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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Behandlungsvorrichtung zum Kühlen
und/oder Erwärmen von Gegenständen, umfassend
eine Düsenplatte mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen
zur Abgabe eines gasförmigen Behandlungsmediums, eine Druckversorgungseinrichtung
zur Bereitstellung des Behandlungsmediums an der Düsenplatte
und mindestens eine einer Düsenplatte vorgelagerte Behandlungsposition
für die zu behandelnden Gegenstände, die durch
die Düsenöffnungen der Düsenplatte mit
Behandlungsmedium beaufschlagbar ist.
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Derartige
Behandlungsvorrichtungen sind beispielsweise in Form von Kühltunneln
aus dem Stand der Technik bekannt. So wird bereits in der
US 2,474,069 A aus
dem Jahr 1945 ein Kühltunnel beschrieben, durch den zu
kühlende Gegenstände, welche auf Paletten angeordnet
sind, hindurchtransportiert werden. Das Behandlungsmedium wird über einen
Gitter im wesentlichen horizontal sowie quer zur Transportrichtung
eingeblasen.
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Ein
weiterer Kühltunnel dieser Bauart wird in der
DE 100 17 408 A1 beschrieben.
Auch in diesem Fall werden Paletten mit zu kühlenden Gegenständen
an vertikal angeordneten Düsenplatten vorbeitransportiert.
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Während
bei den vorstehend genannten Kühltunneln ein kontinuierlicher
Transport entlang der Düsenplatten vorgesehen ist, offenbart
die
EP 1 455 151 A1 eine
diskontinuierliche Betriebsweise, bei der die zu kühlenden
Gegenstände an einer Behandlungsposition abgesetzt werden
und dort so lange verbleiben, bis die gewünschte Abkühlung
erzielt ist. Anschließend werden diese abgeholt und aus
dem Kühltunnel herausgefahren.
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Ferner
ist aus der
DE
20 2005 000 167 U1 ein Hochregallager mit integrierten
Behandlungspositionen bekannt. Diese werden über Luftschächte mit
Kühlluft versorgt, um eine Kühlung von an den Behandlungspositionen
abgestellten Paletten bzw. auf diesen befindlichen Gegenständen
zu ermöglichen. Zur Verbesserung des Abkühlverhaltens
sind um die Auslassöffnungen der Luftschächte
elastische Puffer aus Elastomermaterial angeordnet. Die bestückten
Paletten werden an den Behandlungspositionen so abgestellt, dass
diese mit den darauf angeordneten Gegenständen gegen die
elastischen Puffer anliegen. Hierdurch soll erreicht werden, dass die
Kühlluft konzentriert durch die Beladung der Paletten geführt
wird. Der Einsatz von andockbaren Puffern ist jedoch bei einer kontinuierlichen
Betriebsweise nicht praktikabel.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine
Behandlungsvorrichtung zu schaffen, welche ein verbessertes Abkühlverhalten
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Behandlungsvorrichtung gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung zeichnet
sich insbesondere dadurch aus, dass der durch die Düsenöffnungen
bereitgestellte Öffnungsquerschnitt je Flächeneinheit über
den Erstreckungsbereich der Düsenöffnungen an
der Düsenplatte derart variiert, dass ein mehrere Düsenöffnungen
umfassender Konzentrationsbereich zur Bereitstellung eines erhöhten
Volumenstroms je Flächeneinheit gebildet wird.
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Hierdurch
ist es möglich, normalerweise langsamer abkühlende
Zonen mit einem erhöhten Volumenstrom an Kühlmedium
zu beaufschlagen. Hierdurch kann beispielsweise an Gegenständen, welche
auf Paletten gestapelt in die Behandlungspositionen gebracht werden,
eine Vergleichmäßigung des Abkühlprofils
erzielt werden.
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Diese
Konfiguration eignet sich sowohl für kontinuierlich betriebene
Behandlungsvorrichtungen als auch für diskontinuierlich
betriebene Behandlungsvorrichtungen.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip lässt sich nicht
nur zum Kühlen sondern auch zum Erwärmen von Gegenständen
einsetzen. Zudem kann eine solche Behandlungsvorrichtung sowohl
zum Kühlen als auch zum Erwärmen eingesetzt werden.
