Luftklingen werden seit den 1950er Jahren in der Fertigung eingesetzt. Zuvor wurden Wärmelampen verwendet, um Wasserpartikel von Objekten in Produktionslinien zu entfernen. Diese Methode erwies sich nur als teilweise wirksam, da sie nicht in der Lage war, Festphasenrückstände zu entfernen, und sehr viel Zeit und Raum zum Arbeiten benötigte. Im Gegensatz dazu erwiesen sich die frühen Luftklingen - gewöhnlich als Luftärzte bekannt - nicht nur beim Abblasen von Trümmern, sondern auch bei der Regulierung der Dicke von Flüssigkeiten als sehr effektiv, was bedeutet, dass sie für Produktionslinien in der Druck- und Textilindustrie sehr nützlich waren.
Luftklingen haben ein innovatives Design, das einen laminaren Luftstrom erzeugt. Der von einem Ventilator erzeugte Luftstrom beispielsweise trifft auf die Luft und macht sie beweglich und die Partikel sprunghaft und unregelmäßig. Im Gegensatz dazu ist der Luftstrom, der von einer Luftklinge erzeugt wird, glatt und gleichmäßig und eignet sich daher perfekt zum Reinigen, Trocknen und Schützen von Gegenständen. Vor den 1950er Jahren wurden Luftströme in der Regel nicht in Reinigungssysteme integriert. Als Reaktion auf die Forderung nach einem neuen Weg, sterile Labors mit Schwerpunkt auf der Kernforschung zu gewährleisten, erfand Willis Whitfield 1959 den Reinraum mit laminarer Strömung. Dieses System erzeugte einen Effekt, der 1000 Mal sauberer war als alles, was bis dahin produziert worden war, und innerhalb weniger Jahre wurden weltweit Reinräume mit laminarer Strömung im Wert von 50 Milliarden Dollar gebaut.
Luftklingen-Systeme verwenden einen präzisionsgefertigten linearen Schlitz, um Luft mit hoher Geschwindigkeit aus einem Zentrifugalgebläse zu leiten und zu nutzen.
Die Arbeit von Willis Whitfield hatte auf Forschungsarbeiten zur Untersuchung des Phänomens der Luftströmung aufgebaut. Seit den frühen 1900er Jahren hatte man bei der Arbeit in der Luftfahrt festgestellt, dass Luft, wenn sie gelenkt wird, verschiedene Schichten bildet - laminar und turbulent. Die Laminarströmung zum Beispiel ist die Grenzschicht der Luft, die über den Flügel eines Flugzeugs strömt. Diese Grenzschicht ist bemerkenswert, weil sie eine dünne, glatte Luftschicht bildet, die aufgrund ihrer Viskosität tatsächlich an der Tragfläche haftet. Wenn sich jedoch die laminare Luftströmung vom Flügel löst, kommt es zu einer Trennung der Luftströmung, und die laminare Grenzschicht wird zu einer turbulenten Grenzschicht. Diese Trennung vergrößert den Luftwiderstand und erhöht den Kraftstoffverbrauch. Die NASA hat daher, wenig überraschend, das Bestreben, die Menge der laminaren Strömung zu maximieren und die Menge der turbulenten Strömung an einem Flugzeugflügel zu minimieren, als den heiligen Gral der Aerodynamik bezeichnet!
In seiner Arbeit über das Fliegen zeigte Coandă 1910, dass ein Flüssigkeitsstrahl die Tendenz hat, an einer konvexen Oberfläche haften zu bleiben. Dies führte z.B. zur Einführung von Klappen an den Flügeln, um die sich darüber bewegende Luft zu beugen, was zu aerodynamischem Auftrieb führte. Dieses Phänomen ermöglicht es einer laminaren Luftströmung, den Linien eines Objekts zu folgen, wodurch eine Barriere geschaffen wird, die sich nicht mit anderen Luftströmen vermischt und somit verhindert, dass luftgetragene Kontamination durch sie hindurchtritt.
Luftklingen sind erstaunlich vielseitig und werden für eine Vielzahl von Anwendungen in der Fertigung eingesetzt, wie z.B:
Die potenziellen Anwendungen für laminare Luftströmung in der Fertigung wurden in den 1960er und 1970er Jahren zunehmend realisiert. Die Luftklingen entfernten sich von ihren Ursprüngen und ihrer Hauptfunktion als Werkzeug zum Abblasen von Ablagerungen und wurden zunehmend auch zur Reinigung und Kühlung von Objekten eingesetzt. Die einzigartige Form des Luftklinge - zwei Klingen, die wie eine Messerschneide miteinander verbunden sind - wurde entwickelt, um die Bedingungen zu schaffen, unter denen die Luft, die an der Messeroberfläche haftet, eine laminare Strömung nach dem Coandă Effekt erzeugt, wodurch Luftklingen zu einem leistungsstarken und zielgerichteten Werkzeug für Produzenten werden.
