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Die Erfindung betrifft ein Heizaggregat und ein Verfahren zum Erhitzen eines gasförmigen Mediums.
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Heizaggregate zum Erhitzen gasförmiger Medien sind z. B. aus der
DE 10 74 056 A aus dem Jahr 1960 bekannt. Zu erhitzende Druckluft strömt Heizstäbe radial an und die erhitzte Druckluft tritt radial wieder aus dem Heizaggregat aus. Dieses Heizaggregat wird als Heizkörper eingesetzt. Die
KR 100 993 877 B1 zeigt ein Heizaggregat, bei dem die zu erwärmende Luft im Wesentlichen parallel zu den Heizstäben durch das Heizaggregat strömt, nur kurz unterbrochen durch gegenstehende Scheiben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizaggregat vorzuschlagen, dass kompakt und effizient ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Heizaggregat nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 12.
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Das erfindungsgemäße Heizaggregat hat ein Gehäuse, einen Lufteinlass und einen darin angeordneten Heizstab sowie mindestens ein Leitelement, das radial zu dem Heizstab angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist ein Luftauslass vorhanden, der radial, parallel oder tangential zu dem Heizstab angeordnet ist. Der Luftauslass, in der Regel eine Leitung bzw. ein Rohr, nimmt die gesamte erhitzte Luft auf und leitet sie der nachfolgenden Verwendung zu. Durch diese Bauweise ist das Heizaggregat sehr kompakt. Das Leitelement leitet das zu erhitzende Medium radial auf den Heizstab.
Das radiale Anströmen des Heizstabes bewirkt eine besonders effiziente Erhitzung eines gasförmigen Mediums.
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Das Gehäuse des Heizaggregats ist meist aus Metall gefertigt. Es kann von beliebiger Gestalt sein, ist aber im Querschnitt vorzugsweise zylindrisch, rechteckig oder vieleckig ausgebildet, was eine sehr kompakte Bauweise ermöglicht. Das Gehäuse nimmt Heizstäbe und Leitelemente sowie ggf. andere Elemente auf, die das erfindungsgemäße Heizaggregat weiter verbessern. Das Gehäuse ist an den Stirnseiten verschlossen, so dass ein geschlossener Raum entsteht. Zwischen den Stirnseiten erstreckt sich die Mantelfläche des Gehäuses. Das Gehäuse hat weiter eine Zuleitung für das zu erhitzende, unter Druck stehende Medium, und einen Ausgang für das erhitzte, unter Druck stehende Medium. Der Lufteinlass ist in der Regel als Leitung ausgebildet, die das zu erhitzende, unter Druck stehende Medium in das Gehäuse fördert. Der Ausgang ist als Leitung ausgebildet, durch die das erhitzte, unter Druck stehende Medium abgeleitet wird. Die Leitungen für den Luftein- und -auslass sind vorzugsweise parallel oder tangential zur Längsachse der Heizstäbe am Gehäuse angebracht. Sie können aber auch radial am Gehäuse angebracht sein.
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Nach einer vorteilhaften Ausführung weist das Gehäuse eine tangential angeordnete Zuleitung als Lufteinlass für das unter Druck stehende Medium auf. Die Zuleitung mündet bevorzugt in einer Kuppel des Gehäuses, in der sich das unter Druck stehende, zu erhitzende Medium verteilt, bevor es das Heizaggregat durchströmt. Die Kuppel ist vorteilhaft an einer Stirnseite des Gehäuses angebracht. Die Zuleitung und die Kuppel sind bevorzugt unbeheizt, so dass dieser Abschnitt des Gehäuses kühl ist. Vorteilhaft sind die Anschlüsse für die Heizstäbe an der Stirnseite mit der Kuppel angeordnet, so dass die Anschlüsse nicht intensiv mit erhitztem Medium in Kontakt kommen.
