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Die
Erfindung betrifft einen Wärmeschrank mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1, insbesondere
einen Wärmeschrank,
mit einem Innenraum, in welchem ein darin enthaltenes gas- oder
dampfförmiges
Medium, beispielsweise Luft, mittels einer Heizeinrichtung temperierbar
ist, sowie mit einem in dem Innenraum angeordneten Aufnahmebereich
und mit einer Förder-
oder Umwälzeinrichtung
zum Fördern
oder Umwälzen
des Mediums über
den Aufnahmebereich.
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Aus
der
DE 4 116 500 C2 ist
ein Labor-Wärmeschrank
mit einem über
eine Türe
zugänglichen, im
Inneren des Wärmeschrankes
befindlichen Aufnahmebereich bekannt. In diesem Aufnahmebereich können darin
eingebrachte Objekte, beispielsweise Materialproben, Werkstücke, Reagenzien
oder dgl., mit einer konditionierten Gasatmosphäre in Kontakt gebracht werden.
Bei dieser Vorrichtung wird während
des Behandlungsvorganges über
ein Gebläse ein
in dem Aufnahmebereich befindliches Gas angesaugt und einem Wandungszwischenraum,
in welchem eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung
angeordnet ist, zugeführt.
Das dem Wandungszwischenraum zugeführte und darin mit der Heiz-
und/oder Kühleinrichtung
in Kontakt gebrachtes Gas steht unter geringfügig erhöhtem Druck und strömt infolgedessen über eine
Vielzahl von Bohrungen in fein verteilter Weise wieder in den Aufnahmebereich
zurück,
in welchem es erneut mit den in dem Aufnahmebereich eingebrachten
Objekten in Kontakt tritt.
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Aus
der
DE 32 08 622 C1 ist
ein Laborabzug bekannt, mit dessen Hilfe Gase, Dämpfe und Schwebstoffe über ein
Abzugsgehäuse
unter Zuleitung von Zuluft abgesaugt werden. Das Abzugsgehäuse im Bereich
einer Arbeitsöffnung
weist seitlich angeordnete, vertikale Düsenleistungen auf. Zwei Absaugöffnungen
sowie eine Luftzuführung
für die Düsenleisten
sind in der Deckenplatte vorgesehen. Durch die Anordnung der Düsenleisten
werden im Inneren des Abzugsgehäuses
zwei vertikale Luftwirbel erzeugt, aus deren Kern jeweils das abzusaugende Medium über die
Absaugöffnungen
abgeführt
wird.
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Die
DE 34 03 547 A1 offenbart
eine Luftschleuse, die in einer Durchlaufstraße eines Gebäudes vorgesehen
ist. In dieser Luftschleuse wird eine Luftwalze erzeugt, indem eine
Ausbuchtung in einer Gegenwand vorgesehen ist, die einem senkrecht
angeordneten Luftausblasspalt gegenüberliegt, so daß der aus
dem Luftausblasspalt austretende Luft strom um 180° umgelenkt
wird und auf die Luftaustrittswand trifft. Dort wird ebenfalls über eine
Ausbuchtung der Luftstrom wiederum um 180° umgelenkt, so daß ein Luftkreislauf,
d.h. eine Luftwalze gebildet wird. Die Absaugung der Luft erfolgt
im Zentrum der Luftwalze nach unten und/oder nach oben.
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Die
DE 36 04 422 A1 offenbart
eine Durchgangsstation für
den Zugang von Reinräumen,
in welcher kontaminierte Oberflächen
mittels einer Luftströmung
gesäubert
werden. Die Durchgangsstation ist von zwei kreissegmentförmig ausgebildeten
Innenwänden
begrenzt, zwischen denen sich der eigentliche Reinigungsbereich
befindet. In den kreissegmentförmigen
Innenwänden
sind schlitzförmige Luftauslässe vorgesehen,
die zur Erzeugung eines den Reinigungsbereich umlaufenden Luftwirbels
tangential gleichsinnig ausgerichtet sind.
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Die
US 3,285,693 offenbart eine
Luftschleuse zum Dekontaminieren von Personen, in der ein die zu
dekontaminierende Person umstreichender Luftwirbel erzeugt wird.
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Die
DE-PS 20 14 584 offenbart eine Klimakammer, in der ein Nutzraum
in einem Gehäuse
derart vorgesehen ist, daß zwischen
dem Gehäuse
und dem Nutzraum Luftkanäle
ausgebildet sind. In diesen Luftkanälen wird ein den Nutzraum außen umstreichender
Luftstrom erzeugt, wobei die den Nutzraum umgebenden Luftkanäle mit dem
Inneren des Nutzraumes kommunizieren, so daß der Luftstrom einen das Innere
des Nutzraums und die Luftkanäle
umfassenden Kreislauf bildet. Als Fördermittel sind zwei Axialventilatoren
vorgesehen, die in einem oberen Bereich des horizontal sich erstreckenden
Nutzraumes angeordnet sind. Sinn dieser Anordnung ist es, die Kondensation
an den Innenwänden
des Nutzraumes zu verhindern. Diese bekannte Klimakammer umfasst
Einrichtungen zur Klimatisierung des Nutzraumes. Diese Einrichtungen
beeinflussen die Feuchte in dem Nutzraum und somit eine Zustandsgröße des im
Nutzraum befindlichen Mediums.