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Weitere,
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen
angegeben.
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So
ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Konzentrationsbereich in einem Mittelabschnitt der Düsenplatte
angeordnet.
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Insbesondere
kann sich der Konzentrationsbereich über die Breite der
Düsenplatte erstrecken und quer hierzu durch zwei Bereiche
mit geringerem Volumenstrom je Flächeneinheit begrenzt
sein. Diese Anordnungsweise gestattet eine einfache Herstellung
der Düsenplatte und eignet sich besonders für eine
kontinuierliche Betriebsweise, bei der die zu kühlenden
Gegenstände auf Paletten an den Düsenplatten vorbeigeführt
werden.
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Neben
einer Variation des Öffnungsanteil in Querrichtung der
Düsenplatte kann alternativ oder ergänzend auch
eine Variation in Längsrichtung der Düsenplatte
vorgesehen werden. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere
für solche Behandlungsvorrichtungen, bei denen die zu kühlenden
Gegenstände in der jeweiligen Behandlungsposition stationär
gehalten werden.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung sind, vorzugsweise an der
Düsenplatte, Mittel zur Verstellung der Lage des Konzentrationsbereichs
vorgesehen. Hierdurch lässt sich eine schnelle und einfache
Anpassung an unterschiedlich große Gegenstände
bzw. unterschiedlich bestückte Paletten erzielen. In einer
einfachen Ausführungsvariante werden hierzu je nach gewünschter
Lage des Konzentrationsbereichs außerhalb desselben befindliche überzählige
Düsenöffnungen abgedeckt. Dies kann beispielsweise
durch eine parallel geschaltete Blendenplatte erfolgen, die zur
Düsenplatte parallel verschoben wird.
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Vorzugsweise
werden die Düsenöffnungen durch eine Vielzahl
gleichartiger Lochdüsen gebildet, wodurch die Düsenplatte
sehr einfach herstellbar ist, da für sämtliche
Düsen das gleiche Werkzeug verwendet werden kann. Die Düsenöffnungen
können beispielsweise als einfache Lochöffnungen
ausgestanzt werden. Es ist jedoch auch möglich, Lochdüsen
mit einem sich in Durchströmrichtung konisch verjüngenden
Durchströmabschnitt auszubilden, der aus der Düsenplatte
herausgeprägt ist.
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Ein
erhöhter Öffnungsanteil, das heißt ein größerer Öffnungsquerschnitt
bezogen auf eine Flächeneinheit, kann im Konzentrationsbereich
beispielsweise durch eine größere Anzahl von Düsenöffnungen
je Flächeneinheit und/oder durch Lochdüsen mit
einem vergrößerten Öffnungsquerschnitt
erzielt werden.
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In
einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausgestaltung sind die Düsenöffnungen
in gleichbeabstandeten Reihen angeordnet. Dabei ist der Abstand
der Düsenöffnungen in Reihen des Konzentrationsbereichs
kleiner als in den Reihen außerhalb des Konzentrationsbereichs.
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Ferner
können Düsenöffnungen im Konzentrationsbereich
so konfiguriert werden, dass diese gemeinsam einen Drallauslass
bilden. Durch die zusätzliche Turbulenz wird ein erhöhter
Wärmeübergang an den zu kühlenden bzw.
zu erwärmenden Gegenständen erzielt.
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Über
gegebenenfalls vorzusehende Klappen oder Schieber zum Abdecken eines
Düsenöffnungen aufweisen Teilbereichs der Düsenplatte
kann auf einfache Weise eine Anpassung des zu beströmenden Bereichs
erfolgen und hierdurch Strömungsmedium und Energie eingespart
werden. Die Klappen oder Schieber können unmittelbar an
der Düsenplatte befestigt sein.
