DE10164209B4

DE10164209B4 - Quaderförmige Kammer zur Vakuumbehandlung von Gegenständen

Info

Publication number: DE10164209B4
Application number: DE10164209A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Wahl
Original assignee: Werner and Pfleiderer Lebensmitteltechnik GmbH
Current assignee: Werner and Pfleiderer Lebensmitteltechnik GmbH
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: DE10164209A1

Abstract

Quaderförmige Kammer zur Vakuumbehandlung von Gegenständen unter einem Druck < 0,5 bar, mit mindestens einer sich über im wesentlichen eine ganze der sechs Quaderflächen erstreckenden Tür, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Trägerkäfig aus zwölf rechtwinklig miteinander verschweißten metallischen Hohlbalken (3, 4, 5, 6, 7) besitzt, dass zwischen die Hohlbalken der keine Türe (2) aufweisenden Quaderseiten doppelwandige Füllplatten (8, 9, 10, 11) über mindestens eine innenliegende, durchgehende Schweißnaht (23) mit dem Hohlbalken verschweißt sind, dass jede Füllplatte (8, 9, 10, 11) durch Abstandshalter ausgesteift ist, die mit den beiden Wänden (12, 13) der doppelwandigen Füllplatte punktweise in Abständen verschweißt sind, und dass auch die mindestens eine Tür (2) einen Trägerrahmen aus vier Hohlbalken (15) mit einer Füllplatte (16) der oben genannten Art besitzt, der im geschlossenen Zustand auf den die Tür umrahmenden Hohlbalken (5, 6, 7) des Trägerkäfigs über eine Dichtung (22) aufliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 298 14 922 U1 ist eine Druckkammer mit einer druckdicht verschließbaren Tür bekannt. Die JP 2001 097477 A zeigt eine groß dimensionierte Kunststoffbox mit zweilagigen Wänden, zwischen denen eine Lage aus einem Kernmaterial angeordnet ist. Die DE 2 134 683 A zeigt einen Flüssigkeitstank mit einer Rahmenkonstruktion aus Profilstäben, zwischen denen Begrenzungsflächen aus mindestens zwei profilierten, schubsteif miteinander verbundenen Platten befestigt sind.
Vakuumprozesse spielen eine zunehmende Rolle in der Nahrungsmittelindustrie zur Schnellkühlung, Sterilisierung und Verpackung von Lebensmitteln oder zur Reinigung von Geräten wie Backwagen, aber auch im Krankenhausbereich zur Sterilisierung von Bettwäsche. Dabei wünscht man möglichst großvolumige Vakuumkammern mit quaderförmigem Innenvolumen und einer Tür, die eine ganze Seite der Kammer freigibt, damit man mit fahrbaren Gestellen das ganze Volumen rasch beschicken und wieder entleeren kann. Auch Kammern mit zwei einander gegenüberliegenden Türen zur gleichzeitigen (automatischen) Beschickung und Entleerung wären günstig.
Diesen Forderungen zu entsprechen bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn der gewünschte Endvakuumdruck sehr niedrig sein soll, denn dann lasten auf den ebenen Wänden der Kammer erhebliche, zudem im Prozeßzyklus schwankende Außendrücke, die nicht zu bleibenden Verformungen der Kammer führen dürfen. Dieses Problem wird bisher durch entsprechend große Wanddicken und die Wahl von teueren Materialien für die Kammerwände zu lösen versucht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kammer für die obigen Anwendungsfälle vorzuschlagen, die vergleichsweise leicht und preisgünstig ist. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 definierte Kammer gelöst. Bezüglich von bevorzugten Ausführungsformen dieser Kammer wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen waagrechten Schnitt durch die erfindungsgemäße Kammer.
2 zeigt in vergrößertem Maßstab und ebenfalls im waagrechten Schnitt eine Ecke der Kammer aus 1.
