungslose Vorrichtung zum
Trocknen von Materialbahnen dar. Eine Vielzahl von
Luftblaskästen, die an vesetzten Stellen angeordnet sind, weisen
Luftstrahlauslässe auf, zwischen denen Vorsprünge an einer
Luftstrahloberfläche vorhanden sind.
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Angesichts der oben erwähnten Nachteile besteht eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, eine berührungsfreie
Bahntransportvorrichtung zu schaffen, bei der, auch wenn die
Luftstrahlströme eine geringe Strömungsgeschwindigkeit
aufweisen, die Bahn nie geguetscht wird oder flattert, und
darüber hinaus nicht mit den Luftblaskästen in Kontakt kommt.
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Die oben erwähnte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß
gelöst, indem die berührungsfreie Bahntransportvorrichtung,
die aus EP-A-0291832 bekannt ist, dahingehend verbessert
wird, daß der Vorsprung eine Breite in der Bewegungsrichtung
der Bahn aufweist, die 30% bis 70% des Abstands zwischen dem
Luftstrahlauslaß ausmacht, eine Höhe in einem Bereich von 5
mm bis 25 mm, sowie einen Anstiegswinkel von Wänden zu der
Luftstrahloberfläche im Bereich von 45º bis 135º.
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Bevorzugte Ausführungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher
anhand einer bevorzugten Ausführung derselben im
Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
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Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Luftblaskastens
in einer berührungslosen
Bahntransportvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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Fig. 2 in ihren Teilen (a), (b) und (c)
Perspektivansichten sind, die eine Abwandlung der
berührungslosen Bahntransportvorrichtung gemäß der
Erfindung zeigen.
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Fig. 3(a) eine Perspektivansicht ist, die ein Beispiel
einer herkömmlichen berührungslosen
Bahntransportvorrichtung zeigt; und
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Fig. 3(b) eine schematische Schnittdarstellung ist, die
die Beziehung der Positionen eines
Luftblaskastens
und einer Bahn bei der herkömmlichen
Bahntransportvorrichtung darstellt.
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Figuren 4(a) und (b) eine Perspektivansicht bzw. eine Vorderansicht
sind, die ein weiteres Beispiel der
herkömmlichen berührungslosen Bahntransportvorrichtung
zeigen.
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Bei der vorliegenden Erfindung weist ein Luftblaskasten 3
vom Stütztyp mit statischem Druck, wie in Fig. 3(b)
dargestellt, Luftstrahlauslässe 4a und 4b an der vorderen und der
hinteren Kante der Luftstrahloberfläche 5 auf, die auf einer
Leitung und einer Kammer 2 angeordnet ist, so daß sie der
Bahn 1 zugewandt ist, und die Luftströme ausstrahlt, um die
Bahn 1 mit statischem Druck über der Luftstrahloberfläche 5
zu halten.
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Die Luftstrahlauslässe 4a und 4b, die in dem Luftblaskasten
an den einander gegenüberliegenden Kanten ausgebildet sind,
weisen Schlitzführungen 6 auf, die die Richtung der
Luftstrahlen bestimmen. Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß
die Luftstrahlauslässe die Form eines Schlitzes haben; sie
können jedoch als eine Reihe von Durchgangslöchern
ausgebildet sein, die linear angeordnet sind. Falls erforderlich,
können sich ein zusätzlicher Luftstrahlauslaß bzw. -auslässe
zwischen dem vorderen und dem hinteren Luftstrahlauslaß 4a
und 4b des Luftblaskastens befinden. Die Richtung der von
dem vorderen und dem hinteren Luftstrahlauslaß des
Luftblaskastens ausgestrahlten Luftströme ist in einem Winkel im
Bereich von 15º bis 45º zu einer Ebene vertikal zur
Luftstrahloberfläche 5 nach innen geneigt.
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Das Vorhandensein des Vorsprungs in der Mitte des
Luftblaskastens vom Stütztyp mit statischem Druck zwischen dem
vorderen und dem hinteren Luftstrahlauslaß, wie er in Fig. 3(b)
dargestellt ist, erhöht den Betrag des Schwebens Hc der Bahn
in der Mitte des Luftblaskastens auf ein Maximum und
verringert den Betrag des Schwebens Hs der Bahn an dem vorderen
und dem hinteren Luftstrahlauslaß 4a und 4b auf ein Minimum.
Das heißt, die Möglichkeit, daß die Bahn den Luftblaskasten
berührt, nimmt ab, wenn der Betrag des Schwebens Hs zunimmt.