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Gemäß einer
weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung begrenzt die Düsenplatte
eine Druckkammer. Dabei weist die Druckversorgungseinrichtung eine
Druckkonstantregelung für die Druckkammer auf. Hierdurch
bleibt der apparative Aufwand auf Seiten der Druckversorgung gering.
Gleichwohl wird allein und ausschließlich mittels der Düsenplatte
eine gezielte Volumenstromdichteverteilung über der Düsenplatte
ermöglicht, um das Abkühl- oder Erwärmungsspektrum
von im Bereich der Behandlungsposition befindlichen Gegenständen
möglichst gleichmäßig zu gestalten.
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Wie
bereits oben angedeutet, ist die erfindungsgemäße
Konfiguration für sämtliche Typen der eingangs
erläuterten Behandlungsvorrichtungen geeignet, bei denen
die Behandlungsposition üblicherweise in einem zur Außenumgebung
abschließbaren Raum angeordnet ist.
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Die
Behandlungsvorrichtung kann insbesondere als Tunnel oder Hochregallager
ausgeführt sein.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine
Schnittansicht einer schematisch dargestellten Behandlungsvorrichtung,
wobei die Schnittebene quer zur Transportrichtung für die
zu behandelnden Gegenstände verläuft,
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2 eine
Ansicht einer Düsenplatte der Behandlungsvorrichtung nach 1,
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3 eine
Schnittansicht einer Düsenöffnung der Düsenplatte,
und in
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4 eine
Ansicht einer weiteren Düsenplatte mit Drallauslass.
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1 zeigt
ein Beispiel für eine erfindungsgemäße
Behandlungsvorrichtung zum Kühlen von Gegenständen
anhand eines kontinuierlichen Kühltunnels. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf diesen Kühltunneltyp beschränkt,
sondern kann zum Beispiel auch in diskontinuierlichen Kühltunneln
oder Kühllagern, insbesondere Hochregallagern, eingesetzt
werden. Zudem ist die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung
auch zum Erwärmen von Gegenständen einsetzbar.
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Die
in 1 dargestellte Behandlungsvorrichtung umfasst
einen gegenüber der Außenumgebung abgetrennten
Behandlungsraum mit mehreren, aufeinanderfolgenden Behandlungspositionen 10,
an denen auf Paletten 20 gestapelte Gegenstände 21 mittels
einer Fördereinrichtung 30 vorbeitransportiert werden.
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Weiterhin
umfasst die Behandlungsvorrichtung eine Druckversorgungseinrichtung 11 zur
Bereitstellung eines gasförmigen Behandlungsmediums, beispielsweise
Kühlluft, das über seitlich der Behandlungspositionen 10 angeordnete
Düsenplatten 40 zugeführt wird. Die Düsenplatten 40 weisen
jeweils eine Vielzahl von Düsenöffnungen 41 zur
Abgabe des Behandlungsmediums an die Behandlungspositionen 10 auf.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Behandlungsmedium
nach Vorbeiströmen an den auf der Palette 20 gestapelten Gegenständen 21 auf
der den Düsenplatten 40 gegenüberliegenden
Seite abgezogen. Bei zweibahnigen Kühltunneln mit parallelen
Förderwegen sind die Düsenplatten 40 in
der Regel einander gegenüberliegend angeordnet. In diesem
Fall wird die verbrauchte Kühlluft entweder nach oben oder
nach unten abgezogen.
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Wie 1 weiter
zeigt, umfasst die Druckversorgungseinrichtung 11 ferner
ein Gebläse 12 zur Zirkulation des Behandlungsmediums
sowie einen Kühler 13 zur Wärmeabfuhr.
Das Behandlungsmedium wird von dem Gebläse 12 in
eine den Düsenplatten 40 vorgelagerte Druckkammer 14 gefördert.
Die Druckversorgungseinrichtung 11 weist eine Druckkonstantregelung
für die Druckkammer 14 auf, so dass die Düsenplatten 40 unabhängig
vom Öffnungsquerschnitt stets mit definiertem Druck angeströmt werden.