Die 3 bis 5 zeigen schematisch Varianten der Form der Versteifungsbleche im Schnitt.
Die Kammer 1 gemäß 1 und 2 ist quaderförmig; also sind jeweils zwei gegenüberliegende Seiten rechteckig und zueinander parallel. Die in der Figur rechts liegende senkrechte Seite ist mit einer angelenkten Tür 2 verschließbar. Das Innenvolumen beträgt 2 m³ oder mehr.
Entlang der zwölf Kanten der Kammer 1 verlaufen Hohlbalken, von denen die vier senkrechten Hohlbalken 3 bis 6 im Schnitt und der waagrechte untere Hohlbalken 7 in Draufsicht zu sehen sind. Die Querschnittsform der Hohlbalken ist ein Quadrat mit abgerundeten Ecken. In den acht Ecken der Kammer treffen jeweils drei dieser Hohlbalken unter rechten Winkeln zusammen und sind direkt miteinander verschweißt. Dies ergibt einen Trägerkäfig, dessen Balken so dimensioniert sind, daß die auftretenden Kräfte und Momente ihn nicht kritisch, also dauerhaft verformen können.
Zwischen die Hohlbalken jeder Seite mit Ausnahme der Türseite ist eine Füllplatte eingesetzt. Die als Boden der Kammer dienende Füllplatte 11 ist von oben zu sehen, und die drei senkrechten Füllplatten 8, 9 und 10 sind im Schnitt dargestellt. Die fünf Füllplatten erfahren wegen der Größe ihrer Oberfläche und ihrer ebenen Form im Betrieb die größte mechanische Belastung. Sie sind alle gleich aufgebaut, und zwar doppelwandig mit einer die beiden Wände starr verbindenden und als Abstandshalter wirkenden Zwischenstruktur. Alle Wände sind aus Stahlblech mit z. B. 3 mm Dicke.
Die innere Wand (z. B. 12) jeder Füllplatte verläuft entlang der Innenkanten der Hohlbalken des Trägerkäfigs. Ihr Rand ist umgebogen, sodaß sich eine Wanne ergibt, die genau in die zugeordnete Öffnung des Trägerkäfigs paßt. Der Rand ist dann nochmals nach außen umgebogen und liegt auf der Außenseite der zugeordneten Hohlbalken auf. Die äußere Wand 13 verläuft im Abstand parallel zur inneren Wand 12. Ihr Rand ist ebenfalls umgebogen und endet in Höhe des zweiten Falzes der ersten Wand. Eine durchgehende Schweißnaht 24 verbindet an dieser Stelle die beiden Wände.
Die Abstandshalter zwischen diesen beiden Wänden der Füllplatten bestehen in der Ausführungsform gemäß 1 und 2 aus Profilblechen 14, die im Querschnitt wie ein Zylinderhut aussehen. Jeweils die Krempe des Huts ist mit der inneren Wand 12 punktverschweißt und die Schweißpunkte im Bereich des Hutdeckels zwischen der äußeren Wand 13 und dem darunterliegenden Profilblech werden durch Lochschweißen von außen erzielt. Die Lage der verschiedenen Schweißpunkte ist auf der Füllplatte 11 am Boden der Kammer durch Kreuze markiert.
Man sieht aus 1, daß die einzelnen Profilbleche der Füllplatten an den an die Türöffnung angrenzenden Seiten der Kammer parallel zu dem die jeweilige Seite begrenzenden Hohlbalken der Türöffnung verlaufen. Im Vergleich mit einem dazu senkrechten Verlauf der Profilbleche erhöht diese Wahl die Steifigkeit gerade der am meisten belasteten, an die Türöffnung angrenzenden großen Seiten der Kammer.
Diese Versteifung hält die Innen- und die Außenwand im wesentlichen planparallel zueinander und erzwingt ein korrelatives Verformungsverhalten und damit eine korrelative Beanspruchungsverteilung. Die Steifigkeit des Trägerkäfigs wirkt dabei auf die Füllplatten zurück und verbessert deren Verformungsverhalten. So erreicht man trotz des Umstands, daß ebene Wände prinzipiell keine eigensteife Strukturen darstellen, mit geringem Aufwand hohe Belastungswerte bei elastischen Verformungen innerhalb zulässiger Grenzen.