Bei gleichen Bahntransportbedingungen kann der Betrag des
Schwebens Hs erhöht werden, indem die
Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Luftblaskasten ausgestrahlten Luftströme
erhöht wird. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der
Luftströme kann jedoch zum Flattern der Bahn führen und
erhöht die Betriebskosten. Andererseits kann der Betrag des
Schwebens Hs mit einem Verfahren vergrößert werden, bei dem,
wie in Fig. 4(a) und 4(b) dargestellt, Führungsplatten 7 an
der Luftstrahloberfläche 5 des Luftblaskastens so vorhanden
sind, daß sie sich zu beiden Seiten der Bahn befinden und
den seitlichen Strom der Luftströme begrenzen, wodurch der
Betrag des Schwebens der Bahn erhöht wird. Das Verfahren
weist jedoch dennoch die folgenden Nachteile auf. Wenn die
Bahn flexibel ist, werden beide Kantenabschnitte der Bahn
durch die Luftströme angehoben, die auf die Führungsplatten
7 auftreffen, was dazu führt, daß eine Falte 8 in der Bahn
in der Mitte der Breite entstehen kann; d.h., das Erzeugnis
kann unannehmbar werden. Daher ist es für die Bahn mit
geringer Steifigkeit nicht vorteilhaft, die Luftströme zu
begrenzen, die seitlich der Bahn strömen.
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Angesicht des Obenstehenden ist bei der erfindungsgemäßen
berührungslosen Bahntransportvorrichtung, wie sie in Fig. 1
dargestellt ist, der erwähnte Vorsprung 9 an der
Luftstrahloberfläche des Luftblaskastens 3 so vorhanden, daß er
über die gesamte Breite der Bahn 1 verläuft. Bei der
Vorrichtung kann der Betrag des Schwebens Hs vergrößert werden,
ohne die Strömungsgeschwindigkeit der Luftströme zu erhöhen.
Die aus den Schlitzen 4a und 4b ausgestrahlten Luftströme,
die an der Luftstrahloberfläche entlang strömen, treffen auf
die ansteigenden Wände des Vorsprungs 9 auf. Dadurch werden
die Luftströme teilweise umgekehrt, wodurch der Betrag des
Schwebens Hs erhöht wird. Bei diesem Vorgang entsteht keine
Falte in der Bahn.
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Es ist nicht immer erforderlich, daß die ansteigenden Wände
des Vorsprungs 9 im rechten Winkel zu der
Luftstrahloberfläche verlaufen; d.h., der Winkel kann von 45º bis 135º
reichen.
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Das Vorhandensein des Vorsprungs 9 kann das Problem lösen,
daß die Bahn aufgrund eines Unterschieds des Aufbaus (bzw.
der Genauigkeit) zwischen den beiden Schlitzen unstabil
schwebt, zu dem es leicht kommt, wenn Luftblaskästen
eingesetzt werden, bei denen der Abstand W zwischen den
Schlitzen (bzw. der Abstand zwischen den
Luftstrahlauslässen) relativ groß ist.
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Der Vorsprung 9 teilt die Luftströme, die von den beiden
Schlitzen ausgestrahlt werden, in unabhängige Teile, wodurch
die gegenseitige Beeinflussung der Luftströme verringert
wird. Dadurch kann die Bahn stabil schweben, ohne daß
Schlitze erforderlich sind, die mit hoher Genauigkeit
hergestellt wurden.
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Die Maße des Vorsprungs 9 sind für die Aufrechterhaltung der
Schwebestabilität der Bahn wichtig. Wenn der Vorsprung 9 zu
groß ist, ist der Abstand zwischen der Bahn und dem
Vorsprung 9 gering. Dadurch kann die Bahn mit dem Vorsprung 9
in Kontakt kommen. Daher hat der Vorsprung 9 vorzugsweise
eine Größe, bei der die Breite (b) in der Bewegungsrichtung
der Bahn 30 bis 70% des Abstands W zwischen dem Schlitz
ausmacht, die Höhe (a) in einem Bereich von 5 mm bis 25 mm
liegt, der Winkel θ der ansteigenden Wände zur
Luftstrahloberfläche in einem Bereich von 45º bis 135º liegt, und die
Länge (c) wenigstens der Breite der Bahn entspricht.
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Verschiedene Ausführungen der oben beschriebenen Erfindung
sind möglich, ohne vom Umfang derselben abzuweichen. So kann
der Vorsprung 9 beispielsweise wie folgt ausgeführt werden.
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Bei der oben beschriebenen Ausführung besteht der Vorsprung
9 aus lediglich einer Platte; er kann jedoch, wie in Fig.
2(a) dargestellt, einen mehrschichtigen Aufbau haben und
zufriedenstellende Wirkung aufweisen.