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Um
insbesondere Kernbereiche eines Stapels von Gegenständen 21 verstärkt
zu kühlen, weist die Düsenplatte 40 einen über
den Erstreckungsbereich der Düsenöffnungen 41 variierenden Öffnungsanteil
auf. Dabei ist sowohl eine Variation in Längs- bzw. Vertikalrichtung
y der Düsenplatte 40 möglich, wie dies
in 2 zu erkennen ist, als auch eine im Ausführungsbeispiel
nicht dargestellte Variation in Querrichtung x. Der Öffnungsanteil,
das heißt der durch die Düsenöffnungen 41 bereitgestellte Öffnungsquerschnitt
je Flächeneinheit, variiert bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
derart, dass ein mehrere Düsenöffnungen 41 umfassender
Konzentrationsbereich 42 zur Bereitstellung eines im Vergleich
zu umliegenden Bereichen erhöhten Volumenstroms je Flächeneinheit
gebildet wird. In dem entsprechenden Bereich der Behandlungsposition 10 wird
durch die hieraus resultierende erhöhte Volumenstromdichte
des Behandlungsmediums eine erhöhte Wärmeabfuhr
ermöglicht.
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Bevorzugt
ist der Konzentrationsbereich 42 in einem Mittelabschnitt
der Düsenplatte 40 angeordnet, wodurch Kernbereiche
des Stapels verstärkt mit Behandlungsmedium beaufschlagt
werden. Wie 2 zeigt, erstreckt sich bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Konzentrationsbereich 42 über die
gesamte Breite der Düsenplatte 40 in x-Richtung und
ist quer hierzu, d. h. in y-Richtung durch zwei Bereiche 43 und 44 mit
geringerem Volumenstrom je Flächeneinheit begrenzt.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die drei Bereiche 42, 43 und 44 in
Vertikalrichtung gleich groß dargestellt. Während
durch den Konzentrationsbereich 42 etwa 42% Volumenstrom austreten,
weisen die neben diesem liegenden Bereiche jeweils einen Anteil
von 29% am Gesamtvolumenstrom der Düsenplatte 40 auf.
Von dieser Verteilung kann je nach Bedarf abgewichen werden. Da
die zugeführte Kühlluft in der Regel teilweise
nach oben abströmt, kann es vorteilhaft sein, den Konzentrationsbereich 42 nach
unten auszudehnen, beispielsweise bis auf Höhe der Aufstandsfläche
der zu kühlenden Gegenstände auf einer Palette
in der Behandlungsposition 10. Unter Umständen
kann der untere Bereich 43 vollständig durch den
Konzentrationsbereich überlappt werden. Ferner ist es denkbar,
einen von einem Konzentrationsbereich nach oben kontinuierlich abnehmenden
Volumenstrom zu generieren. So können in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel alternativ auch lediglich der untere
Abschnitt 43 als Konzentrationsbereich mit erhöhtem
Volumenstrom und der mittlere Abschnitt mit geringerem Volumenstrom
ausgeführt werden. Es ist auch möglich, die Bereiche 42 und 43 mit
einem gegenüber dem oberen Bereich 44 erhöhten
Volumenstrom auszuführen. Gegebenenfalls kann im letztgenannten
Fall zusätzlich eine Volumenstromabstufung zwischen dem
unteren Bereich 43 und dem mittleren Bereich 42 vorgesehen
werden.
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Die
Düsenöffnungen 41 werden durch eine Vielzahl
vorzugsweise gleichartiger Lochdüsen gebildet. In 3 ist
eine solche Lochdüse im Schnitt dargestellt. Die hier langlochartigen
Lochdüsen sind aus der Düsenplatte 40 umformtechnisch
herausgeprägt und weisen jeweils einen sich in Durchströmrichtung konisch
verjüngenden Durchströmabschnitt 45 auf. Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Öffnungswinkel α bei
etwa 5 bis 20 Grad, während die einzelnen Lochdüsen Öffnungsquerschnitte
in der Größenordnung von einigen zehn bis einigen
tausend Quadratmillimetern aufweisen. Bei einem Druck von ca. 200
bis 1000 Pa in der Druckkammer 14 werden über
die Düsenöffnungen 41 Stömungsgeschwindigkeiten
im Bereich von 15 bis 40 m/s erzielt.