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Nach einer weiter bevorzugten Ausführung weist das Heizaggregat eine Kühlung oder Isolierung auf. Eine Kühlung ist vorteilhaft so gestaltet, dass mindestens eine Zwischenwand im Gehäuse, die bevorzugt parallel zur Gehäusewand verläuft, das noch nicht erhitzte, z. B. auf Raumtemperatur befindliche Medium zunächst parallel zu einer Außenwand des Gehäuses führt, ggf. auch noch einmal durch eine weitere Zwischenwand mit größerem Abstand zum Gehäuse erneut parallel zur Außenwand führt. Auf diese Weise kühlt das zu erhitzende Medium mittels einer mäanderförmigen Führung, die durch die eine oder die mehreren Zwischenwände vorgegeben wird, das Gehäuse, insbesondere die äußere Oberfläche des Gehäuses. Gleichzeitig wird das zu erhitzende Medium, das Wärme von der Oberfläche der Zwischenwand bzw. der Außenwand des Gehäuses abnimmt, vorgewärmt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich die Zwischenwand nicht über die gesamte Länge des Gehäuses sondern ist mindestens an einem Ende durch eine separate Trennwand abgegrenzt, die parallel zu einer Stirnwand des Gehäuses angeordnet ist. Auf diese Weise folgt das zu erhitzende Medium einem geschlossenen Weg, ohne sich mit zuströmendem oder bereits erhitztem Medium zu mischen. Die Kühlung kann aber auch außen um die Außenwand des Gehäuses angeordnet sein.
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Zusätzlich oder alternativ zur Kühlung kann das Gehäuse eine Isolierung aufweisen, so dass ein Aufheizen der Umgebung bzw. ein unerwünschtes Auskühlen des Heizaggregats verhindert wird. Die Isolierung weist bevorzugt anorganisches Material auf, z. B. silikatisches, keramisches oder glasartiges Material, z. B. Aerogel, Glas- oder Mineralwolle. Die Isolierung kann im oder außen am Gehäuse angebracht sein.
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Nach einer weiter bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die äußere Oberfläche des Gehäuses mit einer Vakuumisolierung versehen. Dabei umschließt ein Vakuumraum mindestens die Mantelfläche des Gehäuses. Der Vakuumraum kann vorteilhaft an eine Vakuumpumpe angeschlossen sein, die ständig einen vorgegebenen Unterdruck aufrechterhält.
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Das erfindungsgemäße Heizaggregat ist zum Erhitzen von unter Druck stehenden, gasförmigen Medien, z. B. Druckluft oder anderer unter Druck stehender Gase, ausgelegt. Das Medium kann auf Temperaturen von bis zu 1.200 °C aufgeheizt werden, wobei die maximale Temperatur nur durch die technische Ausstattung des Heizaggregats bestimmt ist, also z. B. durch die Leistung, die der Heizstab abgibt oder die Werkstoffe, aus denen das Gehäuse oder das Leitelement hergestellt sind. Der Druck kann mindestens ausreichen, um das zu erhitzende Medium durch das Heizaggregat zu fördern, z. B. mittels eines Gebläses. Vorteilhaft wird das zu erhitzende Medium aber mit einem Druck von mindestens 2 bar durch das Heizaggregat gefördert, typisch mit einem Druck von bis zu 30 bar, insbesondere mit einem für Druckluft üblichen Bereich von 2 bar bis 10 bar. Der maximale Druck des zu erhitzenden Mediums ergibt sich aus der Druckfestigkeit des Heizaggregats.
