DE102018128139A1

DE102018128139A1 - Wärmeportalanordnung

Info

Publication number: DE102018128139A1
Application number: DE102018128139.0A
Authority: DE
Inventors: Willem Kruit
Original assignee: Hupfer Metallwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Hupfer Metallwerke GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2020-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeportalanordnung mit einem Reflektor (2) und einer in dem Reflektor (2) angeordneten Wärmelampe (4), wobei eine Seitenkante (5) des Reflektors (2) eine Lichtaustrittsfläche (6) derart begrenzt, dass sich ausgehend von der Lichtaustrittsfläche (6) in einem aktiven Zustand der Wärmelampe (4) ein Strahlungskegel (7) ausbildet, wobei entlang einer in einer Querschnittsfläche (8) des Strahlungskegels (7), die parallel zur Lichtaustrittsfläche (6) angeordnet ist, liegenden und durch den Querschnittsflächenmittelpunkt (9) in Breitenrichtung (B) verlaufenden Schnittlinie (10), eine Strahlungsenergiedichte ausgehend von dem Querschnittsflächenmittelpunkt (9) in beide Richtungen abfällt, wobei sich entlang der Schnittlinie (10) zwei Randabschnitte (12a, 12b) ausbilden, in denen die Strahlungsenergiedichte bezogen auf die Strahlungsenergiedichte im Querschnittsflächenmittelpunkt (9) von 90 % auf 10 % abfällt und wobei ein Mittelabschnitt (11) zwischen den Randabschnitten (12a, 12b) angeordnet ist. Bei einer derartigen Wärmeportalanordnung ist es erfindungswesentlich, dass innerhalb eines Abstandes von 0,3 m von der Querschnittsfläche (8) des Strahlungskegels (7) zur Lichtaustrittsfläche (6) entfernt jeweils das Verhältnis zwischen der Breite der Randabschnitte (12a, 12b) und des Mittelabschnittes (11) weniger als 10 % beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeportalanordnung mit einem Reflektor und einer in dem Reflektor angeordneten Wärmelampe, wobei eine Seitenkante des Reflektors eine Lichtaustrittsfläche derart begrenzt, dass sich ausgehend von der Lichtaustrittsfläche in einem aktiven Zustand der Wärmelampe ein sich aufweitendes Strahlungsbündel ausbildet, wobei eine parallel zur Lichtaustrittsfläche angeordnete Querschnittsfläche einen Mittelabschnitt und einen um den Mittelabschnitt umlaufenden Randabschnitt aufweist und wobei die Strahlungsintensität in dem Mittelabschnitt ein Maximum aufweist und über den Randabschnitt gegenüber dem Maximum von 80% auf 20% abfällt.
Das sich aufweitende Strahlenbündel kann auch als Lichtkegel bezeichnet werden, wobei dieser selbstverständlich keine strenge Kegelform im mathematischen Sinne aufweist. Einerseits ist stets von der Mitte eines solchen Lichtkegels nach außen hin ein Bereich vorhanden, in dem die Strahlungsintensität signifikant abnimmt. Im Rahmen der Erfindung wird über den räumlichen Verlauf an der Querschnittsfläche der Randabschnitt als die Zone definiert, in der die Intensität ausgehend von einem Maximum im Bereich des Mittelabschnittes von 80% auf 20% abfällt.
Die Strahlungsintensität ist der Anteil der gesamten Strahlungsleistung, der von einer Lichtquelle in einer gegebenen Raumrichtung abgegeben wird. Als SI-Einheit wird die Strahlungsintensität in Watt pro Steradiant (W/sr) angegeben.
In Bezug auf die Querschnittsfläche kann die Strahlungsintensität auch auf eine Leistung pro Fläche (W/m²) umgerechnet werden. In Bezug auf die Wärmeportalanordnung ist die Strahlungsintensität relevant für die Aufwärmung der bestrahlten Flächen und insbesondere von warmzuhaltenden Speisen.
Bei einer solchen Wärmeportalanordnung erstreckt sich der Reflektor üblicherweise entlang einer Längsrichtung, wobei die Längsrichtung dem allgemeinen Verständnis nach die Raumrichtung der größten räumlichen Erstreckung entspricht. Von der Erfindung werden allerdings auch Ausgestaltungen umfasst, bei denen die räumlichen Ausdehnungen in Längs- und in Breitenrichtung nicht voneinander abweichen, so dass dann unabhängig von der räumlichen Erstreckung die Längs- und Breitenrichtung nur zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen beschreiben.
Derartige Wärmeportalanordnungen sind grundsätzlich aus der Praxis bekannt und werden beispielsweise auch als Wärmebrücken bezeichnet. Insbesondere in gastronomischen Betrieben haben sie sich als sehr vorteilhaft erwiesen, um hiermit Speisen bzw. Gerichte über einen gewissen Zeitraum warmzuhalten. Hierzu werden der Reflektor und die darin befindliche Wärmelampe üblicherweise von oben herab auf eine Oberfläche ausgerichtet und die Speisen innerhalb des Strahlungsbündels bzw. Strahlungskegels angeordnet. Die Wärmestrahlung führt sodann auf der Oberfläche der Speisen zu einem Wärmeeintrag, wobei je nach gewählter Strahlungsleistung entweder lediglich ein Warmhalten oder auch ein Aufheizen erfolgen kann. Der wirksame Warmhaltebereich wird hierbei insbesondere über die Ausbildung des Reflektors als auch über den Abstand zwischen Reflektor und einer Warmhaltefläche definiert. Grundsätzlich kann die Wärmeportalanordnung im Rahmen der Erfindung auch auf Heizflächen gerichtet sein, welche über eine zusätzliche Heizeinrichtung verfügen.