Die Tür 2 ist ganz ähnlich aufgebaut. Sie besitzt einen Rahmen aus vier miteinander eckseitig verschweißten Hohlbalken 15 gleich den Balken 3 bis 7 und eine Füllplatte 16 aus einer Innenwand 17, einer Außenwand 18 und Profilblechen 19 mit Hutprofil als Versteifungselemente. Der Rahmen ist etwas kleiner als der Rahmen der Türöffnung der Kammer, um Platz für Scharniere 20 beziehungsweise einer Verschlußklinke 21 am Rahmen der Türöffnung zu schaffen. Die Innenwand 17 der Füllplatte der Tür kann hier, anders als an der Kammer selbst, auf den Hohlbalken 15 der Türe so weit außen angeschweißt sein, daß ihr Rand über eine aufgeklebte elastische Dichtung 22 beim Schließen der Tür flach auf den zugeordneten Hohlbalken 5 bis 7 zu liegen kommt.
Die Tür kann auf mechanische, elektrische oder elektromagnetische Art verriegelt werden (nicht dargestellt).
Da innerhalb der inneren Wand 12 im Betrieb Vakuum herrscht, müssen die Schweißpunkte dort die daraus resultierenden Zugspannungen aushalten. Zusätzlich müssen diese Schweißpunkte je nach ihrer Lage bezüglich der neutralen Ebene die Belastung aufgrund der einheitlichen Durchbiegung der gesamten Wandstruktur aufnehmen. Daher kann es nützlich sein, den Bereich zwischen den beiden Wänden jeder Füllplatte 8 bis 11 und 16 endgültig zu evakuieren, wodurch die Wirkung des äußeren Drucks je nach dem gewählten Wert des Vakuums ganz oder teilweise auf die äußere Wandung gelenkt wird.
Die einzelnen Füllplatten werden vorgefertigt, dann in die Öffnungen des Trägerkäfigs eingesetzt und mittels Kehlnähten 23 und 25 innen und außen mit den Hohlbalken verschweißt. Dabei muß zumindest eine der beiden Kehlnähte durchgehend, also vakuumdicht sein.
Als Material für die verschiedenen oben erwähnten Bauteile der Kammer kommt insbesondere eine schweißbare Metall-Legierung in Frage wie Edelstahl.
Die Erfindung ist nicht im Einzelnen auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können die Abstandshalter anstatt der hutförmigen Profilbleche 14 auch Bleche mit U-förmigem Profil (siehe 3), mit einem Z-förmigen Profil (siehe 4) oder einem trapezförmigen Profil (siehe 5) verwenden. Auch eine Wabenstruktur oder Abstandselemente in Form von einzeln angeschweißten Stempeln oder Rohrstücken sind denkbar.
Die Hohlbalken des Trägerkäfigs können alternativ auch aus Rohren mit Rechteck- oder Kreisprofil, aus Winkel- oder U-Profilen bestehen. Ein Vorteil der Hohlbalken und Rohre liegt in der Möglichkeit, diese als Verteilorgane für in die Kammer einzuspeisende Prozeßgase einzusetzen. Hierzu müssen nur entlang der Innenkante eines oder mehrerer der Hohlbalken Auslaßöffnungen wie die Öffnung 26 (2) und von außen zugängliche Einlaßöffnungen (nicht dargestellt) für Prozeßgase in diese Hohlbalken vorgesehen werden.
Je nach dem Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Kammer können Hilfsorgane wie Kondensatoren, Heizelemente in die Kammer fest eingebaut werden. Weiter kann man beispielsweise in der hinteren Füllplatte 9 Anschlußstutzen 27 für außerhalb der Kammer installierte Aggregate wie Gasquellen, Vakuumpumpen etc. vorsehen.
Schließlich kann man auch zwei Türen der dargestellten Art an zwei einander gegenüberliegenden Seiten anbringen, um in einem Zug eine Charge von Gegenständen nach der Vakuumbehandlung an einer Seite heraus- und eine neue Charge an der anderen Seite hineinzufahren.
Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemäße Kammer auch für einen Prozeß, bei dem nicht nur ein Vakuum, sondern auch Überdrücke von bis zu 2 bar gegen dem Außendruck auftreten.