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Der Heizstab ist bevorzugt lang gestreckt, ohne jedoch andere Formen wie z. B. eine gebogene oder spiralige Anordnung auszuschließen. Die Enden des Heizstabes werden vorzugsweise vom Gehäuse oder einer am bzw. im Gehäuse angebrachten Halterung gehalten. Dabei kann der Heizstab in vorteilhafter Weise nur an einer Stirnseite des Gehäuses gehalten werden, besonders bevorzugt ist er an beiden Stirnseiten gehalten. Der Heizstab kann auf beliebige Weise, z. B. mit Gas, Strom oder Öl erhitzt werden, wobei ein elektrisch beheizter Heizstab bevorzugt ist. Nach einer besonders bevorzugten Ausführung weist der Heizstab eine Wicklung aus Heizdraht auf. Auf diese Weise steht eine große Oberfläche zur Verfügung, die Wärme abgibt. Bevorzugt ist der Heizdraht auf einen lang gestreckten, stabförmigen Kern gewickelt, so dass der Heizstab stabilisiert wird und Wärme nur nach außen abgibt. Die Anschlüsse für die Energiezufuhr sind vorzugsweise auf einer Seite des Stabes angebracht, so dass das Anschließen an eine Energiequelle besonders einfach ist. Der Kern ist vorzugsweise aus Isoliermaterial und kann z. B. aus mineralischem, gläsernem oder keramischem Material hergestellt sein.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Heizstab röhrenförmig ausgebildet bzw. aus porösem, luftdurchlässigem Material ausgebildet. Dieser Heizstab wird während des Betriebs bevorzugt mindestens von einem Teilstrom des zu erhitzenden, unter Druck stehenden Mediums durchströmt. Damit wird zum einen die Wärme vollständig vom Heizelement aufgenommen, sie wird zudem an der Stelle der größten Hitze abgenommen und zum anderen wird der Heizstab gegen Überhitzung geschützt.
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Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist das Heizaggregat mehrere Heizstäbe auf, so dass eine gute Effizienz beim Heizen des Mediums gewährleistet ist. Die Heizstäbe sind bevorzugt parallel zur Mantelfläche ausgerichtet, um eine gleichmäßige Erhitzung des Mediums zu gewährleisten. Weiter ist es vorteilhaft, mehrere Heizstäbe konzentrisch anzuordnen, weil so eine kompakte Bauweise und ein einfach zu steuernder Strom des zu erhitzenden Mediums erreicht werden. Bei konzentrisch angeordneten Heizstäben wird weiter bevorzugt, die Heizstäbe radial hintereinander anzuordnen, so dass das zu erhitzende Medium nacheinander ohne weitere Richtungsumkehr mehrere Heizstäbe passiert und von deren Oberfläche Wärme aufnimmt, so dass das Medium effizient erhitzt wird. Die Heizstäbe, die sich von Stirnfläche zu Stirnfläche des Gehäuses erstrecken, sind einfach zu wechseln; das erfindungsgemäße Heizaggregat ist damit besonders wartungsfreundlich.
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Weiter ist im Gehäuse ein Leitelement bzw. in der Regel sind mehrere Leitelemente angeordnet. Das Medium strömt aufgrund des Leitelements in annähernd radialer Richtung auf den Heizstab zu, umströmt dann den Heizstab tangential und nimmt dabei Wärme auf, die von dem Heizstab abgegeben wird. Diese Umlenkung des zu erhitzenden Mediums von einer Bewegung tangential oder parallel zur Längsachse des Heizstabs gewährleistet einen effizienten Wärmeübergang auf das zu erhitzende Medium. Je nach Leistung des einzelnen Heizstabs oder Höhe der zu erreichenden Temperatur des Mediums kann dieser Vorgang wiederholt werden, wenn entweder zwei oder mehr Heizstäbe vorhanden sind, die bevorzugt in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Um die Zuführung des Mediums in radialer Richtung auf den Heizstab zu gewährleisten, kann zwischen den Heizstäben nochmals ein Leitelement angeordnet sein.
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Die Leitelemente können in einer einfachen Ausführung als Lochblech ausgeführt sein, wobei nach einer vorteilhaften Ausführung die Löcher jeweils unmittelbar benachbart zu einem Heizstab angeordnet sind. Die Löcher sind vorzugsweise klein im Verhältnis zum Volumen des Mediums bemessen, so dass das Medium gezielt auf den Heizstab gelenkt wird. Durch die Öffnungen wird das zu erhitzende Medium, das unter Druck tangential oder parallel zur Längsachse des Heizstabes durch das Gehäuse strömt, unmittelbar in annähernd radialer Richtung auf den Heizstab umgelenkt. Wird das zu erhitzende Medium radial in das Gehäuse eingeleitet, verteilt sich das Medium zunächst im Gehäuse und strömt parallel zum Heizstab, um dann ebenfalls eine Richtungsumkehr zu erfahren und durch das Leitelement in radiale Richtung auf den Heizstab umgelenkt zu werden.