Eine gattungsgemäße Wärmeportalanordnung ist beispielsweise aus der DE 20 2005 016 736 U1 bekannt, wobei sowohl Wärmelampen als auch Beleuchtungsmittel innerhalb eines länglichen Gehäuses angeordnet werden können.
Hierdurch ist einerseits ein Warmhalten und andererseits eine Beleuchtung der Speisen möglich. Die Strahlungsquellen sind bevorzugt innerhalb eines als Reflektor dienenden Profilelementes angeordnet, wobei das Profilelement beispielsweise eine abgerundete Form aufweist. Als Material für das Profilelement kommt vor allem Metall in Betracht.
Wenngleich sich derartige Wärmeportalanordnungen in der Praxis bewährt haben, besteht dennoch Verbesserungsbedarf. So liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeportalanordnung anzugeben, die sich gegenüber den bekannten Vorrichtungen durch eine verbesserte Strahlungseffektivität und durch eine erhöhte Benutzerfreundlichkeit auszeichnet.
Ausgehend von einer Wärmeportalanordnung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Ausgehend von einer gattungsgemäßen Wärmeportalanordnung ist somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb eines Abstandes der Querschnittsfläche zu der Lichtaustrittsfläche von bis zu 0,3 m entlang einer in einer Breitenrichtung verlaufenden Schnittlinie der Querschnittsfläche durch einen Querschnittsmittelpunkt die Breite des Randabschnittes an den beiden Seiten des Mittelabschnitts jeweils weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% der Breite des Mittelabschnitts beträgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein erweiterter Randabschnitt definiert, über welchen die Strahlungsintensität gegenüber dem Maximum von 90% auf 10% abfällt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erstreckt sich auch ein so definierter erweiterter Randabschnitt entlang der in Breitenrichtung verlaufenden Schnittlinie an den beiden Seiten des Mittelabschnittes über jeweils weniger als 10%, insbesondere weniger als 5% der Breite des Mittelabschnittes.
Es wird somit eine Wärmeportalanordnung geschaffen, bei der das Strahlungsprofil zu den Rändern hin einen sehr starken Strahlungsabfall aufweist, so dass sich nur verhältnismäßig schmale Randabschnitte ausbilden. Somit wird die von der Wärmelampe ausgesandte Strahlung nahezu vollständig auf den Mittelabschnitt konzentriert, in dem sich zugleich eine nahezu homogene Strahlungsenergiedichteverteilung einstellt, die ausgehend von der Strahlungsenergiedichte an dem Maximum, welches insbesondere im Querschnittsmittelpunkt liegen kann, um lediglich 20 %, vorzugsweise 10 % bis zum Beginn des Randabschnitts abfällt.
Im Ergebnis bildet sich ein Strahlungsbündel bzw. ein Strahlungskegel mit einem scharfen Übergang zwischen einem Warmhaltebereich und einem Bereich ohne Warmhaltefunktion bzw. der Umgebung aus. Hierdurch können beispielsweise Speisen, die keiner bzw. keiner wesentlichen Temperaturerhöhung bedürfen unmittelbar neben der Wärmeportalanordnung angeordnet werden. Dies gilt gleichermaßen auch für Objekte wie beispielsweise Geschirr, das aus einem nicht hitzebeständigen Material z. B. Kunststoff gefertigt ist. Des Weiteren wird auch die Betriebssicherheit erhöht.
Ein wesentliches Element für die Ausbildung eines solchen Strahlungsbündels bzw. Strahlungskegels ist die Ausgestaltung des Reflektors, wobei die Form des Strahlungsbündels auch über die Lichtaustrittsfläche definiert wird. Vorzugsweise wird hierbei die Lichtaustrittsfläche über eine rahmenartig ausgebildete Seitenkante definiert. Diese Seitenkante kann beispielsweise im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein und weist hierzu zwei entlang der Längsrichtung vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Längskantenabschnitte und zwei in Breitenrichtung vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Querkantenabschnitte auf, wobei dann auch die Wärmelampe bevorzugt in einem parallel zur Lichtaustrittsfläche liegenden Querschnitt rechteckig ausgebildet ist und sich entlang der Längsrichtung erstreckt. Alternativ können die Querkantenabschnitte und/oder die Längskantenabschnitte auch gekrümmt ausgebildet sein. Eine im Wesentlichen rechteckige Lichtaustrittsfläche kann alternativ aber auch über eine nicht geschlossene Seitenkante erzeugt werden, wobei lediglich ein erster und ein zweiter parallel zueinander angeordneter Längskantenabschnitt angeordnet ist, so dass der Strahlungskegel nicht durch Querkantenabschnitte begrenzt wird.