Claims

Quaderförmige Kammer zur Vakuumbehandlung von Gegenständen unter einem Druck < 0,5 bar, mit mindestens einer sich über im wesentlichen eine ganze der sechs Quaderflächen erstreckenden Tür, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Trägerkäfig aus zwölf rechtwinklig miteinander verschweißten metallischen Hohlbalken (3, 4, 5, 6, 7) besitzt, dass zwischen die Hohlbalken der keine Türe (2) aufweisenden Quaderseiten doppelwandige Füllplatten (8, 9, 10, 11) über mindestens eine innenliegende, durchgehende Schweißnaht (23) mit dem Hohlbalken verschweißt sind, dass jede Füllplatte (8, 9, 10, 11) durch Abstandshalter ausgesteift ist, die mit den beiden Wänden (12, 13) der doppelwandigen Füllplatte punktweise in Abständen verschweißt sind, und dass auch die mindestens eine Tür (2) einen Trägerrahmen aus vier Hohlbalken (15) mit einer Füllplatte (16) der oben genannten Art besitzt, der im geschlossenen Zustand auf den die Tür umrahmenden Hohlbalken (5, 6, 7) des Trägerkäfigs über eine Dichtung (22) aufliegt.
Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Füllplatte (8, 9, 10, 11; 16) jeder Kammerseite sowie der Türe als Abstandshalter mehrere schmale Profilbleche (14) nebeneinander liegen, die im Querschnitt je ein Hutprofil besitzen, wobei die Krempen des Hutprofils über Schweißpunkte mit der inneren Wand (12) der doppelwandigen Füllplatte verschweißt sind, während der zentrale Bereich des Hutprofils über Schweißpunkte mit der äußeren Wand (13) der Füllplatte verbunden ist.
Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus mehreren nebeneinanderliegenden Blechen mit einem Querschnittsprofil in U-Form bestehen, wobei je ein Schenkel über Schweißpunkte mit einer der Wände (12, 13) verbunden ist.
Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus mehreren nebeneinanderliegenden Blechen mit einem Querschnittsprofil in Z-Form bestehen, wobei je ein Ende des Profils über Schweißpunkte mit einer der Wände (12, 13) verbunden ist.
Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus mehreren nebeneinanderliegenden Blechen mit einem Querschnittsprofil in Trapezform bestehen, die abwechselnd über Schweißpunkte mit je einer der Wände (12, 13) verbunden sind.
Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus zahlreichen rohr- oder stempelförmigen Stützen bestehen, die in gleichmäßigen gegenseitigen Abständen an den beiden einander gegenüberliegenden Wänden (12, 13) der Füllplatten angeschweißt sind.
Kammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelwandigen Füllplatten (8, 9, 10, 11) über je eine innenliegende und eine außenliegende durchgehende Schweißnaht (23, 25) mit den jeweils vier zugeordneten Hohlbalken des Trägerkäfigs verbunden sind.
Kammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen den Wänden (12, 13) der Füllplatten evakuiert ist.
Kammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilachsen der Profilbleche (14) in den Füllplatten (8, 9, 10, 11) der vier an eine Tür (2) anschließenden Quaderseiten parallel zu dem jeweils zugeordneten Hohlbalken (5, 6, 7) der Türöffnung verlaufen.
Kammer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlbalken (3, 4, 5, 6, 7) im Querschnitt ein quadratisches Profil mit abgerundeten Ecken besitzen.
Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter in jeder Füllplatte aus einem gemeinsamen Blech bestehen, das eine Folge von Querschnittsprofilen gemäß Anspruch 2 oder 5 besitzt.