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Alternativ oder ergänzend zum Lochblech kann das Leitelement als Leitblech ausgebildet sein, das nach Art eines feststehenden Blatts oder Flügels das unter Druck anströmende, zu erhitzende Medium so umlenkt, dass es im Wesentlichen in radialer Richtung auf den Heizstab zuströmt, um ihn dann tangential zu umströmen und dabei Wärme aufzunehmen. Das Leitblech ist gut geeignet, um optimale Strömungsverhältnisse im Heizaggregat einzustellen. Zu diesem Zweck kann das Leitblech unter aerodynamischen bzw. strömungstechnischen Gesichtspunkten geformt sein. Es ist besonders bevorzugt, wenn sich ein erstes Leitelement, z. B. ein Leitblech, zwischen dem Heizstab und der Außenwand des Gehäuses erstreckt, und wenn ein zweites Leitelement, z. B. ein keilförmiges Leitblech, zwischen tangential benachbarten Heizstäben angeordnet ist. Dabei ist insbesondere der Scheitelpunkt des keilförmigen Leitblechs zur Mittelachse des Gehäuses hin angeordnet, während sich die Flügel des keilförmigen Leitblechs zur Außenwand hin erstrecken. Auf diese Weise wird insbesondere bei radial hintereinander im Gehäuse angeordneten Heizstäben gewährleistet, dass das zu erhitzende Medium in annähernd radialer Richtung auf die Heizstäbe trifft.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Heizaggregat einen Speicher auf. Der Speicher, der bevorzugt zentral angeordnet ist, dient dazu, Wärme zu speichern. Auf diese Weise wird bei industriellem Einsatz des Heizaggregates im Falle einer Produktionsunterbrechung gewährleistet, dass möglichst schnell wieder ein erhitztes, gasförmiges Medium bereitgestellt werden kann. Der Speicher wird vorzugsweise stromab der Heizstäbe angeordnet, so dass das bereits erhitzte Medium Wärme an den Speicher abgeben kann. Der Speicher ist vorteilhaft aus einem Material mit hoher Wärmespeicherkapazität geschaffen. Bevorzugt wird ein Feststoff eingesetzt, der auch bei maximaler Temperatur im Heizaggregat nicht erweicht, schmilzt oder sublimiert. Insbesondere wird Aluminium verwendet. Der Feststoff kann beispielsweise in massiver Form, z. B. als grobes Aluminiumgranulat oder als poriges Material, z. B. als lose geschüttete Brocken von Aluminiumschaum eingesetzt werden. Bevorzugt ist ein Speicher mit einer größeren Oberfläche, um Wärme schnell aufnehmen aber auch wieder abgeben zu können. Die Kapazität des Wärmespeichers kann nicht nur durch die Wahl des Speichermaterials sondern auch durch die Menge des eingesetzten Speichermaterials bestimmt werden.