Die Erfindung umfasst ferner auch Lichtaustrittsflächen mit einem anderen geometrischen Profil wie beispielsweise einer runden oder einen ovalen Lichtaustrittsfläche, wobei dann wiederum die Seitenkante die Lichtaustrittsfläche rahmenförmig umgibt. Als Wärmelampe kommt auch hier eine in einem parallel zur Lichtaustrittsfläche liegenden Querschnitt rechteckige Form in Betracht, wobei insbesondere bei runden Lichtaustrittsflächen auch eine runde bzw. ringförmige Wärmelampe zweckmäßig ist.
Zur Gewährleistung, dass sich nur sehr schmale Randabschnitte beim Strahlungskegel ausbilden, kann auch die Querschnittsform des Reflektors einen nennenswerten Beitrag leisten. Hierbei ist der Querschnitt vorzugsweise derart ausgewählt, dass die von der Wärmelampe ausgesandte Strahlung über den Reflektor ausgerichtet wird, so dass das hierdurch erzeugte Strahlungsbündel nahezu senkrecht aus der Lichtaustrittsfläche austritt. Besonders bevorzugt ist hierzu der Reflektor zumindest in einem senkrecht zur Längsrichtung liegenden, also entlang der Breitenrichtung verlaufenden Querschnitt bogenförmig, bevorzugt parabelförmig oder als Polygonzug ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung ist besonders dann sinnvoll, wenn auch die Wärmelampe einen runden bzw. zumindest abschnittsweise runden Querschnitt aufweist. Durch einen konkaven Polygonzug kann eine Parabelform nachgebildet werden. Es ergibt sich der Vorteil, dass bei einem konkaven Polygonzug durch die einzelnen Abwinklungen eine relativ leichte und reproduzierbare Herstellung möglich ist. Darüber hinaus ergibt sich durch den Wechsel von ebenen Flächen und Abwinklungen dazwischen eine erhöhte Stabilität und insbesondere Formstabilität.
Die Erfindung ist aber nicht auf solche Ausgestaltungsformen beschränkt. Vielmehr richtet sich das Querschnittsprofil des Reflektors an der zu verwenden Form der Wärmelampe. Durch die nahezu senkrechte Ausrichtung des Strahlungsbündels zur Lichtaustrittsfläche wird ferner gewährleistet, dass sich der Strahlungskegel nur begrenzt aufweitet.
Erfindungsgemäß soll das Strahlungsbündel bzw. der Strahlungskegel einen Mittelabschnitt mit nahezu konstanter Strahlungsintensität und einen scharfen Rand aufweisen. Zusätzlich ist davon ausgehend eine gewisse Aufweitung des Strahlungsbündels vorgesehen, insbesondere weil die Lichtaustrittsfläche am Reflektor kleiner ist als die mit dem Mittelabschnitt zu bestrahlende Fläche. Im Rahmen der Erfindung ist dann jedoch auch vorgesehen, dass auch mit zunehmendem Abstand ein vergleichsweise steiler Abfall der Strahlungsintensität an dem Randabschnitt erreicht wird.
Bevorzugt weist der Reflektor ferner eine nach innen gerichtete Oberfläche auf, die mit einem reflektierenden Material beschichtet ist bzw. aus einem reflektierenden Material gebildet ist. Der Reflektionsgrad des reflektierenden Materials beträgt hierbei in dem Wellenlängenbereich von Infrarot-Strahlung zumindest im nahen Infrarot mehr als 95 %, vorzugsweise mehr als 98 %. Als nahes Infrarot wird im Rahmen der Erfindung der Wellenlängenbereich zwischen 0,78 und 3 µm bezeichnet. Vorzugsweise ist das Material so ausgewählt, dass sich der Reflektionsgrad von mehr als 95% und insbesondere mehr als 98% auch bis zu einer Wellenlänge von 10 µm, also auch bis in den Bereich des mittleren Infrarots erstreckt.
Als nach innen gerichtete Oberfläche wird hierbei die Oberfläche bezeichnet, die der Wärmelampe zugewandt ist. Die Oberfläche muss hierbei keine zusammenhängende Einheit bilden, sondern kann beispielsweise auch aus zwei oder mehreren Oberflächenabschnitten bestehen.
Alternativ kann auch der gesamte Reflektor aus dem reflektierenden Material gebildet sein, wobei der Reflektor beispielsweise in einem Tiefziehverfahren oder durch Blechbiegen hergestellt wird.
Durch den hohen Reflektionsgrad wird gewährleistet, dass die von der Wärmelampe ausgesandte Strahlung nahezu vollständig von der Oberfläche des Reflektors reflektiert und nur ein sehr geringer Anteil absorbiert wird. Der absorbierte Anteil beträgt hierbei bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 2 %.
Da sowohl der Reflektionsgrad als auch der Absorptionsgrad maßgeblich von der Wellenlänge der Strahlung abhängig sind, ist das reflektierende Material für den Reflektor bzw. die Oberflächenbeschichtung anhand der Wärmelampe auszuwählen. Generell kommt vor allem Metall in Betracht, wobei mit Gold im infraroten Bereich besonders hohe Reflektionsgrade erzielt werden können, während Aluminium sowohl im infraroten als auch im sichtbaren Wellenlängenbereich eingesetzt werden kann.