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Die
GB 812 417 zeigt einen Wärmeschrank mit
einem Außengehäuse und
einem Innengehäuse. Im
Innengehäuse
sind Einsätze
vorgesehen. Zwischen dem Außengehäuse und
dem Innengehäuse ist
ein Luftspalt ausgebildet, durch den Luft zwischen einem Einlaß und einem
Auslaß strömt. Im unteren Bereich
des Wärmeschrankes
ist ein Gebläse
vorgesehen, das einen um eine Querachse des Außengehäuses drehbaren Rotor um fasst.
Mit dieser Anordnung wird ein zirkulierender Luftstrom erzeugt,
der über
Luftleitbleche und im Innengehäuse
vorgesehene Öffnungen über die
Einsätze
geleitet wird. Bei dieser Anordnung, insbesondere aufgrund des um
die Querachse des Gehäuses
drehenden Rotors des Gebläses
kommt es zu einer schrauben- bzw. spiralförmig verlaufenden Luftströmung im
unteren Bereich des Wärmeschrankes
entlang der Querachse.
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Die
GB 214 795 offenbart einen Wärmeschrank,
bei dem Frischluft über
einen am Boden des Wärmeschrankes
angeordneten Einlaß eingeleitet wird.
Die Frischluft wird durch ein parallel zu einer Aufnahmekammer sich
erstreckendes Rohr nach oben geleitet und durch ein weiteres Rohr
umgelenkt und von oben in die Aufnahmekammer eingespeist. Im unteren
Bereich des Aufnahmebereiches sind Auslassöffnungen vorgesehen, die an
den Ecken der Aufnahmekammer angeordnet sind. Durch die Anordnung
der Lufteinlässe
bzw. Luftauslässe
wird Frischluft von oben mittig in die Aufnahmekammer eingeblasen
und im unteren Bereich der Aufnahmekammer an den Ecken abgesaugt.
Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Luftauslässe in den Ecken
der Aufnahmekammer kommt es zu einer im wesentlichen linearen Luftbewegung
vom oberen Bereich der Kammer zum unteren Bereich.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeschrank
der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß dieser
unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten einfach und preiswert herstellbar
ist, wobei eine homogene Temperierung des Aufnahmebereiches und
der in dem Aufnahmebereich befindlichen Objekte in einer gegenüber den entsprechenden
herkömmlichen
Wärmeschränken noch
effektiveren oder präziseren
Weise ermöglicht ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Wärmeschrank
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Dadurch
wird es auf vorteilhafte Weise möglich,
eine Temperierung von in dem Aufnahmebereich befindlichen Objekten
in einem noch engeren Toleranzbereich als bisher üblich vorzunehmen,
ohne dabei jedoch Nachteile hinsichtlich der Aufheizdauer oder bezüglich der
Aufnahmekapazität
des Aufnahmebereiches in Kauf nehmen zu müssen. Aufgrund der vorliegend
vorgesehenen Konvektionsform wird eine äußerst gleichmäßige Temperaturverteilung
im Inneren des Aufnahmebereiches und zugleich ein effektiver Wärmeübergang
zwischen dem Konditionierungsmedium und den Objekten in dem Aufnahmebereich
sowie ein überschwingungsfreies
Anheizen möglich.
Darüber
hinaus wird auf vorteilhafte Weise eine effektive Umwälzung bzw.
effektive Erfassung des gesamten, in dem Aufnahmebereich und in
der Vorrichtung befindlichen Mediums möglich und die Ausbildung von
nicht an der Umwälzung
beteiligten „Toträumen" im Inneren des Aufnahmebereiches
auf wirkungsvolle Weise unterdrückt.
In besonders vorteilhafter Weise ermöglicht der vorliegende Wärmeschrank
auch die Durchführung
von Konditionierverfahren mit sich zeitlich ändernden Zustandsgrößen des
Konditionierungsmediums. Bei einer derartigen Durchführung eines
Konditionierungsverfahrens mit sich zeitlich ändernden Zustandsgrößen des
Konditionierungsmediums ermöglicht
die vorliegend ausgebildete Konvektionsform eine besonders günstige Erwärmung oder
Abkühlung
der in dem Aufnahmebereich befindlichen Objekte. Gemäß dem vorliegenden
Wärmeschrank
wird von dem bislang praktizierten Prinzip der Einleitung des Mediums
in den Aufnahmebereich in fein verteilter Form abgewichen und auf
ein Strömungswegekonzept
abgestellt, bei welchem der Aufnahmebereich keine Pufferzone darstellt,
sondern entlang eines schraubenförmig
verlaufenden Strömungspfades
von dem Konditionierungsmedium durchwandelt wird.
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Zudem
wird es aufgrund der im wesentlichen tangentialen Medienzuleitung
auf vorteilhafte Weise möglich,
den Einströmimpuls
des zuströmenden
Mediums unmittelbar zur Unterstützung
der vorliegend auszubildenden Konvektionsform heranzuziehen.