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Das in dem erfindungsgemäßen Heizaggregat erhitzte, unter Druck stehende Medium wird bevorzugt in Verbindung mit einem Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstücks eingesetzt, beispielsweise zum Erhitzen eines Kantenstreifens, der an die Schmalfläche einer Platte anzubringen ist. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Heizaggregat in Verbindung mit einem Wärmetauscher eingesetzt, der vorteilhaft dem Heizaggregat vorgeschaltet ist. Das nach dem Verlassen des Werkzeugs noch Restwärme enthaltende Medium wird mindestens teilweise erfasst und dem Wärmetauscher zugeführt. Noch nicht erhitztes Medium wird im Gegenstrom an der noch Restwärme enthaltenden Luft vorbei geführt, so dass mindestens ein Teil der Restwärme an das noch zu erhitzende Medium abgegeben wird. Damit reduziert sich der Energie- bzw. Wärmeeintrag, der zum Erhitzen des Mediums erforderlich ist.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Erfassungsgerät im oder am Heizaggregat angeordnet, das den Zustand und/oder die Menge des zu erhitzenden bzw. des erhitzten, unter Druck stehenden Mediums erfasst. Bevorzugt wird ein oder werden mehrere Erfassungsgeräte eingesetzt, die den Druck, die Temperatur oder die Menge des das Heizaggregat durchströmenden Mediums erfassen. Vorteilhaft ist das Erfassungsgerät bzw. sind die Erfassungsgeräte mit einer Steuerung verbunden, die eine gewünschte bzw. vorgegebene Leistung des Heizaggregats gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erhitzen eines unter Druck stehenden, gasförmigen Mediums wird in einem Heizaggregat aufweisend ein Gehäuse und einen Heizstab sowie mindestens ein Leitelement durchgeführt, mit den Schritten: Einleiten des zu erhitzenden, unter Druck stehenden, gasförmigen Mediums in das Gehäuse, Leiten des Mediums mittels des mindestens einen Leitelements auf den Heizstab, radiales Anströmen des zu erhitzenden Mediums auf den Heizstab und Umströmen des Heizstabes zum Erhitzen des Mediums, sowie Ausströmen des erhitzten gasförmigen Mediums aus dem Heizaggregat in einer Leitung, die als Luftauslass am Gehäuse angebracht ist.
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Dabei wird das zu erhitzende Medium vorzugsweise parallel zur Außenwand des Gehäuses in das Heizaggregat eingeleitet, alternativ auch tangential oder radial zur Außenwand des Gehäuses. Wie zuvor bereits beschrieben, strömt das zu erhitzende, unter Druck stehende Medium bevorzugt tangential in eine Kuppel ein, die bevorzugt an einer Stirnseite des Gehäuses angebracht ist. Von dort wird das noch nicht erhitzte Medium durch Leitelemente zunächst an der Außenwand des Gehäuses entlang geführt, mit dem erwünschten Nebeneffekt der Kühlung der Außenwand des Gehäuses, weil die Wärmeenergie, die ein äußeres Heizelement abgibt, in Richtung auf das Zentrum des Gehäuses abgeführt wird. Das zu erhitzende Medium wird dann durch ein Leitelement in radialer Richtung auf den Heizstab geführt und umströmt diesen tangential. Dabei nimmt das zu erwärmende Medium Wärme auf, die vom Heizstab abgegeben wird. Das tangentiale Umströmen der Heizstäbe erwärmt das unter Druck stehende Medium besonders wirksam.
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Details der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heizaggregats nach einer ersten Ausführung im Längsschnitt;
- 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heizaggregats nach einer zweiten Ausführung im Querschnitt;
- 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Heizaggregat nach einer dritten Ausführung;
- 4 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Heizaggregat nach einer vierten Ausführung.
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Ein erfindungsgemäßes Heizaggregat 2 nach einer ersten Ausführung mit einem Gehäuse 4 und Heizstäben 6 ist in einer ersten Ausführung in 1 dargestellt. Das Gehäuse ist aus Metall. Es ist zylindrisch. Die Außenwand 10 und die Stirnseiten 8a, 8b sind verschlossen, ausgenommen eine Zuleitung 12 und eine Ableitung 14, die parallel zur Außenwand 10 in der Stirnseite 8a münden.
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Die Heizstäbe 6 sind nahe der Rotationsachse R des Gehäuses 2 angeordnet. Sie erstrecken sich parallel zueinander und zur Rotationsachse R des Gehäuses 2. Sie weisen einen Kern aus keramischem Material und eine Wicklung aus Heizdraht auf, der elektrisch beheizt wird. Sie sind mit den Stirnseiten 8a, 8b verschraubt.