Die industriellen Luftklingen wurden durch Plenumkammern erweitert - unter Druck stehende Behälter, die Gas oder Flüssigkeiten mit einem Überdruck enthalten, der höher ist als der der Umgebung und diese Gas oder Flüssigkeiten bei Bedarf durch Löcher oder Schlitze ausstößt. Die Ursprünge der Plenumkammer waren eine technische Innovation. Das Interesse am Reisen und an der Expansion in der viktorianischen Zeit hatte sich nicht nur auf die potentielle Flucht konzentriert, sondern veranlasste auch eine Reihe von Erfindern, über das Problem der Dichte des Wassers und damit über die Kraft nachzudenken, die benötigt wurde, um Fahrzeuge durch das Wasser zu treiben. Die Idee, einen Luftbehälter zu haben, der die Schiffe vom Wasser trennt, war genial. Das erste Luftkissenfahrzeug wurde 1915 erprobt, angetrieben von einer 48kW-Pumpe und zwei 89kW-Motoren - es erreichte über 32 Knoten! Die größten Luftkissenfahrzeuge haben jetzt eine Länge von etwa 57 m und eine Volllastverdrängung von 1,17 Millionen Pfund - und sie können 55 Knoten erreichen.
Die Einführung von Plenumskammern bei Luftklingen erfolgte parallel zu den Innovationen bei Gebläsen in den 1970er Jahren. Paxton Produkte in den USA entwickelten ihre Gebläse für industrielle Anwendungen als Reaktion auf die Ölkrise 1973, als die Rohölpreise dramatisch stiegen. Von Oktober 1973 bis März 1974 verhängte die OPEC (Organisation der Arabischen Erdölexportierenden Länder) ein Embargo. Während dieser Zeit stiegen die Rohölpreise dramatisch von 2,90 $ auf 11,65 $ pro Barrel, was ein Umdenken im Hinblick auf eine verbesserte Effizienz beim Brennstoffverbrauch erzwang. (Quelle: www.thebalance.com/opec-oil-embargo K Amadeo). Mit dieser Herausforderung entwickelte Paxton Produkte das Turbogebläse für industrielle Anwendungen. Ursprünglich für die Automobilindustrie gebaut, steigerten Turbogebläse die Motorleistung und wurden ab 1957 bei den Rennversuchen in Daytona zu einem festen Bestandteil der Automotoren.
Gebläse sind in der Fertigung eingesetzte Maschinen, die einen großen Luft- oder Gasstrom durch rotierende Schaufeln liefern, die von einem Motor angetrieben werden. Im Gegensatz zu Ventilatoren befindet sich bei Gebläsen der Widerstand gegen den Luftstrom hauptsächlich auf der stromabwärtigen Seite des Ventilators.
1987 Montrealer Protokoll
Die weit verbreitete Nutzung der Luftklingen-Systems stieg in den 1990er Jahren als Ergebnis der Forschung über den Klimawandel sprunghaft an. Das historische Montrealer Protokoll von 1987 machte umweltverträgliche Techniken bei der Herstellung obligatorisch, als sich rund 200 Länder darauf einigten, FCKW und andere flüchtige organische Verbindungen, die in Reinigungs- und Beschichtungsmitteln vorkommen, auslaufen zu lassen. Aufstrebende Industriezweige, wie die Computerindustrie, erkannten, dass sie eine Alternative zu Freon benötigten, um beispielsweise Bretter zu reinigen, und es dauerte nicht lange, bis die Ingenieure erkannten, dass Luftklingen-Systeme genauso gut oder besser trocknen konnten als ein Druckluftsystem, das 100 Mal mehr Leistung benötigte.
Heute sind Luftklingen-Systeme hochgradig optimiert, um maximale Effektivität bei minimalen Betriebskosten zu gewährleisten. Häufig ist das Systemgebläse mit einer VFD-Einheit (Variable Frequency Drive) gekoppelt. VFDs bieten den Benutzern maximale Kontrolle über den Energieverbrauch, basierend auf ihren jeweiligen Produktionsraten und spezifischen Paketgrößen.
Die Anpassungsfähigkeit moderner Luftklingen-Systeme ist bemerkenswert, und sie können eine wertvolle Ergänzung für praktisch jede Produktionslinie sein, indem sie den Energieverbrauch minimieren und bessere Ergebnisse als Systeme von Wettbewerbern erzielen.
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