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In
vorteilhafter Weise sind die Medienzutrittsöffnungen und die Medienaustrittsöffnungen
gemäß Patentanspruch
2 derart angeordnet, daß die
Konvektion um eine sich vertikal erstreckende Längsachse ausbildbar ist, oder
daß alternativ
dazu eine Konvektion um eine sich horizontal erstreckende Längsachse
ausbildbar ist. Je nach Ausführungsform
der Vorrichtung, z. B. in Schrankbauweise mit einer um eine vertikale
Achse schwenkbaren Türe
oder in einer Truhenbauweise mit einem um eine horizontal Achse
schwenkbaren Deckel, ist eine geeignete Orientierung des axialen
Zentralbereiches festlegbar.
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Eine
insbesondere zur Erzeugung einer um einen sich vertikal erstreckenden
Zentralbereich erfolgenden Konvektion vorteilhafte Ausführungsform ist
gemäß dem Patentanspruch
3 dadurch gegeben, daß der
Mediumeinleitungsort im unteren Bereich des Aufnahmebereiches angeordnet
ist. Bei einer derartigen Ausführungsform
begünstigt
der Auftrieb eines der Kammer zugeführten Mediums die Ausbildung
der vorliegend vorgesehenen Konvektionsform. Alternativ dazu (gemäß dem Patentanspruch
3) oder in Kombination mit einem im unteren Bereich des Aufnahmebereiches
angeordneten Medium zuleitungsort ist es auch möglich, den Mediumzuleitungsort
bzw. einen zusätzlichen
Mediumzuleitungsort im oberen Bereich des Aufnahmebereiches anzuordnen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des
Wärmeschrankes
ist gemäß Patentanspruch
4 dadurch gegeben, daß im
Bereich der Mediumaustrittsöffnungen
Strahl-Lenkeinrichtungen
zur Unterstützung
der Mediumabströmung
aus den Öffnungen im
wesentlichen parallel zu jenen dem Zuleitungsort benachbarten Strömungsrichtungsvektoren
der auszubildenden Konvektion vorhanden sind. In vorteilhafter Weise
sind dabei gemäß Patentanspruch
5 die Mediumaustrittsöffnungen
im wesentlichen achsensymmetrisch bezüglich der zentralen Längsachse der
auszubildenden Konvektion angeordnet.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
nach Patentanspruch 6 sind die Mediumaustrittsöffnungen in sich waagrecht
erstreckenden Streifenbereichen der Seitenwandungselemente ausgebildet.
Auf diese Weise wird in besonders vorteilhafter Weise die Unterstützung bzw.
Erzeugung der vorliegend vorgesehenen Schrauben-Konvektion unterstützt.
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In
vorteilhafter Weise sind gemäß Patentanspruch
7 zwei, vorzugsweise jedoch vier, Mediumaustrittsöffnungen
in bezüglich
der zentralen Längsachse
einander gegenüberliegenden
Eckbereichen des Aufnahmebereiches ausgebildet. Dadurch wird auf überraschend
einfache Weise eine Einschnürung der
Strömung
im Mediumaustrittsbereich verhindert.
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Eine
weitere, zur Unterstützung
der vorliegend ausgebildeten Konvektion besonders vorteilhafte Ausführungsform
des Wärmeschrankes
ist gemäß Patentanspruch
8 dadurch gegeben, daß zwischen
den Mediumaustrittsöffnungen
mehrere Zusatzöffnungen
ausgebildet sind. Dadurch wird ein besonders gleichmäßiger Abzug
des Konditionierungsmediums nach vollständigem Durchlauf des Aufnahmebereiches
möglich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform gemäß Patentanspruch
9 umfaßt
der Wärmeschrank ein
im wesentlichen rechteck-quadertörmiges
Gehäuse,
welches an einem Wandungsabschnitt mit einem in eine Offen-Stellung
bringbaren Türelement versehen
ist und in dessen Inneren zur Bereitstellung von, von dem Aufnahmebereich
getrennten, Mediumwegen eine Anzahl Wandungselemente eingesetzt
ist. Bei einer derartigen Ausführungsform
des Wärmeschrankes
wird auf einfache Weise eine sichere Abdichtung des gesamten Systems
und eine unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten besonders günstige Ausbildung
der Mediumwege möglich.
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Eine
zur Unterstützung
der vorliegend ausgebildeten Konvektion im Inneren des Aufnahmebereiches
besonders vorteilhafte Ausführungsform
ist gemäß Patentanspruch
10 dadurch gegeben, daß die
Förder-
oder Umwälzeinrchtung
im wesentlichen zentral zwischen den Mediumaustrittsöffnungen
angeordnet ist. Dadurch wird ein besonders gleichmäßiges Absaugen
des aus dem Inneren des Aufnahmebereich der Mediumaustrittsöffnungen
entlang eines schraubenförmigen
Strömungspfades
zuströmenden
Mediums möglich.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
des Wärmeschrankes
ist gemäß Patentanspruch
11 dadurch gegeben, daß im
Inneren der Mediumwege Luftleitbleche vorgesehen sind. Dadurch wird
es möglich,
gezielt Einfluß auf
den Verlauf der Strömungswege
innerhalb dieser Zwischenräume
zu nehmen und die Ausbildung von Toträumen im Inneren der Zwischenräume zu verhindern.