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Der Vorsprung 9 kann des weiteren nicht nur bei dem
Luftblaskasten mit zwei Schlitzen eingesetzt werden, sondern
auch bei einem Luftblaskasten, der Reihen von
Durchgangslöchern anstelle der Schlitze aufweist.
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Des weiteren ist bei der oben beschriebenen Ausführung der
Vorsprung 9 eine Einheit, die sich in Richtung der Breite
der Bahn erstreckt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf
oder dadurch beschränkt. So kann beispielsweise die gleiche
Wirkung erzielt werden, indem eine Vielzahl von Platten in
Abständen angeordnet werden, wie dies in Fig. 2(b)
dargestellt ist.
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Es ist nicht immer erforderlich, daß der Vorsprung einen
gleichmäßigen Querschnitt aufweist. Das heißt, er kann in
der Breitenrichtung der Bahn variiert werden, bzw. in der
Bewegungsrichtung der Bahn.
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Es bestehen keine Beschränkungen hinsichtlich des Materials
und das Aufbaus des Vorsprungs 9. Er kann durch Biegen einer
Platte hergestellt werden, oder er kann massiv sein. Des
weiteren kann er aus einem porösen Material bestehen, wenn
es gegenüber dem Luftstrom beständig ist.
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Bei der oben beschriebenen Ausführung wird nur ein Vorsprung
eingesetzt; es kann jedoch, wie in Fig. 2(c) dargestellt,
eine Vielzahl von Vorsprüngen angebracht werden.
BEISPIEL
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Ein Metallvorsprung mit einer Höhe (a) von 10 mm, einer
Breite (b) von 300 mm in der Bewegungsrichtung der Bahn
sowie einer Länge (c) von 1200 mm in der Breitenrichtung der
Bahn wurde auf der Luftstrahloberfläche 5 eines
Luftblaskastens 3 angebracht, der Luftstrahlauslässe aufwies, die um
W = 600 mm voneinander beabstandet waren. Eine PET-Bahn, die
1000 mm breit und 100 um dick war, schwebte unter Spannung
= 5 kg/Breite. Bei diesem Vorgang betrug die
Strömungsgeschwindigkeit von aus jedem Luftkasten ausgestrahlten
Luftströmen 15 m³/min.
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Bei dem Versuch wurde die Bahn weder geknittert noch
flatterte sie; d.h., sie schwebte stabil. Der minimale Betrag
des Schwebens Hs belief sich auf bis zu 37 mm. Bei dem
Luftblaskasten ohne Vorsprung, wie er in Fig. 3(b) dargestellt
ist, belief sich der minimale Betrag des Schwebens Hs auf 25
mm, und die Bahn kam oft mit dem Luftblaskasten in Kontakt;
d.h., die Bahn schwebte unstabil. Wie aus der obenstehenden
Beschreibung ersichtlich ist, nahm der minimale Betrag des
Schwebens bei der erfindungsgemäßen berührungslosen
Bahntransportvorrichtung um 12 mm zu, und die Bahn schwebte
stabil, ohne die Strömungsgeschwindigkeit der aus den
Luftblaskästen ausgestrahlten Luftströme zu erhöhen. Das heißt, die
Bahn wurde kontinuierlich transportiert, ohne daß sie mit
den Luftblaskästen in Kontakt kam.
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Die erfindungsgemäße berührungslose Bahntransportvorrichtung
weist demzufolge die folgenden Auswirkungen auf:
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Ohne Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luftströme
kann der minimale Betrag des Schwebens vergrößert werden, so
daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Bahn mit den
Luftblaskästen in Kontakt kommt, verringert werden kann. Bei einem
bestimmten Betrag des Schwebens kann bei der erfindungsgemäßen
berührungslosen Bahntransportvorrichtung die
Strömungsgeschwindigkeit
der aus den Luftblaskästen ausgestrahlten
Luftströme kleiner sein als bei der herkömmlichen
berührungslosen Bahntransportvorrichtung, so daß die
Energiekosten verringert werden.
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Des weiteren wird beim Bahntransportvorgang unter Verwendung
von großen Luftblaskästen (d.h., hinsichtlich W) oder bei
Hochtemperatur-Luftblaskästen der Bahntransportvorgang kaum
durch die Eigenschaften der Schlitze (die Breite und den
Winkel der Schlitze) der Luftstrahlauslässe beeinflußt, so
daß die Bahn nicht flattert, sondern stabil schwebt.
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Schließlich ist es nicht erforderlich, die Schlitze der
Luftstrahlauslässe mit hoher Genauigkeit herzustellen, so
daß sich die Herstellungskosten der Luftblaskästen erheblich
verringern.