Die Wärmelampe erzeugt bevorzugt Strahlung mit einem Maximum der spektralen Strahldichte im nahen infraroten Wellenlängenbereich zwischen 0,78 µm und 3 µm auf. Bevorzugt liegen die erzeugten Wellenlängen mehrheitlich in einem Bereich zwischen 1,16 µm und 1,26 µm. Anhand des gewählten Wellenlängenbereiches ist dann das reflektierende Material derart auszuwählen, dass die bereits genannten Reflektionsgrade eingehalten werden. Bei üblichen Wärmelampen ergibt sich ein Verlauf der spektralen Strahldichte, welche zumindest qualitativ der bekannten Schwarzkörperstrahlung gemäß dem Planckschen Strahlungsspektrum entspricht.
Bezogen auf ein solches Strahlungsspektrum beträgt die der Schwarzkörperstrahlung zuzuordnende Temperatur insbesondere zwischen 1000 Kelvin und 3000 Kelvin.
Die maximal einzustellende Strahlungsleistung ergibt sich dann bei der zuvor genannten elektrischen Anschlussleistung.
Dadurch, dass die von der Wärmelampe ausgesandte Strahlung zu einem großen Anteil reflektiert und nur zu einem geringen Anteil absorbiert wird, erfolgt auch keine nennenswerte Aufheizung des Reflektors bzw. der Wärmeportalanordnung selbst. So liegt die Temperatur des Reflektors der Wärmeportalanordnung bei einer Umgebungstemperatur von 20°C maximal 60°C, bevorzugt maximal 40°C, über der Umgebungstemperatur. Hierdurch wird einerseits gewährleistet, dass die Sicherheit bei der Bedienung erhöht und die Gefahr vor Verbrennungen verringert wird und dass andererseits auch hitzeempfindliche Komponenten innerhalb der Wärmeportalanordnung angeordnet werden können, wie beispielsweise Bedienelemente aus Kunststoff. Darüber hinaus führt auch eine Temperaturerhöhung dazu, dass der Reflektor zu einem nennenswerten Anteil selbst Strahlung aussenden würde.
Hierbei ist die Strahlungsleistung abhängig vom Faktor T⁴, so dass beispielsweise eine Verdoppelung der Temperatur zu einer Versechzehnfachung der ausgesandten Strahlung führt. Dies hätte zur Folge, dass hierdurch die Strahlungsenergiedichte gerade in den Randbereichen erhöht würde bzw. die Randbereiche in ihrer Breite zunehmen würden. Somit trägt auch das verwendete reflektierende Material nennenswert zur Verwirklichung der Erfindung bei. Neben dem Material ist es aber auch entscheidend, dass die Oberfläche eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit aufweist. Die Rauigkeit ist stets bedingt durch Verwerfungen auf der Oberfläche, die dazu führen, dass die Strahlung nicht gemäß der gewünschten Ausrichtung reflektiert wird und das Maß der gestreuten Strahlung zunimmt. Eine hohe Oberflächenrauigkeit führt daher auch zu größeren Randbereichen. Die Verwerfungen auf der Oberfläche führen darüber hinaus auch zu oberflächennahen Reflektionen, wodurch die Oberfläche als eine Art Strahlenfalle dient und der Absorptionsgrad der Oberfläche erhöht wird. Bevorzugt beträgt die Rauigkeit der Oberfläche weniger als 15 µm, besonders bevorzugt weniger als 10 µm.
Sofern der Reflektor aus dem reflektierenden Material gebildet ist, muss insbesondere bei der Herstellung im Tiefziehverfahren darauf geachtet werden, dass auch die Oberflächen der Tiefziehformen eine hohe Oberflächengüte aufweisen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Reflektor in Längsrichtung rinnenförmig ausgebildet. Bevorzugt handelt es sich dann auch bei der Wärmelampe um eine stabförmige Wärmelampe, die sich entlang der Längsrichtung in dem rinnenförmigen Reflektor erstreckt. Hierdurch wird eine Lichtaustrittsfläche mit einer in Bezug auf die Breite großen Länge geschaffen, so dass der von dem Strahlungskegel abgedeckte Bereich von zwei Seiten her gut zu erreichen ist.
Um die unterhalb der Wärmeportalanordnung angeordneten Speisen in einem ausreichenden Maße warmzuhalten bzw. wärmen zu können weist die Wärmelampe eine elektrische Anschlussleistung im Bereich von 50 W bis 500 W vorzugsweise 150 W bis 350 W auf, wobei die Strahlungsleistung der Wärmelampe vorzugsweise einstellbar ist. Beispielsweise kann hierzu eine bestimmte Strahlungsleistung über ein Schaltelement gewählt werden, wobei auch Ausgestaltungsformen mit Regelungssystem umfasst sind, wodurch die Strahlungsleistung beispielsweise temperaturabhängig regelbar ist.
Gemäß einer bevorzugten geometrischen Ausgestaltung weist der Reflektor eine Länge zwischen 40 mm und 320 mm und eine Breite zwischen 40 mm und 100 mm auf, wobei sich bezüglich der Breite auf die Lage der Seitenkante bezogen wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Reflektor in einem Gehäuse angeordnet, wobei in dem Gehäuse zusätzlich Leuchtmittel, insbesondere LED-Leuchten, vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, neben einer Warmhaltefunktion auch eine Beleuchtungsfunktion bereitzustellen, so dass beispielsweise Speisen angemessen präsentiert werden können. Eine solche Ausführung wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass durch den hohen Reflektionsgrad des Reflektors der Reflektor und auch die gesamte Wärmeportalanordnung keinen nennenswerten Temperatureintrag erfährt, so dass hitzeempfindliche elektronische Komponenten, wie beispielweise LED-Leuchtmittel, unproblematisch verwendet werden können.