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Eine
zum Ermöglichen
eines besonders effektiven Aufheizens des Mediums vorteilhafte Ausführungsform
ist gemäß Patentanspruch
12 dadurch gegeben, daß die
Heizeinrichtung Heizelemente umfaßt, welche asymmetrisch bzw.
quer zur Anströmrichtung
in abwechselnder Orientierung angeordnet sind. Dadurch wird es auf überraschend
einfache Weise möglich,
eine besonders gleichmäßige Aufheizung
des über
die Heizelemente hinwegbeförderten Mediums
zu ermöglichen.
In vorteilhafter Weise sind gemäß Patentanspruch
13 dabei die Heizelemente in einem flachen Wandungszwischenbereich,
insbesondere in einem, einer Tür-Stirnseite
gegenüberliegenden
Bereich des Gehäuses
angeordnet.
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Insbesondere
in Kombination mit dieser Heizeinrichtung ist es gemäß Patentanspruch
14 auch möglich,
eine Kühleinrichtung
zur Kühlung
des durch die Förder-
oder Umwälzeinrichtung
umgewälzten Mediums
vorzusehen.
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Eine
hinsichtlich der Konditionierung eines im Wärmeschrank umgewälzten Mediums
vorteilhafte Ausführungsform
ist gemäß dem Patentanspruch 15
dadurch gegeben, daß die
Kühleinrichtung
zwischen der Förder-
oder Umwälzeinrichtung
und der Heizeinrichtung vorgesehen ist. Dadurch wird es auf vorteilhafte
Weise möglich,
eine Trocknung des umgewälzten
Mediums vorzunehmen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
ist gemäß Patentanspruch
16 dadurch gegeben, daß die
Einrichtung zur Frischluftzufuhr vor der Förder- oder Umwälzeinrichtung
angeordnet ist, um ein Ansaugen eines dem Aufnahmebereich zuzuführenden
Mediums direkt von der Fördereinrichtung
zu ermöglichen.
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Der
Wärmeschrank
wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung
mit den zugehörigen
Zeichnungen näher
erläutert.
In diesen zeigen:
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1 Eine
perspektivische Darstellung eines Aufnahmebereiches des Wärmeschrankes
zur Verdeutlichung der darin ausgebildeten Strömungsform,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines äußeren Gehäuses,
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3 eine
perspektivische Darstellung von zum Einsatz in das äußere Gehäuse vorgesehenen Wandungselementen
sowie eine zum rückseitigen Verschluß des Gehäuses vorgesehene
Wandung, welche mit einer Heizeinrichtung versehen ist,
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4 eine
perspektivische Darstellung eines oberen Deckenbereiches des Aufnahmebereiches
mit darin angeordneten Mediumaustrittsöffnungen,
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5a eine
perspektivische Ansicht einer in Stanz-Tiefziehtechnik ausgeführten Mediumzutrittsöffnung,
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5b eine
alternative Ausführungsform
einer in Stanz-Biegetechnik ausgebildeten Mediumzutrittsöffnung,
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6 eine
Skizze zur Darstellung der gerichteten Mediumzuleitung in den Aufnahmebereich,
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7 eine
Skizze zur Darstellung des aus dem Aufnahmebereich durch Mediumsaustrittsöffnungen
herausströmenden
Mediums und zur Verdeutlichung der Zuströmung dieses Mediums zu einer
Absaugeinrichtung, und
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8 eine
Schemadarstellung zur Verdeutlichung des Mediumverlaufes im vorliegenden
Wärmeschrank.
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Wie
in 1 dargestellt ist, wird ein Aufnahmebereich 3 von
einem über
Mediumzu trittsöffnungen 1 zugeführten Medium
entlang eines schraubenförmig
verlaufenden Strömungsweges 2 durchlaufen. Nach
einem vollständigen
Durchlauf des Aufnahmebereiches 3 tritt das Medium über eine
Anzahl von Mediumaustrittsöffnungen 4 aus
dem Aufnahmebereich 3 aus. Die Mediumaustrittsöffnungen 4 sind
dabei derart angeordnet, daß diese
die Ausbildung der vorliegend vorgesehenen Konvektion unterstützen. Die
Mediumaustrittsöffnungen 4 sind
hierzu in einem Stirnseiten-Bereich eines im Inneren des Aufnahmebereiches
ausgebildeten „Zyklons" angeordnet. Auf die
Steigung des schraubenförmigen
Strömungsweges 2 kann über den
Zustrom des Mediums Einfluß genommen
werden. Zur weiteren Unterstützung
der vorliegend ausgebildeten Konvektion ist es möglich, im Inneren des Aufnahmebereiches 3 zusätzlich Leitbleche
vorzusehen.
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Wie
in 2 dargestellt ist, umfaßt der Wärmeschrank in einer bevorzugten
Ausführungsform ein
im wesentlichen quaderförmiges,
an seinen beiden Stirnseiten offenes Gehäuseteil 5, welches
vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt ist.
In das äußere Gehäuseteil 5 sind
die in 3 dargestellten Wandungselemente einsetzbar. Diese
Wandungselemente umfassen dabei ein rechtes Seitenwandungselement 6,
ein linkes Seitenwandungselement 7, ein Bodenelement 8,
ein erstes Deckenelement 9 und ein zweites Deckenelement 10.
