DE3329855C2 - Labor-Wärmeschrank, insbesondere Heißluftsterilisator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Labor-Wärmeschrank, insbesondere Heißluftsterilisator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist ein Ofen für häusliches Backen bekannt, der auswechselbare Bleche zum Zwecke der besseren Reinigung aufweist (GB-PS 6 04 711).

Diese Heizkörper sind entweder mäanderförmig gebogen, oder es handelt sich um gerade Heizstäbe, weiche außen am Kessel befestigt sind und diesen indirekt beheizen. Diese Heizkörper führen nun aber zu Regelproblemen bedingt durch ihre große Masse. Dadurch ist nämlich eine große Zeitkonstante bedingt. Außerdem können die Kessel aus relativ schlecht wärmeleitendem Material nicht beheizt werden, da die vom Heizkörper abgegebene hohe Heizdichte über die Berührungsflächen zwischen dem Heizkörper und dem Kessel nicht ohne starke Verwerfung des Kesselmaterials transportiert werden kann.

Weiter sind unter anderem Rillenrohr-Heizkörper bekannt, die bei der Bestückung von Raumheizgeräten, Wärmeschränken, Haushaltbacköfen, Wärmefächern und dergleichen Verwendung finden. Diese zeigen mit Perlen isolierte Heizspiralen, die von einem einseitig offenen Rillenrohr getragen sind. Auch hier sind mindestens zwei Heizkörper notwendig, und zwar sogar bei verhältnismäßig flachen Kesseln, wie zum Beispiel den erwähnten Haushaltbacköfen. Bei höheren Kesseln beziehungsweise Anwendungen, die eine gute Temperaturuniformität erfordern, müssen die Seitenwände zusätzlich mittels gestreckter Rippenrohrheizkörper beheizt werden (Prospekt der Fa. Blanc und Fischer, 7135 Oberderdingen). Schließlich sind auch Umluftschranke bekannt, die auch eine gewisse Vorkammer zeigen, welche sich jedoch nur über einen Teil der hinteren Wandung des Nutzraumes erstreckt Hierbei wird die Frischluft von hinten angesaugt und mittels eines Radial-Lüfters durch die erwärmte relativ sehr kleine Vorkammer an der hinteren Wand geschickt Sobald die Luft die Vorkammer verlassen hat, wird sie nach den Seiten an den kalten Innenwänden bis zur Vorderwand gedrückt und dann in der Mitte des Nutzraumes wieder nach hinten gesaugt Dabei kühlt sich die Luft auf ihrem Wege zum Heizkörper bis wieder zurück zum Luftkanal ständig ab. Insbesondere jene Luftmassen, die an den kalten, ungeheizten Seitenwänden des Kessels sowie dessen Boden vorbeiströmen. Dadurch ergibt sich ein Temperaturgefälle innerhalb des Schrankes (Prospekt der Fa. A. Hoffmann, 7302 Nellingen).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Labor-Wärmeschrank, insbesondere Heißluftsterilisator nach dem Oberbegriff so zu verbessern, daß eine gute räumliche Temperaturuniformität gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Dadurch wird eine gleichmäßige Erwärmung erreicht Durch diese Vorkammer wird nämlich eine weit größere räumliche Homogenität der Erwärmung erzielt als dies bei direkt an dem Heizkessel anmontierten oder direkt im Kessel befindlichen Heizkörper möglich wäre. Dies ist unter anderem dadurch erreicht, daß der Heizkörper die Innenkesselwände nicht berührt, sondern die Luft der Vorkammer räumlich gut homogen erwärmt. Der gut wärmeleitende Innenkessel baut noch bestehende räumliche Temperaturunterschiede weiter ab, mit dem Ergebnis, daß alle beheizten Flächen des Innenkessels mit hoher Genauigkeit die gleiche Temperatur aufweisen. Die Kammer wird gleichmäßig- von außen nach innen und von unten nach oben erwärmt, weil die Wärme bekanntlich nach oben steigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale des Anspruchs 3 sehr nützlich. Zum Beispiel ist zweckmäßig, daß die Leistungsdichte der Seitenwände geringer ist als die des Bodens. Dies kann durch die Erfindung einwandfrei nur durch die Form des Heizkörpers gesteuert werden. Außerdem werden überraschend gute Regelergebnisse mit geringem Aufwand erzielt, wenn anstelle der Kesseltemperatur die Temperatur in der Vorkammer als Hilfsregelgröße verwendet wird.