Die Wärmeportalanordnung kann ferner auch eine Wärmefläche aufweisen, wobei der Reflektor oberhalb dieser Wärmefläche angeordnet ist und wobei die Wärmefläche mittels der Wärmelampe bestrahlbar ist. Auf dieser Wärmefläche können sodann beispielsweise Speisen oder auch Teller abgestellt werden, die über die Wärmelampe bestrahlt werden. Als Wärmefläche kommt ferner auch eine Aufnahme in Betracht, über die ein Behälter aufgenommen werden kann. Der Behälter entspricht hierbei vorzugsweise der Gastro-Norm.
Die Wärmeportalanordnung ist ferner derart ausgestaltet, dass die Wärmefläche in einem Abstand von 0,1 m bis 0,7 m zu der Lichtaustrittsöffnung angeordnet ist. Der Abstand ist ferner bevorzugt einstellbar, wobei entweder die Lichtaustrittsfläche, der Reflektor oder beide senkrecht zur Lichtaustrittsöffnung verfahrbar sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Reflektoren mit jeweils einer daran angeordneten Wärmelampe in Längsrichtung nebeneinander oder hintereinander in dem Gehäuse angeordnet. Hierbei sind die Reflektoren zueinander beabstandet, so dass sich die Lichtkegel in einem zuvor definierten Abstand zur Lichtaustrittsfläche zu einem gewissen Maße überschneiden. Hierdurch bildet sich ein nahezu homogenes Strahlungsprofil aus. Bevorzugt ist der Abstand der Reflektoren zueinander anhand dem Abstand zwischen den Lichtaustrittsflächen und der Wärmefläche bemessen. Darüber hinaus ist auch die Aufweitung des Strahlungskegels ein entscheidender Faktor, wobei der Abstand zwischen zwei Reflektoren mit zunehmendem Aufweitungswinkel ebenfalls zunimmt.
Die elektrische Anschlussleistung der einzelnen in den jeweiligen Reflektoren angeordneten Wärmelampen kann sowohl gleich als auch unterschiedlich bemessen sein, wobei die elektrische Anschlussleistung vorzugsweise einzeln oder auch gemeinsam einstellbar ist. Bei einer Ausgestaltung, bei der die elektrische Anschlussleistung der jeweiligen Wärmelampen einzeln verstellbar ist, ergibt sich die Möglichkeit eine Wärmeportalanordnung zu schaffen, bei der in unterschiedlichen Bereichen der Wärmeportalanordnung unterschiedliche Wärmezonen erzeugt werden, so dass beispielsweise auch unterschiedliche Speisen unterhalb nur einer Wärmeportalanordnung angeordnet werden können. In einem solchen Fall ist das Strahlungsprofil selbstredend nicht mehr homogen, wobei aber insbesondere die Übergangszonen zwischen zwei Strahlungskegeln weiterhin verringert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Wärmeportalanordnung,
2 der Verlauf der Strahlungsintensität entlang einer Querschnittsfläche des Strahlungsbündels,
3 verschiedene Ausgestaltungformen eines Reflektors und einer darin angeordneten Wärmelampe,
4 eine erfindungsgemäße Wärmeportalanordnung mit mehreren Reflektoren,
5 Wärmeportalanordnung gemäß 4 sowie der Verlauf der Strahlungsintensität entlang der Längsrichtung.

Die 1 zeigt eine Wärmeportalanordnung mit einem Gehäuse 1 und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Reflektor 2. Zur Aufnahme des Reflektors 2 weist das Gehäuse 1 eine Vertiefung 3 auf, die sich in Längsrichtung L der Wärmeportalanordnung erstreckt. Der Reflektor 2 ist rinnenförmig ausgestaltet und erstreckt sich somit ebenfalls in Längsrichtung L innerhalb der Vertiefung 3.
In dem Reflektor 2 ist eine Wärmelampe 4 angeordnet, die Strahlung im nahen infraroten Wellenlängenbereich aussendet. Der Reflektor 2 ist im Querschnitt parabelförmig ausgebildet und weist zwei sich in Längsrichtung L erstreckende Längskantenabschnitte 18a, 18b auf, die gemeinsam eine Seitenkante 5 bilden und eine Lichtaustrittsfläche 6 des Reflektors 2 begrenzen. Der Reflektor 2 kann an seinen Längsenden offen oder auch geschlossen sein, wobei sich bei geschlossenen Längsenden zusätzlich zwei in Breitenrichtung B erstreckende Querkantenabschnitte 19a, 19b ausbilden, so dass die Seitenkante 5 die Lichtaustrittsfläche 6 rahmenförmig umgibt. Bei offenen Längsenden ist die Seitenkante 5 hingegen unterbrochen und nur über die verlaufenden Längskantenabschnitte 18a, 18b gebildet.