In einem unteren Streifenbereich der linken und rechten Seitenwandungselemente 6 und 7 sind
Mediumzutrittsöffnungen 1 ausgebildet,
welche in ihrem Aufbau im wesentlichen jenen nachfolgend in Verbindung
mit 5a beschriebenen Mediumzutrittsöffnungen
gleichen. Die in dem rechten Seitenwandungselement 6 ausgebildeten
Mediumzutrittsöffnungen 1 sind
in dieser Ausführungsform
derart angeordnet, daß ein
durch diese Mediumzutrittsöffnungen 1 jenem
Aufnahmebereich 3 zugeführtes
Medium zu einem hinteren Bereich des Aufnahmebereiches 3 im
wesentlichen horizontal gerichtet abströmt. Die in dem linken Seitenwandungselement 7 ausgebildeten
Mediumzutrittsöffnungen 1 sind
derart angeordnet, daß durch
diese ein Fluidzutritt in den Aufnahmebereich 3 in einer
nach vorne weisenden Richtung erfolgt. In einem vorderen, sich vertikal
erstreckenden Kantenbereich sind zusätzlich schmale Schlitzdüsen 11 ausgebildet,
durch welche ein „Luft-Schleier" ausgebildet werden
kann, welcher einen übermäßigen Mediumaustausch
zwischen dem Aufnahmebereich 3 und der Umgebung des Wärmeschrankes
bei Öffnen
desselben verhindert. Die Schlitzdüsen 11 sind bei Umlauf
im Gegenuhrzeigersinn vorzugsweise nur an dem linken Seitenwandungselement 7 ausgebildet.
Das untere Bodenelement 8 ist derart in das äu ßere Gehäuse 5 einsetzbar,
daß zwischen
dem Bodenelement 8 und dem äußeren Gehäuse 5 ein Zwischenraum
entsteht, welcher als Mediumweg zur Zuführung von Medium zu den Fluidzutrittsöffnungen
verwendet wird. Ein oberer Bereich des Aufnahmebereiches 3 ist
von dem ersten Deckenelement 9 verdeckt. In dem ersten
Deckenelement 9 sind vier, in den Eckbereichen des ersten
Deckenelementes angeordnete Mediumaustrittsöffnungen 4 ausgebildet. Über diese
Mediumsaustrittsöftnungen 4 tritt
ein Medium, nachdem es den Aufnahmebereich 3 entlang eines
schraubenförmig
verlaufenden Strömungspfades
durchwandert hat, in einen Absaugzwischenraum 12 ein. Der
Absaugzwischenraum wird von dem ersten Deckenelement 9 und
dem zweiten Deckenelement 10 definiert. Das zweite Deckenelement 10 ist
mit einer im wesentlichen zentral oberhalb der Mediumaustrittsöffnungen 4 angeordneten
Absaugöffnung
(nicht dargestellt) versehen. In Strömungsrichtung dieser Absaugöffnung nachfolgend
ist eine Fördereinrichtung vorgesehen, über welche
das über
die Mediumaustrittsöffnungen
dem Absaugzwischenraum 12 zuströmende und durch die Absaugöffnung hindurchtretende
Medium über
einen Förderzwischenraum 14,
welcher zwischen dem zweiten Deckenelement 10 und dem äußeren Gehäuseteil 5 definiert
ist, in einen rückwärtigen Bereich
des Wärmeschrankes
gefördert
wird. In diesem rückwärtigen Bereich
des Wärmeschrankes
ist eine Heizeinrichtung 15 mit einer Anzahl von quer zur
Anströmrichtung
angeordneten Heizelementen 16 angeordnet. Die Heizelemente 16 sind
in vorteilhafter Weise in der in 3 dargestellten
Weise mehrfach gekrümmt
ausgebildet und einander nachfolgend angeordnet. Im Hinblick auf
eine besonders gleichmäßige Erwärmung des
zwangsweise an den Heizelementen 16 vorbeigeförderten Mediums
sind die Heizelemente abwechselnd derart angeordnet, daß sich ein
Fußabschnitt
des jeweiligen Heizelementes 16 abwechselnd in einem linken
oder einem rechten Seitenbereich der Heizeinrichtung 15 befindet.
Auf diese Weise wird es möglich,
etwaige Ungleichmäßigkeiten
in einem Temperaturprofil der Heizelemente 16 auszugleichen.