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Im Gehäuse 4 sind parallel zur Außenwand zwei Zwischenwände 16a, 16b angeordnet. Die näher zur Außenwand 10 liegende Zwischenwand 16a erstreckt sich von der Stirnwand 8a bis kurz vor die Stirnwand 8b. Die näher zu den Heizstäben 6 liegende Zwischenwand 16b erstreckt sich von der Stirnwand 8b bis kurz vor die Stirnwand 8a. Die Zwischenwände sind also konzentrisch angeordnet und sie führen das einströmende gasförmige, unter Druck stehende Medium, hier z. B. Druckluft mit einem Druck von ca. 6 bar, mäanderförmig zunächst durch einen ersten Leitkanal 18a, der durch die Außenwand 10 und die erste Zwischenwand 16a begrenzt wird. An der Stirnwand 8b wird die Strömungsrichtung des Mediums, angedeutet durch die Pfeile, umgekehrt und ist auf die Stirnwand 8a gerichtet. Es passiert den Leitkanal 18b, der durch die beiden Zwischenwände 16a, 16b begrenzt wird. An der Stirnwand 8a wird die Strömungsrichtung des Mediums erneut umgekehrt. Bis hierher strömt das Medium parallel zur Außenwand 10 des Heizaggregats 2.
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Die Heizstäbe 6 sind von einem konzentrisch angeordneten Leitelement 20 umgeben, das hier als Lochblech ausgeführt ist. Die Löcher sind als Lochreihen ausgebildet, die sich exakt über einem Heizstab 6 befinden.
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Das Medium, das am Ende des Leitkanals 18b an der Stirnseite 8a erneut die Strömungsrichtung umkehrt, gelangt in den Strömungskanal 18c, der durch die zweite Zwischenwand 16b und das Leitelement 20 begrenzt wird. Das Medium hat als einzigen Auslass die Löcher des Leitelements 20 und passiert diese Löcher. Dabei wird die Strömungsrichtung umgekehrt in eine, bezogen auf die Heizstäbe 6, radiale Strömungsrichtung, ebenfalls angedeutet durch Pfeile.
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Das Medium umströmt die Oberfläche eines Heizstabes 6 und nimmt dabei Wärme von der Oberfläche des Heizstabes 6 auf. Dieser Abschnitt kann, bezogen auf den Heizstab 6 als tangentiale Strömung bezeichnet werden. Das erhitzte Medium strömt nun in die Ableitung und erfährt hier wieder eine Richtungsumkehr. Das Medium strömt, angedeutet durch die Pfeile, wieder parallel zur Außenwand 10 des Gehäuses 4 durch die Ableitung 14 aus dem Heizaggregat heraus.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Druckluft von Umgebungstemperatur (ca. 20°C) auf 600 °C aufgeheizt. Das Erhitzen erfolgt in einem kompakten Heizaggregat auf sehr effiziente Weise, weil die Heizstäbe frei zugänglich sind und die Druckluft die Wärme direkt vom Heizdraht abnehmen kann. Das Gerät ist wartungsfreundlich, weil die Heizstäbe 6 bei Bedarf einfach gewechselt werden können.
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2 zeigt eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Heizaggregats 2. In der weiteren Beschreibung werden die Bezugszeichen für gleiche Merkmale so verwendet, wie sie zuvor eingeführt wurden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform im Querschnitt, bei der der Aufbau des Gehäuses 4 mit Zwischenwänden 16a, 16b und Leitelement 20 sowie Leitkanälen 18a, 18b und 18c in gleicher Weise angeordnet sind wie im Ausführungsbeispiel nach 1. 2 zeigt weiter neun Heizstäbe 6, die parallel und konzentrisch angeordnet sind. Das Leitelement, wiederum ein zylindrisches Lochblech, weist Reihen von Löchern auf. Die Reihen von Löchern erstrecken sich jeweils unmittelbar über einem Heizstab, so dass das zu erhitzende Medium, bezogen auf den Heizstab, diesen radial anströmt und dann tangential um den Heizstab herum geleitet wird, so dass Wärme von der Oberfläche des Heizstabes auf das gasförmige Medium übergehen kann.