In einem aktiven Zustand der Wärmelampe 4 bildet sich ausgehend von der Lichtaustrittsfläche 6 ein sich aufweitendes Strahlungsbündel bzw. ein Strahlungskegel 7 aus, wobei die Breite des Strahlungskegels 7 mit zunehmendem Abstand H kontinuierlich zunimmt. Parallel zur Lichtaustrittsfläche 6 ist in einem Abstand H eine Querschnittsfläche 8 des Strahlungskegels 7 angeordnet, wobei entlang einer in der Querschnittsfläche 8 liegenden und durch den Querschnittsmittelpunkt 9 in Breitenrichtung B verlaufenden Schnittlinie 10 eine Strahlungsintensität in beide Richtungen nach außen hin abfällt.
Es bilden sich hierdurch insgesamt drei unterschiedliche Zonen entlang der Breitenrichtung B in der Querschnittsfläche 8 aus, wobei ein Mittelabschnitt 11 zwischen zwei Zonen eines Randabschnittes 12a, 12b angeordnet ist.
Die Grenze zwischen dem Mittelabschnitt 11 und den Zonen des Randabschnittes 12a, 12b einerseits und den Zonen des Randabschnittes 12a, 12b und der Umgebung 13 andererseits wird deutlich anhand eines Vergleiches der 1 und 2.
In der 2 ist obenstehend die Querschnittsfläche 8 mit dem Mittelabschnitt 11 und den Randabschnitten 12a, 12b dargestellt. Der Verlauf der Strahlungsintensität Q_F entlang der Schnittlinie 10 wird anhand des in 2 abgebildeten Diagrammes dargestellt. Ausgehend von einem Maximum der Strahlungsintensität im Querschnittsmittelpunkt 9 fällt die Strahlungsintensität Q_F nach außen hin in beide Breitenrichtungen B kontinuierlich ab, wobei der Übergang zwischen dem Mittelabschnitt 11 und den Zonen des Randabschnittes 12a, 12b dort erfolgt, wo die Strahlungsenergiedichte 80 % der Strahlungsenergiedichte Q_F im Querschnittsmittelpunkt 9 entspricht. Innerhalb der Zonen des Randabschnittes 12a, 12b fällt sodann die Strahlungsenergiedichte Q_F auf einen Wert von 20 % der Strahlungsenergiedichte Q_F im Querschnittsmittelpunkt 9 ab, wobei dieser Wert zugleich die Grenze der Zonen des Randabschnittes 12a, 12b hin zur Umgebung 13 darstellt.
Erfindungsgemäß stellt sich hierdurch für die Zonen des Randabschnittes 12a, 12b jeweils eine Breite B_R1 und B_R2 und eine Breite für den Mittelabschnitt B_M ein, wobei das Verhältnis der Breite der Zonen des Randabschnittes 12a, 12b zu der Breite des Mittelabschnittes 11 (B_R1/B_M und B_R2/B_M ) gemessen in einer Querschnittsfläche 10, die innerhalb eines Abstandes von 0,3 m zur Lichtaustrittsfläche 6 angeordnet ist, weniger als 10 % beträgt. Aus dem in der 2 dargestellten Verlauf der Strahlungsintensität Q_F wird deutlich, dass derart schmale Zonen des Randabschnittes 12a, 12b dazu führen, dass die Strahlungsintensität Q_F an den Rändern über einen sehr kurzen Abstand stark abfallen und sich hierdurch ein Strahlungskegel 7 mit einem scharfen Profil ausbildet. Hierdurch wird erreicht, dass innerhalb des Strahlungskegels 7 eine effiziente Strahlungseinwirkung ermöglicht wird, während die Umgebung 13 keinen nennenswerten Energieeintrag erfährt und somit auch nicht in einem nennenswerten Maße aufgeheizt wird.
Zu einem solchen Strahlungskegel 7 mit schmalen Zonen des Randabschnittes 12a, 12b trägt unter anderem die parabelförmige Ausgestaltung des Reflektors 2 bei, der die von der Wärmelampe 4 ausgesandte Strahlung derart reflektiert, dass das hierdurch gebildete Strahlungsbündel nahezu senkrecht zumindest aber in einem spitzen Winkel aus der Lichtaustrittsfläche 6 austritt.
Die nach innen gerichtete Oberfläche 14 des Reflektors 2 weist ferner eine Beschichtung aus einem reflektierenden Material auf, wobei die Beschichtung eine Metallbeschichtung, insbesondere aus Aluminium oder Gold ist. Mit einer solchen reflektierenden Beschichtung wird erreicht, dass die Oberfläche 14 einen Reflektionsgrad von mehr als 95 % aufweist. Der Reflektor kann auch vollständig aus einem geeigneten Material, insbesondere den zuvor als Beschichtung genannten Materialien gebildet sein. Dieser Reflektionsgrad bezieht sich auf Strahlung im nahen infraroten Bereich, insbesondere auf die von der Wärmelampe 4 ausgesandte Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,78 bis 3 µm. Ein in solch hohem Maße reflektierendes Material führt dazu, dass nur ein geringer Anteil der von der Wärmelampe 4 ausgesandten Strahlung von dem Reflektor 2 absorbiert wird und infolge dessen den Reflektor 2 und das Gehäuse 1 aufheizt. Folglich ist die Temperaturänderung im vorliegenden Fall für die genannten Komponenten äußerst gering. Hierdurch wird erreicht, dass der Reflektor 2 selbst keine Strahlung von sich heraus im nennenswerten Umfang ausstrahlt, wobei dies hinsichtlich der schmalen Randabschnitte 12a, 12b von signifikantem Nachteil wäre. Darüber hinaus lassen sich auch zusätzliche Leuchtmittel, wie beispielsweise LED-Leuchten, in dem Gehäuse 1 anordnen, ohne dass diese durch eine hohe Gehäusetemperatur Schaden nehmen würden. Insgesamt liegt die Temperatur des Reflektors 2 und des Gehäuses 1 maximal 40 °C über der Umgebungstemperatur.