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Anstelle
der dargestellten Düsenform können auch andere
Düsenformen zum Einsatz kommen. So können die
Düsenöffnungen 41 beispielsweise als
einfache Lochöffnungen ausgebildet werden. Ferner können
kreisförmige, halbmondförmige oder schlitzförmige
Düsenöffnungen verwendet werden.
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Ein
erhöhter Öffnungsanteil im Konzentrationsbereich 42 wird
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sehr einfach
durch eine gegenüber einem Teilbereich 43 bzw. 44 mit
kleinerem Öffnungsanteil erhöhte Anzahl von Düsenöffnungen 41 erzielt. Zwar
ist es auch möglich, den Öffnungsanteil durch größere
Lochdüsen zu erhöhen. Allerdings ist in diesem
Fall der Fertigungsaufwand beim Stanzen bzw. Prägen größer.
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Wie 2 zeigt,
sind die Düsenöffnungen 41 in gleichbeabstandeten
Reihen angeordnet. Dabei ist der Abstand zwischen den Düsenöffnungen 41 in
einer Reihe des Konzentrationsbereichs 42 kleiner als in
den Reihen außerhalb des Konzentrationsbereichs. Da alle
Düsenöffnungen 41 durch die Druckkammer 14 mit
einem gleichen Druck angesteuert werden ergibt sich so eine in Vertikalrichtung
variierende Volumenstromdichte, die im Konzentrationsbereich 42 am
höchsten ist.
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Nimmt
der Stapel von Gegenständen 21 nicht die gesamte
Höhe der Düsenplatte 40 in Anspruch,
kann zur Energieeinsparung der nicht benötigte Teilbereich
der Düsenplatte 40 beispielsweise mit einer Klappe
oder einem Schieber 46 abgedeckt werden.
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In
einer Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels
können Düsenöffnungen im Konzentrationsbereich
gemeinsam einen Drallauslass 50 bilden. Hierzu können
zwischen den Düsenöffnungen befindliche Stege
in der Form von gegenüber der Erstreckungsebene der Düsenplatte 40 verkippten Leitschaufeln
ausgebildet sein. Es ist ferner möglich, entsprechende
Schaufelanordnungen als separate Bauteile in Aufnahmeöffnungen
der Düsenplatte 40 einzusetzen, wie dies beispielhaft
in 4 gezeigt ist.
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Ein
oder mehrere solche Drallauslässe 50 können
zwischen Düsenöffnungen 41 der vorstehend
erläuterten Art angeordnet sein. Dabei kann die Erhöhung
des Volumenstroms im Konzentrationsbereich allein durch den bzw.
die Drallauslässe oder in Kombination mit dort befindlichen
Lochdüsen erzeugt werden. Der Konzentrationsbereich und
damit auch die Anordnung von Drallauslässen kann, wie vorstehend
bereits erläutert, gegenüber der in 2 gezeigten
Konfiguration, abgewandelt werden.
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In
einer weiteren Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels
kommt eine Düsenplatte
40 der vorstehend erläuterten
Art in einem Andocksystem zum Einsatz, wie dies in der
DE 20 2005 000 167 U1 beschrieben
ist. Das dort dargestellte Lochblech wird in diesem Fall durch die
Düsenplatte
40 ersetzt. Dabei kann angesichts
der stationären Anordnung der Gegenstände in der
Behandlungsposition an der Düsenplatte
40 zusätzlich
eine Konzentration des Öffnungsanteils in Querrichtung
x vorgenommen sein, so dass der Konzentrationsbereich
42 sowohl
in x-Richtung als auch in y-Richtung durch Bereiche mit einem geringeren Öffnungsanteil
begrenzt ist.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
sowie weiterer Abwandlungen näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle
durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2474069
A [0002]
- - DE 10017408 A1 [0003]
- - EP 1455151 A1 [0004]
- - DE 202005000167 U1 [0005, 0043]