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Anders als beim Ausführungsbeispiel nach 1 ist hier in der Ableitung, parallel zur Rotationsachse, ein Speicher 22 eingesetzt. Der Speicher 22 ist aus Brocken von offenporigem Aluminiumschaum zusammengesetzt, also aus Brocken von gesinterten Aluminiumpartikeln. Das in der Ableitung 14 strömende, erhitzte und unter Druck stehende Medium strömt am Speicher 22 vorbei bzw. durch den Speicher 22 hindurch und gibt dabei einen Teil der soeben vom Heizstab 6 aufgenommenen Wärme an den Speicher 22 ab. Bei einem kurzen Stillstand der Abnahme des erhitzten Mediums, z. B. bei einem kurzen Produktionsstillstand in stückbezogenen Produktionsverfahren, wenn dem erhitzten und dem zu erhitzenden Medium im Heizaggregat keine neue Wärme zugeführt wird, gibt der Speicher Wärme ab und erleichtert dadurch das Bereitstellen von erhitztem Medium auf der gewünschten Temperatur beim erneuten Anfahren der Produktion.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizaggregats 2. Das Gehäuse 4 umschließt mit seiner Außenwand 10 eine erste Zwischenwand 16a und ein Leitelement 20, die konzentrisch angeordnet sind, und die das zu erhitzende Medium wie vorstehend beschrieben zunächst in einem Leitkanal 18a und dann in einem Leitkanal 18c parallel zur Außenwand 10 des Gehäuses 4 leiten. Aus dem Leitkanal 18c wird das zu erwärmende Medium durch die Löcher des Leitelements 20, das als Lochblech ausgebildet ist, umgelenkt, so dass es in radialer Richtung auf den unmittelbar hinter dem Loch angeordneten Heizstab 6 zuströmt und diesen tangential umströmt.
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Bei der dritten Ausführungsform des Heizaggregats 2 sind, bezogen auf die Rotationsachse des zylindrischen Gehäuses 4, jeweils zwei Heizstäbe 6 in radialer Richtung hintereinander angeordnet. Damit auch der zweite, näher zur Rotationsachse angeordnete Heizstab möglichst vollständig durch das zu erwärmende Medium angeströmt wird, so dass ein optimaler Wärmeübergang möglich ist, ist ein zweites Leitelement 24 in das Gehäuse 4 eingesetzt. Das zweite Leitelement ist als Winkel geformt, dessen Biegelinie 26 zur Rotationsachse hin gerichtet ist, während die Flügel 28 des Winkels an dem Leitelement 20 verankert sind. Diese Winkel sind zwischen die Reihen von Heizstäben gesetzt, so dass ein radialer Leitkanal 30 gebildet wird, der am Leitelement 20 beginnt und der den am nächsten zur Rotationsachse des Gehäuses angeordneten Heizstab 6 noch einschließt. Die Strömungsrichtung des zu erhitzenden Mediums in diesem radialen Leitkanal 30 wird durch Pfeile angezeigt.
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Vorliegend sind vier Gruppen aus je zwei radial angeordneten Heizstäben 6 durch vier zweite Leitelemente 24 getrennt, wobei die vier zweiten Leitelemente 24 vier radiale Leitkanäle 30 bilden. Es liegt auf der Hand, dass die Zahl der Heizstäbe 6 beliebig variiert werden kann, sowohl in der Zahl der radial angeordneten Heizstäbe 6 als auch in der Zahl der Reihen, in denen die Heizstäbe 6 angeordnet sind. Es liegt weiter auf der Hand, dass die Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele frei kombiniert werden können. So kann z. B. ein Speicher in die Ausführungen des erfindungsgemäßen Heizaggregats nach 1 oder 3 eingesetzt werden oder es können zweite Leitelemente zwischen die Heizstäbe gemäß 1 oder 2 eingesetzt werden. Jede der Ausführungsformen der 1 bis 3 kann auch eine Isolierung aufweisen, vorzugsweise eine außen auf der Außenwand des Gehäuses aufgebrachte Isolierung, die das Abgeben von Wärme an die Umgebung verhindert oder reduziert.