Die 3 zeigt drei unterschiedliche Ausgestaltungsformen des Reflektors 2 hinsichtlich seiner Lichtaustrittsfläche 6 sowie der Ausgestaltung der innerhalb des Reflektors 2 angeordneten Wärmelampe 4.
Gemäß der Ausgestaltung a) wird die Lichtaustrittsfläche von einer nahezu rechteckförmigen Seitenkante 5 rahmenförmig umschlossen, wobei die Seitenkante 2 in Längsrichtung ausgebildete Längskantenabschnitte 18a, 18b und zwei im Wesentlichen in Breitenrichtung ausgebildete Querkantenabschnitte 19a, 19b aufweist. Die Querkantenabschnitte 19a, 19b sind hierbei leicht gekrümmt, können aber auch grundsätzlich gerade ausgebildet sein. Innerhalb des Reflektors 2 ist die Wärmelampe 4 angeordnet, wobei die Wärmelampe 4 ebenfalls in einem parallel zur Lichtaustrittsfläche 6 liegenden Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist. Ausgehend von dieser Ausgestaltungsform bildet sich ein Strahlungskegel 7 mit einer Querschnittsfläche 8 auf, wie sie rechts neben dem Reflektor 2 dargestellt ist. Die Querschnittsfläche 8 weist eine laufbahnartige Form auf, wobei die Breite der Zonen des Randabschnittes 12a, 12b entlang der Längsrichtung L eine relativ konstante Breite aufweisen, die Breite der Zonen des Randabschnittes 12c, 12d entlang der Breitenrichtung B nimmt allerdings hin zur Mitte etwas zu.
Durch die Querkantenabschnitte 19a, 19b wird diese Breitenzunahme jedoch begrenzt.
Gemäß der Ausgestaltung b) wird die Lichtaustrittsfläche 6 nur über die in Längsrichtung L angeordneten Längskantenabschnitte 18a, 18b definiert, wobei die Längsenden des Reflektors 2 unverschlossen sind und die Seitenkante 5 somit keinen in sich geschlossenen Rahmen bildet. Die Wärmelampe 4 entspricht hierbei wiederum seiner Form nach der Wärmelampe 4 gemäß der Ausgestaltung a). Die in Breitenrichtung B offene Ausgestaltung des Reflektors 2 hat zur Folge, dass sich zwar wiederum eine laufbahnartige Form für die Querschnittsfläche 8 einstellt. Allerdings ist die Breite der Zonen des Randabschnittes 12c, 12d entlang der Breitenrichtung hin zur Mitte deutlich ausgeprägter als gemäß der Ausgestaltungsform a), da keine Querkantenabschnitte 19a, 19b vorhanden sind, die den Strahlungskegel 7 in Längsrichtung L begrenzen könnten.
Die Ausgestaltung c) weist einen Reflektor 2 mit einer runden Seitenkante 5 auf, die hierdurch auch eine runde Lichtaustrittsfläche 6 rahmenförmig umschließt. Auch die Wärmelampe 4 ist in ihrem Querschnitt runder Gestalt. Dies hat zur Folge, dass auch die Querschnittsfläche 8 eine runde Form aufweist, wobei der Randabschnitt 12 den Mittelabschnitt 11 ringförmig umgibt und wobei die Breite des Randabschnittes 12 entlang des Umfangwinkels der Querschnittsfläche 8 nahezu konstant bleibt. Bei einer solchen Ausgestaltung ist ferner der Verlauf der Strahlungsenergiedichte entlang der Längsrichtung L und entlang der Breitenrichtung B ausgehend vom Querschnittsmittelpunkt 9 gleich.
Die 4 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmeportalanordnung mit einem sich in Längsrichtung L erstreckendem Gehäuse 1 und insgesamt drei Reflektoren 2', 2", 2"', die in Längsrichtung L hintereinander angeordnet sind. Hierzu weist das Gehäuse jeweils Vertiefungen 3 auf, in denen die Reflektoren 2', 2", 2"' angeordnet sind. Die Vertiefungen 3 sind an einer Unterseite des Gehäuses 1 vorgesehen, wobei die Vertiefungen 3 über Stege 15 voneinander beabstandet sind.
Die Reflektoren 2', 2", 2"' weisen jeweils eine rahmenförmige Seitenkante auf, die die von den Wärmelampen 4', 4", 4"' ausgesandten Strahlungskegel 7 in einem aktiven Zustand der Wärmelampen 4', 4", 4"' sowohl in Längsrichtung L als auch in Breitenrichtung B begrenzen. Die Wärmelampen 4', 4", 4"' selbst sind stabförmig ausgebildet und erzeugen Strahlung im nahen infraroten Wellenlängenbereich, wobei auch Ausgestaltungen möglich sind, wobei eine oder mehrere der Wärmelampen 4', 4", 4"' als Leuchtmittel, insbesondere als LED-Leuchten, ausgebildet sind.