Die Erfindung wird in der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht von vorn auf die erste Ausführungsform eines Labor-Wärmeschranks wobei die Tür und der Frontrahmen weggelassen sind;

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Heizkörper nach dem ersten Fertigungsschritt, gegenüber Fig. 1 in etwas vergrößertem Maßstab;

Fig.3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform;

Fig.4 eine schematische Seitenansicht auf die Ausführungsform nach F i g. 3;

Fig.5 eine schematische Ansicht von vorn auf die Ausführungsformen nach den F i g. 3 und 4; und

Fig.6 eine Draufsicht auf die Ausführungsformen nach den F i g. 3 und 5.

Fig. 1 zeigt einen Laborwärmeschrank,der als Heißluftsterilisator 1 ausgebildet ist Die Öffnungen desselben sind sichtbar, weil die Tür sowie der Frontrahmen ganz weggelassen sind.

An der linken Seite des aus Stahl bestehenden gut isolierten Außengehäuses sind von oben nach unten einige Steuer-Schaltelemente sichtbar. Oben sieht man einen Steuericnopf 7 für den Luftschieber zur Steuerung der Zu- und A h'uft Darunter ist ein Kontrollthermometer 8 sowie ein weiteres Schaltelement 9 dargestellt Darüber hinaus können auch noch weitere Schalt- und Steuerelemente darunter angeordnet sein. Dies ist für die Erfindung jedoch nicht von Bedeutung und ist daher nicht dargestellt

F i g. 1 zeigt weiter die Höhe h und die Breite b des Außenkessels 15. Innerhalb desselben zwischen diesem und dem Innenkessel 3 sieht man den Heizkörper 2, der mäanderförmig gebogen ist, so daß er sich an diese beiden Seitenteile und das Unterteil des Heizraumes in verhältnismäßig geringem Abstand, jedoch berührungsfrei anschließt An den beider. Enden des Heizkörpers 2 sind die beiden Anschlüsse 5 und 6 desse'jen in der Rückwand des Heizkörpers verschraubt, wie später noch näher erläutert wird. Weitere Verbindungen zwischen dem Heißluftsterilisator 1 und dem Heizkörper 2 sind nicht vorhanden, so daß sich mit Ausnahme dieser beiden Anschlüsse auch keine Wärmebrücke ergeben kann.

In einem geringen Abstand a'ist der Innenkessel 3, zum Beispiel aus nicht rostendem Stahlblech, angeordnet. Dieser ist ebenfalls leicht demontierbar mit der Rückwand verbunden. Durch die erwähnte Vorkammer, die bevorzugt allseitig mit Ausnahme der vorderen öffnung geschlossen ist, wird eine größere Homogenität des Wärmeübergangs von dem Heizkörper 2 auf den !nnenraum des Innenkessels 3 erreicht Dies bedeutet, daß örtliche Überhitzungen von Teilen, die in größerer Nähe der Seitenwände liegen als andere, vermieden werden. Dadurch wird der Heizraum innerhalb des Kessels gleichr.iäßig erwärmt

Der erwähnte Abstand a'zwischen dem Heizkörper 2 und dem Innenkessel 3 kann klein sein, also 2um Beispiel nur 2—4 mm, damit der Raum gut ausgenützt wird und ein etwa gleich starker Luftraum den Heizkörper 2 allseitig umgibt.