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Nach Überströmen der
Heizelemente 16 gelangt das von der Fördereinrichtung beförderte Medium über einen
hinteren Eckbereich in einen zwischen dem Bodenelement 8 und
dem äußeren Gehäuseteil 5 definierten
Bodenzwischenraum 18. Aus diesem Bodenzwischenraum 18 strömt das Medium
zu linken und rechten Seitenwandungszwischenräumen 19, welche jeweils
zwischen dem linken oder rechten Seitenwandungselementen 6 bzw. 7 und
dem äußeren Gehäuse 5 definiert
sind. Aus diesen Seitenwandungszwischenräumen 19 strömt das Medium über die
Mediumzutrittsöffnungen 1 und
gegebe nenfalls über
die Schlitzdüsen 11 in
den Aufnahmebereich 3 ein. In vorteilhafter Weise ist bei
einer derartigen Ausführungsform
mit im Gegenuhrzeigersinn umlaufender Strömung eine zum Verschluß des Aufnahmebereiches 3 vorgesehene
Türe in
ihrem rechten Vertikalbereich angelenkt. Bei einer Konvektionsform
im Uhrzeigersinn befinden sich die Schlitzdüsen 11 in vorteilhafter
Weise auf der rechten Seite des Aufnahmebereiches und die Türe ist in
vorteilhafter Weise an einer linken Seite des Wärmeschrankes angelenkt. In
ebenfalls vorteilhafter Weise ist es auch möglich, die Schlitzdüsen 11 derart
anzuordnen, daß diese
bei Schließen
der Türe
von einem Türtalz
oder einem an der Tür
angebrachten Blechstreifen überdeckt
und somit bei geschlossener Türe
wirksam gehalten sind. Bei einem vollständigen Durchlauf des Wärmeschrankes
strömt
somit das Medium über
die Mediumzutrittsöffnungen 1 und
strömt
anschließend entlang
eines schraubenförmigen
Konvektionspfades 2 von unten nach oben durch den Aufnahmebereich 3.
Nach Durchlauf des Aufnahmebereiches 3 tritt das Medium über die
Mediumaustrittsöffnungen 4 aus
dem Aufnahmebereich 3 aus und gelangt in den Absaugzwischenraum 12.
Aus diesem Absaugzwischenraum 12 wird das Medium über eine
zentrale Absaugöffnung
in einen oberen Förderzwischenraum 14 durch
eine Fördereinrichtung
eingeblasen. Hierbei ist es möglich,
einen Teil des abgesaugten Mediums aus dem Wärmeschrank abzuführen und
im Gegenzug eine bestimmte Menge eines Frisch-Mediums dem Wärmeschrank
zuzuführen.
Das nunmehr in dem Förderzwischenraum 14 wieder
unter höheren Druck
gesetzte Medium überströmt einen
sich waagrecht erstreckenden hinteren Eckbereich und gelangt zu
einer im hinteren Bereich des Wärmeschrankes angeordneten
Heizeinrichtung 15. In dieser Heizeinrichtung 15 überströmt das Medium
eine Anzahl von quer zur Anströmrichtung
angeordneten Heizelementen 16 und gelangt anschließend in
den unteren Bodenzwischenraum 18, von welchem es erneut
in die beiden Seitenwandungszwischenräume 19 und von diesen
aus über
die Mediumzutrittsöffnungen 1 in den
Aufnahmebereich 3 entsprechend gerichtet einströmt.
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In 4 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
von Mediumaustrittsöffnungen 4, 4a, 4b dargestellt.
Es ist jedoch auch möglich,
derartig ausgebildete Öffnungen
als Mediumeintrittsöffnungen
zu verwvenden. Wie deutlich in 4 zu erkennen
ist, sind die Mediumaustrittsöffnungen 4, 4a,
jeweils mit einem Leitblech versehen, welches ein Absaugen des Mediums
aus einer der Anströmrichtung
entsprechenden Richtung begünstigt.
Durch die Anordnung der Mediumsaustrittsöffnungen im Ecken- und/oder Kantenbereich
des Aufnahmebereiches wird es möglich,
eine besonders effektive Aufweitung eines „Konvektions-Schlauches" im Inneren des Aufnahmebereiches 3 zu
gewährleisten.
Eine in 4 mit dem Bezugszeichen 4b gekennzeichnete
Mediumaustrittsöffnung
ist in vorteilhafter Weise ähnlich
wie jene in 5a dargestellte Mediumeintrittsöffnung 1 in Stanz-Tiefziehtechnik
gefertigt. Bei den in 4 dargestellten Mediumaustrittsöffnungen 4 und 4a ist
es möglich,
einen als Leitblech verwendeten Wandungsabschnitt 4c einstückig mit
dem jeweiligen Wandungselement auszubilden.
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Wie
vorangehend bereits erläutert,
ist die in 5a dargestellte Mediumzutrittsöffnung 1 in Stanz-Tiefziehtechnik
gefertigt. Die Mediumzutrittsöffnung 1 wird
in einer mit einem Pfeil „P" gekennzeichneten
Richtung von dem Medium durchströmt. Je
nach Position der Mediumzutrittsöffnung
ist es in vorteilhafter Weise möglich,
die Öffnung
derart auszubilden, daß sich
eine exakt tangentiale Zuströmung
zu dem im wesentlichen kreisförmig
oder polygonal umlaufenden Strömungspfad
ergibt. Das heißt, daß bezüglich des
linken Seitenwandungselementes 6 der Abströmwinkel
aus der Mediumzutrittsöffnung 1 im
hinteren Bereich der Vorrichtung relativ flach ist und allmählich nach
vorne hin zunimmt, wobei der Abströmwinkel der vordersten Mediumaustrittsöffnung 1 des
linken Seitenwandungselementes 7 nahezu 90° beträgt. In umgekehrter
Weise nimmt der Abströmwinkel
aus der Mediumzutrittsöffnung 1 bei dem
rechten Seitenwandungselement 6 von vorne nach hinten zu.