Über der Vertiefung 3, in der der Reflektor 2"' eingesetzt ist, ist ferner ein Gitter 16 vorgesehen, durch das ein direkter Kontakt mit der Wärmelampe 4"' verhindert werden soll. Grundsätzlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, dass jeweils ein Gitter 16 für alle drei Vertiefungen 3 vorgesehen ist.
Die 5 zeigt die in der 4 dargestellte Wärmeportalanordnung in einer Seitenansicht, wobei das Gehäuse 1 und damit auch die Reflektoren 2', 2", 2"' oberhalb einer Wärmefläche 17 angeordnet sind. Der Abstand H zwischen den Lichtaustrittsflächen 6 und der Wärmefläche 17 sowie die Breite der Stege 15 sind derart bemessen, dass sich auf der Wärmefläche 17 ein Strahlungsenergiedichteverlauf gemäß der unteren Figur entlang der Längsrichtung L ausbildet. So überschneiden sich die Zonen des Randabschnittes 12c, 12d der einzelnen Reflektoren 2', 2", 2"' in Längsrichtung derart, dass sich ein nahezu konstanter Strahlungsenergiedichtenverlauf einstellt, wobei die Schwankung maximal 20 % der maximalen Strahlungsenergiedichte beträgt.
Auch bei einer Ausgestaltung mit mehreren in Längsrichtung nebeneinander angeordneten Reflektoren 2', 2", 2"' ist die Breite der sich ausbildenden Stege 15 zwischen den Vertiefungen 3 entsprechend ausgelegt.
Der Abstand H zwischen der Wärmefläche 17 und den Lichtaustrittsöffnungen 6 liegt in einem Bereich zwischen 0,3 m und 0,7 m und ist darüber hinaus durch ein Verfahren des Gehäuses 1 einstellbar.
Auch die Leistung der einzelnen Wärmelampen 4', 4", 4"' ist einstellbar, so dass der Strahlungsenergiedichtenverlauf in Längsrichtung je nach Anforderung angepasst werden kann. Die Anschlussleistung der jeweiligen Wärmelampen 4', 4", 4"' beträgt jeweils zwischen 50 W und 500 W.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005016736 U1 [0007]

Claims

Wärmeportalanordnung mit einem Reflektor (2) und einer in dem Reflektor (2) angeordneten Wärmelampe (4), wobei eine Seitenkante (5) des Reflektors (2) eine Lichtaustrittsfläche (6) derart begrenzt, dass sich ausgehend von der Lichtaustrittsfläche (6) in einem aktiven Zustand der Wärmelampe (4) ein sich aufweitendes Strahlungsbündel (7) ausbildet, wobei eine parallel zur Lichtaustrittsfläche (6) angeordnete Querschnittsfläche (8) einen Mittelabschnitt und einen um den Mittelabschnitt umlaufenden Randabschnitt aufweist und wobei die Strahlungsintensität in dem Mittelabschnitt ein Maximum aufweist und über den Randabschnitt gegenüber dem Maximum von 80% auf 20% abfällt dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Abstandes der Querschnittsfläche (8) zu der Lichtaustrittsfläche (6) von bis zu 0,3 m entlang einer in einer Breitenrichtung (B) verlaufenden Schnittline der Querschnittsfläche (8) durch einen Querschnittsmittelpunkt (9) die Breite des Randabschnittes an den beiden Seiten des Mittelabschnittes jeweils weniger als als 10% der Breite des Mittelabschnitts beträgt.
Wärmeportalanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) zumindest in einem Querschnitt entlang der Breitenrichtung (B) bogenförmig, bevorzugt parabelförmig, oder als konkaver Polygonzug ausgestaltet ist.
Wärmeportalanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) eine nach innen gerichtete Oberfläche (14) aufweist, die mit einem reflektierenden Material beschichtet oder aus einem reflektierenden Material gebildet ist.
Wärmeportalanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reflektierenden Material zumindest im nahen Infrarot einen Reflektionsgrad von mehr als 95 %, vorzugsweise mehr als 98 %, aufweist.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) in Längsrichtung (L) rinnenförmig ausgestaltet ist.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmelampe (4) eine elektrische Anschlussleistung im Bereich von 50 W bis 500 W aufweist, wobei die Strahlungsleistung der Wärmelampe (4) vorzugsweise einstellbar ist.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) eine Länge zwischen 40 mm und 320 mm und eine Breite zwischen 40 mm und 100 mm aufweist.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) in einem Gehäuse (1) angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse (1) zusätzlich Leuchtmittel, insbesondere LED-Leuchten, vorgesehen sind.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) oberhalb einer Wärmefläche (17) angeordnet ist, die mittels der Wärmelampe (4) bestrahlbar ist.
Wärmeportalanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmefläche (17) in einem Abstand von 0,1 m bis 0,7 m zu der Lichtaustrittsöffnung (11) angeordnet ist.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Reflektoren (2', 2", 2"') mit jeweils einer darin angeordneten Wärmelampe (4', 4", 4"') in Längsrichtung (L) nebeneinander und/oder hintereinander im Gehäuse (1) angeordnet sind.
Wärmeportalanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Wärmefläche (17) und dem Lichtaustrittsöffnungen (11) einstellbar ist.