Unten ruht der Schrank auf Gumir.ifüßen 10 und 11.

F i g. 2 zeigt den Heizkörper 2 nach dem ersten Fertigungsschritt. In diesem Falle ist der Heizkörper in herkömmlicher Weise ebenflächig ausgebildet und mäanderförmig gebogen. Er ist also in herkömmlicher Weise in nur einer Ebene gebogen. Die Länge / ist hier etwas kleiner als die Addition der beiden Höhen Λ der Seiten des Außenkessels 15 des Schrankes 1 nach der F i g. 1 plus der Breite b der Bodenfläche.

Es handelt sich hier um einen röhrenförmigen elektrischen Heizkörper 2, der an seinen Enden mit den Anschlüssen 5 und 6 versehen ist. Diese mit einem Nippel versehenen Gewinde sind mit dem rohrförmigen Heizkörper 2 fest verbunden, also zum Beispiel verpreßt oder verschweißt. An den Enden sieht man die steckerförmigen elektrischen Anschlüsse 12 und 13, die gegenüber der Röhre isoliert sind, was nicht im einzelnen dargestellt werden muß.

Dies gilt auch für die mäanderförmigen Biegungen zwischen den Anschlüssen 5 und 6.

Allerdings sind die Radien R der beiden äußeren Biegungen größer ausgebildet als die Radien rder beiden inneren Biegungen.

Zur vollständigen Fertigung werden die beiden außenliegenden Teile mit den Radien R aus der dargestellten Ebene nach F i g, 2 nach oben gebogen, so daß '.ich die U-Forrn des Heizkörpers 2 nach der Fig. 1 ergibt Dies ist bereits der zweite und letzte Fertigungsschritt. Dadurch kommt der mittlere Teil mit den kleineren Radien r auf dem Bodenteil zu liegen, während die Außenteile mit den größeren Radien R die Seitenteile des U bilden.

In ähnlicher Weise kann auch die O- oder Kastenform gebogen werden, wobei dann zusätzlich auch noch im oberen Bereich nach F i g. 1 ein Teil des Heizkörpers mit den Biegungen zu liegen kommt.

In dieser Form läßt sich der Heizkörper 2 leicht montieren, indem die beiden Anschlüsse 5 und 6 durch die Löcher in der Rückwand des Heizschrankes nach F i g. 1 gesteckt und anschließend mit Muttern verschraubt werden, woraufhin dann auch die elektrischen Anschlüsse 12 und 13 geklemmt werden können.

Es genügen diese mechanischen Befestigungen mit den beiden Anschlüssen 5 und b. um den gesamten räumlich gebogenen Heizkörper 2 in seiner Lage nach F i g. 1 im Abstand von sämtlichen Teilen des Schrankes zu halten.

Darüber hinaus ist das Auswechseln sehr einfach, indem die Muttern gelöst und der Heizkörper 2 als Ganzes nach vorn durch den Außenkessel herausgezogen wird.

In ähnlicher Weise kann auch der Innenkessel 3 sehr einfach an der Rückwand des Schrankes befestigt werden. Er kann aber auch in oberen Schienen nur lose eingeschoben werden.

Durch die unterschiedlichen Radien R und rwird eine unterschiedliche Leistungsdichte erreicht. Am Boden will man eine größere Leistungsdichte als an den beiden Seitenteilen. Zum Beispiel kann man die Leistungsdichte auf diese Weise so einstellen, daß die beiden Seitenteile der U-förmigen Ausbildung zusammen etwa die gleiche Leistung haben wie der Boden.

Wenn man besondere Temperaturschichtungen im K .ssel erzeugen will, kann der Heizkörper 2 nicht nur U-förmig, sondern auch O-förmig oder kastenförmig ausgebildet sein.

Durch die Verbindung mit der Vorkammer 14 bietet der Heizkörper eine sehr gute Temptraturuniformität und beste oder sogar überraschend gute Voraussetzungen für den Einsatz von Temperaturreglern.