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4 zeigt im Längsschnitt eine vierte Ausführung des erfindungsgemäßen Heizaggregats. Zur Erläuterung werden hier dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern sie dieselben Komponenten bezeichnen. Die Anordnung der Zwischenwand 16 a mit den Leitkanälen 18a, 18b sowie mit dem Leitelement 20 ist vergleichbar den Anordnungen nach der ersten bis dritten Ausführung des Heizaggregats 2.
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Das Heizaggregat 2 weist hier ein Gehäuse 4 auf, an dessen Stirnwand 8a eine Kuppel 32 ausgebildet ist. Die Kuppel, die durch eine parallel zur Stirnwand 8a angeordnete Trennwand abgegrenzt ist, schafft einen Raum 34, der den gesamten Querschnitt des Gehäuses 4 überdeckt. Die Zuleitung 12 leitet zu erhitzende, unter Druck stehende Luft (Druckluft) radial in den Raum 34 ein. Zusätzlich ist die Zuleitung um 90° abgewinkelt und auf die Stirnseite 8a gerichtet, so dass sich die Druckluft in der Kuppel verteilt.
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Die zu erhitzende Druckluft wird dann parallel zu den Heizstäben durch den zwischen Außenwand und Trennwand ansetzenden Leitkanal 18a und den anschließenden Leitkanal 18b geführt, um dann durch das Leitelement 20 in radialer Richtung auf den Heizstab 6 geleitet zu werden. Die Heizstäbe 6, von denen hier der Übersichtlichkeit halber nur ein Heizstab dargestellt ist, sind so im Gehäuse 4 angeordnet, dass deren Anschlüsse 36 an der Stirnwand 8a angeordnet sind. Durch die noch nicht erhitzte Druckluft werden die Stirnwand 8a und der Anschluss 36 des Heizstabs 6 gekühlt.
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Das Heizaggregat gemäß der vierten Ausführungsform ist so ausgebildet, dass ein Teilstrom der zu erhitzenden Druckluft das Innere des hier rohrförmig ausgebildeten Kerns des Heizstabes 6 durchströmt. Der Heizstab 6 ist porig ausgebildet und damit durchlässig für einen Teilstrom der zu erhitzenden Druckluft. Alternativ kann eine Öffnung in der Trennwand einen Teilstrom der zu erhitzenden Druckluft in das Innere des rohrförmigen Heizstabes 6 leiten. Nach dem Durchströmen des Heizaggregats 2 verlässt die erhitzte Druckluft das Heizaggregat über die Ableitung 14, die an der Stirnwand 8b angeordnet ist. Die Stirnwand 8b ist wärmer als die Stirnwand 8a.
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Die in den 1 bis 4 beschriebenen Heizaggregate 2 können optional gekühlt oder isoliert ausgeführt sein, insbesondere dann, wenn im Betrieb andere Werkzeuge oder Vorrichtungen benachbart angeordnet sind, die nicht erwärmt werden sollen. Die Isolierung wird vorteilhaft als Vakuumisolierung ausgeführt, z. B. als Vakuumraum, der optional von einer Vakuumpumpe ständig auf einem vorgegebenen Unterdruck gehalten wird. Alternativ können Ummantelungen aus isolierendem Material die Außenwand 10 des Gehäuses 4 umgeben. Eine Kühlung, bei der ein Kühlmedium einen Kühlraum durchströmt, der die Außenwand des Gehäuses umgibt, ist ebenfalls verfügbar.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Heizaggregat
- 4
- Gehäuse
- 6
- Heizstäbe
- 8a, 8b
- Stirnwände
- 10
- Außenwand
- 12
- Zuleitung
- 14
- Ableitung
- 16a, 16b
- Zwischenwände
- 18a, 18b, 18c
- Leitkanal
- 20
- Leitelement
- 22
- Speicher
- 24
- zweites Leitelement
- 26
- Biegelinie
- 28
- Flügel
- 30
- radialer Leitkanal
- 32
- Kuppel
- 34
- Raum
- 36
- Anschluss des Heizstabs
- R
- Rotationsachse