Das heißt,
eine Mediumabströmung aus
einer vorderen Mediumzutrittsöffnung 1 erfolgt
im Falle des rechten Seitenwandungselementes 6 unter einem
relativ flachen Winkel, wogegen die Abströmung aus einer Mediumzutrittsöffnung 1 nahe
dem hinteren Ende des rechten Seitenwandungselementes 6 unter
einem Winkel von nahezu 90° erfolgt.
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In 5b ist
eine weitere Ausführungsform einer
Mediumdurchgangsöffnung
dargestellt, welche sich sowohl als Mediumzutrittsöffnung 1 als
auch als Mediumaustrittsöffnung 4 eignet.
Da der vorliegende Wärmeschrank
gänzlich
von dem äußeren Gehäuse 5 umschlossen
ist, ist es nicht erforderlich, besondere Vorkehrungen hinsichtlich
der Abdichtung zwischen den im Inneren des äußeren Gehäuses 5 angeordneten
Wandungselementen vorzusehen. Demgemäß ist es möglich, die in 5 dargestellte
Mediumzutrittsöffnungen
im unteren Bereich der linken und rechten Seitenwandungselemente 6 und 7 auszubilden
und diese Seitenwandungselemente relativ „lose" auf das untere Bodenelement 8 aufzustellen.
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In 6 ist
nochmals deutlich dargestellt, in welcher Weise eine, die vorliegende
Konvektionsform begünstigende
bzw. erzeugende Mediumzuströmung
zu dem Aufnahmebereich 3 erfolgen kann. Wie deutlich aus
dieser Darstellung zu erkennen ist, sind die Zuströmwinkel
zu dem Aufnahmebereich 3, dem jeweiligen Zuleitungsort,
derart angepaßt,
daß eine
Zuleitung des Mediums im wesentlichen tangential zu der in diesem
Beispiel im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Schraubenkonvektion erfolgt.
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In 7 ist
in einer vereinfachten Darstellungsweise der Mediumaustritt aus
dem Aufnahmebereich 3 über
das erste Deckenelement 9 dargestellt. Der Mediumaustritt
erfolgt über
die Mediumaustrittsöffnungen 4 entsprechend
der bei Betrachtung von oben im Gegenuhrzeigersinn erfolgenden Anströmung. Nach
Durchgang durch die Mediumaustrittsöffnungen 4 strömt das Medium
einer im wesentlichen zentral zwischen den Mediumaustrittsöffnungen 4 angeordneten
Ansaugöffnung
zu. Bei einer derartigen Ausführungsform
des ersten Deckenelementes wird eine gleichmäßige Absaugcharakteristik der
jeweiligen Mediumaustrittsöffnungen
untereinander sowie eine besonders effektive Aufweitung des „Konvektions-Schlauches" möglich.
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8 zeigt
nochmals deutlich anhand einer Schemadarstellung einen in einer
bevorzugten Ausführungsform
stattfindenden Mediumkreislauf. Wie deutlich zu erkennen ist, wird
ein aus dem Aufnahmebereich 3 mittels einer Gleichdruckfördereinrichtung 20 abgesaugtes
Medium zwangsweise einer Heizeinrichtung 15 zugeführt und
gelangt erst nach zwangsweisem Durchlauf der Heizeinrichtung 15 erneut
in den Aufnahmebereich 3 zurück. Der Mediumdurchgang in
dem mit „a" gekennzeichneten
Weg findet hauptsächlich
in dem in 3 dargestellten Förderzwischenraum 14 statt.
Der mit „b" gekennzeichnete
Weg verläuft
der Heizeinrichtung 15 nachfolgend über den unteren Bodenzwischenraum 18 sowie
in den beiden Seitenwandungszwischenräumen 19. Der mit „c" gekennzeichnete
Mediumweg verläuft im
Inneren des Absaugzwischenraumes 12.
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Bei
dem Wärmeschrank
wird zur Temperierung eines in einem Aufnahmebereich aufgenommenen
Objektes ein gas- oder dampfförmiges
Medium temperiert und über
einen Aufnahmebereich gefördert,
in welchem dieses mit dem Objekt in Kontakt tritt. Dabei wird das
Medium entlang eines einen axialen Zentralbereich umlaufenden und
zwischen einem Einleitungsort und einem Ableitungsort schraubenartig
verlaufenden Strömungsweg
durch den Aufnahmebereich hindurchbewegt. Dabei wird die Konvektionsform
durch tangentiales Einblasen und im wesentlichen tangential zur
Anströmrichtung
erfolgendes Absaugen ausgebildet. Zur Aufrechterhaltung eines möglichst
großen
Durchmessers einer Umlaufbahn erfolgt ein Absaugen des in dem Aufnahmebereich
befindlichen Mediums aus mehreren von dem axialen Zentralbereich
beabstandeten Mediumaustrittsöffnungen.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Durchströmung des Aufnahmebereiches
in einer Richtung von unten nach oben. Zur Vergleichmäßigung der
Heizleistung einer Heizeinrichtung umfaßt diese asymmetrisch angeordnete
Heizelemente, welche quer zu ihrer Längsrichtung angeströmt werden. Zur
Gewährleistung
einer effektiven Aufheizung des Mediums wird dieses entlang eines
geschlossenen Kanals an den Heizelementen vorbeigeführt. Das zwangsweise
Vorbeiführen
des gesamten geförderten
Mediums an der Heizeinrichtung oder einer Kühleinrichtung, erfolgt unter
Zuhilfenahme von Leitblechen.