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einem Umluftschrank. Hierzu ist im hinteren Bereich des Schrankes eine Kammer 16 dadurch gebildet, daß parallel zu der Rückwand 18 eine getrennte vordere Wand 17 im Abstand u von dieser angeordnet ist Dadurch entsteht aiso gev'-^sermaßen eine zusätzliche Vorkammer im hinteren Bereich.

In der Mitte desselben ist in der Wand 17 eine Öffnung 19 angeordnet, durch die man ein Radial-Lüfterrad 30 sieht. Zwischen der Kammer 16 und der Vorkammer 14, die im übrigen die zuvor beschriebene Bauart aufweist, ist eine im ßodenbereich offene Verbindung vorhanden.

Darüber hinaus sind in dem Innenkessel 3 zahlreiche Austrittsöffnungen 22 angeordnet. Somit ist der gesamte Innenkessel 3 mit diesen Öffnungen 22 versehen.

Fig.4 zeigt eine Seitenansicht auf die Ausführungsform nach der F i g. 3. Hier sieht map deutlich, daß der Lüfterantrieb 21 für das Lüfterrad 30 an der Rückwand 18 angebracht ist, wobei die Welle 31 des Lüfterrades 30 die Wand durchdringt.

Hier ist auch ein Pfeil 32 sowie danach zahlreiche weitere Pfeile angebracht, um einen Teil des Luftstromes zu zeigen. Dieser verläuft nach unten, wo er durch die erwähnte offene Verbindung in die Vorkammer 14 gedrückt wird.

Von da gelangt er durch die zahlreichen öffnungen 22 in den Innenkessel 3.

Fig.5 zeigt die schematische Stirnansicht der gleichen Ausführungsform. Man sieht hier, daß der Heiz-■körper 2 und die Vorkammer 14 die gleichen sind wie in F i g. 1. Durch eine große Anzahl von Pfeilen ist hier die Strömung der Umluft dargestellt, die durch die öffnungen 22 von den beiden Seiten in das Innere des Innenkessels 3 gelangt.

F i g. 6 zeigt das Gleiche in Ansicht von oben. Hier is sieht man ebenfalls die Strömung im Boden der Vorkammer und im Innenraum durch eine große Anzahl von Pfeilen angegeben. Es wird ersichtlich, daß die Umluft von den beiden Seitenwänden auf die Öffnung 19 strömt. Hier wird sie nämlich von dem Lüfterrad 30 durch die öffnung 19 angesaugt und radial nach allen Seiten nach oben und nach unten durch die Kammer 16 in die Vorkammer 14 geleitet.

Dadurch entsteht der große Vorteil, daß die Luft zunächst in der Vorkammer gleichmäßig erwärmt wird und erst dann in das Innere des Nutzraumes gelangt, und zwar von allen Seiten.

Es ist auch noch ein nicht dargestellter Temperatur- und/oder Meßfühler in der Vorkammer 14 in der Nähe der Austrittsöffnungen 22 vorhanden. An dieser Stelle ist der Temperatur- und/oder Meßfühler optimal angeordnet.

Insgesamt wird durch die Erfindung eine Vorkammerheizung bewirkt. Die Luft wird durch die kreisrunde Öffnung 19 angesaugt, vom Lüfterrad 30 beschleunigt und radial weggeschleüdert. Durch nicht dargestellte Luftleitbleche läßt sich erreichen, daß je nach Betriebsart die gesamte Luft in den Bodenteil der Vorwärmkammer gedruckt wird oder aber teilweise, bei Frischluftzusatz über einen Luftschieber gesteuert als Abluft in das Freie gelangt.