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Ein
in der vorliegenden Weise ausgestalteter Wärmeschrank läßt sich
beispielsweise in der nachfolgend näher beschriebenen Weise verwenden:
Zum
Einbringen eines einer Wärmebehandlung
zu unterziehenden Objektes in einen Wärmeschrank wird eine Türe des Wärmeschrankes
geöffnet.
Das Objekt wird auf einen im Inneren eines Aufnahmebereiches des
Wärmeschrankes
eingeschobenen Gitterrost gestellt. Nach Einbringen des Objektes
in den Aufnahmebereich wird die Türe des Wärmeschrankes geschlossen und
ein in einer Steuereinheit gespeichertes Wärmebehandlungsprogramm aktiviert. Das
Programm setzt eine im Inneren des Wärmeschrankes angeordnete Gebläseeinrichtung
in Gang, welche aus dem Inneren des Wärmeschrankes über eine
Anzahl von im oberen Eckbereich des Aufnahmebereiches angeordnete
Mediumaustrittsöffnungen ein
Medium aus dem Aufnahmebereich ansaugt und zwangsweise einer Heizeinrichtung
zuführt.
In dieser Heizeinrichtung durchströmt das von der Fördereinrichtung
geförderte
Medium eine Anzahl von quer zur Anströmrichtung in abwechselnder
Orientierung angeordnete Heizelemente und gelangt in einen unteren
Bodenzwischenraum des Wärmeschrankes.
Von diesem Bodenzwischenraum aus strömt das Medium einer Anzahl
von im unteren Bereich des Wärmeschrankes
angeordneten Mediumzutrittsöffnungen zu,
durch welche es derart gerichtet in den Aufnahmebereich eintritt,
daß sich
im Inneren des Aufnahmebereiches eine, einen axialen Zentralbereich
umlaufende und sich entlang eines schraubenförmig von unten nach oben fortsetzenden
Strömungsweges
erfolgende Mediumströmung
im Inneren des Aufnahmebereiches 3 ausbildet. Bei einem
Durchwandern des Aufnahmebereiches entlang des schraubenför migen Strömungspfades
umströmt
das Medium das in dem Aufnahmebereich befindliche Objekt derart,
daß ein
Wärmeübergang
zwischen dem Medium und dem Objekt möglich wird. Nach Umströmen des
Objektes setzt das Medium seinen Weg durch den Aufnahmebereich entlang
des schraubenförmigen
Strömungspfades
fort und wird über
im oberen Endbereich angeordnete Mediumaustrittsöffnungen angesaugt. Nach Durchtritt
durch die Mediumaustrittsöffnungen
strömt
das Medium einer zentral zwischen den Austrittsöffnungen angeordneten Absaugöffnung zu
und wird erneut von der Fördereinrichtung jener
Heizeinrichtung zugeführt.
Falls es im Rahmen dieses Wärmebehandlungsprogramms
erforderlich ist, dem in dem Aufnahmebereich 3 angeordneten Objekt
z. B. eine Materialprobe zu entnehmen, kann dies durch vorzugsweise
geringes Öffnen
der Türe des
Wärmeschrankes
erfolgen. Unmittelbar bei Öffnen
der Türe
des Wärmeschrankes
gibt ein an der Türe
ausgebildeter Falzabschnitt eine Anzahl von sich unmittelbar entlang
einer Vorderkante erstreckenden Schlitzdüsen frei. Das diesen Schlitzdüsen entströmende Medium
bildet einen Mediumschleier, welcher einen übermäßigen Wärmeaustausch zwischen dem Aufnahmebereich
und der nunmehr über den
Türbereich
zugänglichen
Umgebung verhindert. Nach Entnahme der vorstehend genannten Materialprobe
wird die Türe
wieder geschlossen und die Schlitzdüsen werden überdeckt. Der Zustand des im Inneren
des Wärmeschrankes
befindlichen Mediums wird ständig
von der Steuereinheit überwacht.
Bei Feststellung einer einen bestimmten Grenzwert überschreitenden
Abweichung einer Zustandsgröße, z.B. des
Feuchtigkeitsgehaltes des in dem Innenraum befindlichen Mediums,
wird ein Mediumaustauschvorgang aktiviert, bei welchem ein entsprechend
vortemperiertes Frischfluid über
die Fördereinrichtung angesaugt
und dem Wärmeschrank
zugeführt
wird. Ein entsprechender Teil des „verbrauchten" Mediums entströmt dem Wärmeschrank über eine
Auslaßöffnung.
Nach Abschluß des
Wärmebehandlungsvorganges
wird die Heizeinrichtung abgeschaltet, und nach Ablauf einer kurzen
Nachlaufzeit der Fördereinrichtung
die Beendigung des Programms angezeigt. Das nunmehr einer programmgesteuerten
Wärmebehandlung
unterzogene Objekt kann dem Wärmeschrank
entnommen werden.