Bei einem reinen Umluftbetrieb strömt die Luft demnach durch den Bodenteil des Heizkörpers, wird dort erwärmt und in zwei Luftströme geteilt, die in die Seitenteile der Vorkammer aufsteigen. Hier wird die Luft durch die seitlichen Teile des U-förmigen Heizkörpers nochmals erwärmt, ehe sie durch die im Innenkessel befindlichen Austrittsöffnungen 22 in den Arbeitsraum eintritt.

Durch weitere Luftleitbleche sowie einer entsprechenden Wahl der Größe, Lage und Anzahl der Öffnungen wird mit guter Annäherung erreicht, daß die Luftaustrittsgeschwindigkeiten aus den Öffnungen gleich sind.

Hier ergibt sich eine gute räumliche Temperaturenauigkeit im Innenraum, da zusätzlich zum Wärmeluftstrom auch noch die beiden Seiten und der Boden beheizt sind. Es entsteht auch kein Auskühleffekt des Warmluftstromes. Die Luft wird bis unmittelbar vor ihrem Eintritt in den Arbeitsraum über die Heizkörper geführt und somit erwärmt. Durch die Erfindung weisen daher auch sehr tiefe Arbeitsräume eine gute Wärmehomogenität auf. Außerdem sind die Temperaturen im Arbeitsraum unabhängig von der Luftgeschwindigkeit. Schließlich ergibt sich auch noch der Vorteil, daß beim Ausfall des Lüftermotors der Wärmeschrank als gewöhnlicher nicht umluftbetriebener Wärmeschrank weiterarbeitet. Die eingestellte Temperatur im Arbeitsraum ändert sich nicht.

Aufgrund ihrer großen Länge können die Heizkörper eine geringe Leistungsdichte haben. Auf diese Weise sind örtliche Überhitzungen ausgeschlossen. Es besteht somit kein Sicherheitsrisiko,

Die Erfindung ist für eine große Anzahl von Verwendungsmöglichkeiten geeignet. Insbesondere lassen sich elektronische Bauteile prüfen und fertigen. Es können auch die verschiedensten Temperaturen simuliert werden, um bestimmte Materialien oder Gegenstände zu testen. Es ist aber auch möglich, zum Beispiel Kunststoffe zu härten, zum Beispiel Prothesen. Auch in der pharmazeutischen Industrie ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Labor-Wärmeschrank, insbesondere Heißluftsterilisator, mit einem mäanderförmig gebogenen Heizkörper mit zwei elektrischen und/oder mechanischen Anschlußstellen für einen quaderförmigen Heizraum, wobei der Heizkörper in der Ansicht von vorn U-förmig oder O-förmig gebogen ist, der den Heizraum mindestens von zwei Seiten und von unten durchgehend umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (2) in einer von einem Innenkessel (3) und einem Außenkessel (15) gebildeten Vorkammer (14) angeordnet ist, ohne die Wände des Innenkessels (3) und des Außenkessels (15) zu berühren, daß im hinteren der Tür gegenüberliegenden Bereich des Wärmeschrankes (1) eine Kammer (16) durch eine von der Rückwand (18) im Abstand (a) getrennte Wand (17) angeordnet ist, in der eine Öffnung (19) vorgesehen ist, hinter der ein Radiai-Lüfterrad (3ö) Hegt, das mit einem Lüfterantrieb (21) an der Rückwand (18) in Antriebsverbindung steht, wobei eine offene Verbindung der Kammer (16) mit dem Bodenteii der Vorkammer (14) vorhanden ist und der Innenkessel (3) mit Austrittsöffnungen (22) versehen ist.

2. Labor-Wärmeschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperatur- und/ oder Meßfühler in der Vorkammer (14) in der Nähe von Austrittsöffnungen (22) angeordnet ist.

3. Labor-Wärmeschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ,4aß die Radien (R, /^ der Biegung der mäanderförmb.en Ausbildung des Heizkörpers (2) zur Steuerung unterschiedlicher Leistungsdichten, insbesondere am Boden und den Seiten, mit umerschiediicher Größe ausgebildet sind.