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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von Werkstoffplatten in einer Halle mit einem Hallenboden mit
- - einem Kühlsternwender, der um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist,
- - wenigstens einer Werkstoffplatte, die auf umlauffähigen Auflagen im Kühlsternwender abgelegt ist,
- - einer Zuführeinrichtung für die wenigstens eine Werkstoffplatte auf einer Einlaufseite in Höhe der Rotationsachse,
- - einer Ausleiteinrichtung, mittels der die wenigstens eine Werkstoffplatte nach einem Kühlvorgang durch Wärmeabgabe an Kühlluft auf der Ausleitseite des Kühlsternwenders ausleitbar ist,
- - sowie einer Umhausung des Kühlsternwenders mit
- a) Öffnungen für die mittels der Zuführeinrichtung zuzuführenden und die mittels der Ausleiteinrichtung abzuführenden Werkstoffplatten und
- b) wenigstens einer Zuluftöffnung seitlich des Außenumfangs des Kühlsternwenders, deren Oberkante oberhalb der Rotationsachse liegt, und
- c) wenigstens einer Abluftöffnung für erwärmte Kühlluft.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen von Werkstoffplatten mit einer solchen Anordnung.
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Unter Werkstoffplatten werden in erster Linie Holzwerkstoffplatten verstanden, die bereits in einer vorzugsweise kontinuierlichen Presse hergestellt und anschließend mit Sägen geschnitten wurden. Hier kommen beispielsweise Span-, MDF- oder OSB-Platten in Frage, die nach dem heißen Pressvorgang zwischen 80 und 100°C aufweisen können und abgekühlt werden müssen, bevor sie gestapelt werden können, weil sie ansonsten im Stapel ungleichmäßig abkühlen und sich verziehen würden.
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Die Anordnung zum Kühlen von Werkstoffplatten umfasst ausdrücklich auch die wenigstens eine zu kühlende Werkstoffplatte. Die Erfindung betrifft also quasi ein Kühlsystem zur Kühlung wenigstens einer Werkstoffplatte, die Bestandteil des Systems ist.
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Unter dem Begriff „die wenigstens eine Werkstoffplatte“ ist mindestens eine und maximal eine Anzahl von Werkstoffplatten zu verstehen, die auf der oberen Hälfte des Kühlsternwenders alle durch die Auflagen gebildeten keilförmigen Fächer bestücken.
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Der Begriff „in Höhe der Rotationsachse“ bei der Höhenangabe zur Zufuhreinrichtung für eine Werkstoffplatte im Oberbegriff soll auch eine Höhenabweichung von ± 300 mm zulassen.
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Es sind Kühlsternwender bekannt, wie sie beispielsweise in der
DE 20 2015 102 420 U1 dargestellt sind. Sie sind nicht umhaust. Dadurch könnte eine Konvektion eventuell verhältnismäßig gleichmäßig sein. Der Sinn und die Aufgabe der Umhausung, die in der vorliegenden Erfindung aber oberhalb des Hallenbodens vorhanden sein soll, ist es aber, die Abwärme und die sich beim Kühlvorgang entwickelnden Emissionen weitgehend aus der Produktionshalle herauszuhalten.
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Ein Kühlsternwender, der eine Form aufweist, aus dem die neue Erfindung hervorgegangen ist, ist aus der
DE 2120351 A1 bekannt. Er umfasst eine Rotationswelle, an der ebensolche keilförmige Fächer bildende Auflagen für die Werkstoffplatten angebracht sind. Diese Auflagen werden wie bei der Erfindung durch Träger gebildet, die beabstandet sind. Die Träger bleiben während eines Umlaufs Kühlsternwenders weitgehend radial zur Rotationsachse der Rotationswelle ausgerichtet. Innerhalb der Fächer können Mittel, wie beispielsweise Reibflächen, Saugnäpfe oder Anschläge vorgesehen sein, die ein Verrutschen der Werkstoffplatten verhindern.
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Zugeführt werden die gepressten Werkstoffplatten dem Kühlsternwender mit einer Zuführeinrichtung beispielsweise auf einem Rollengang oder einem Förderband. Das gleiche gilt für den Abtransport mit der Ausleiteinrichtung auf der Ausleitseite. Dabei ist ein solcher Rollengang oder ein solches Förderband so angeordnet, dass er/es die Platten zwischen den Trägern auf der Höhe einer Ablage- oder Aufnahmestelle in die Fächer oder aus den Fächern fördern kann.
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Die Werkstoffplatte wird also innerhalb der Umhausung der Kühlsternwenders auf dessen durch Träger gebildeten Ablagen abgelegt und nach einer langsamen halben Umdrehung an der Ausleitseite wieder abgezogen. Dabei wird die Werkstoffplatte mit zugeführter Kühlluft, die auch wieder abgesaugt wird, gekühlt.
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Diese Art der Kühlung von Werkstoffplatten bringt in vielerlei Hinsicht Probleme mit sich. Da ist zunächst der hohe energetische Aufwand, die Kühlluft an einer Seite in die Umhausung zu blasen und an einer entfernten Stelle wieder abzusaugen. Die ständige Absaugung der Warmluft durch ein die Antriebswelle umgebendes Absaugrohr, das mit der Saugseite eines Ventilators verbunden ist, bedeutet einen hohen Energieaufwand während des Kühlprozesses von Werkstoffplatten. Außerdem findet keine Luftführung von den durch zwei Platten begrenzten Raum im Kühlsternwender in einen anderen durch zwei Platten begrenzten Raum mehr statt.
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Aber ganz allgemein hat es sich für alle bislang bekannten Kühlsternwender zudem herausgestellt, dass sich bei diesen Kühlsternwendern herkömmlicher Bauart immer wieder Nester bilden, wo die Lufttemperatur sehr hoch ist und die Luft nicht ordentlich absaugbar ist. Dadurch wird die Plattenoberfläche nicht gleichmäßig gekühlt.
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Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die Anordnung zum Kühlen energiesparender und effektiver zu gestalten.
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Die Aufgabe wird anordnungsmäßig durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Höhe (h) der Zuluftöffnung wenigstens 400 mm beträgt, das Verhältnis von der Länge (g) der Zuluftöffnung zu der Gesamtlänge (G) der Umhausung einen Wert größer 0,6 hat und dass der kürzeste Abstand (a) von der radial außen liegenden Kante der wenigstens einen Werkstoffplatte auf einer Auflage im Kühlsternwender bis zur Innenwand der Umhausung in jeder Umdrehungsstellung über 400 mm beträgt.
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Die auch im Folgenden in Klammern angegebenen Längenangaben wie a, f, h, G, g oder I sind Abmessungen, die auch in den Figuren der später erläuterten Ausführungsbeispiele wiederzufinden sind.
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Interne Versuche und Berechnungen haben überraschend gezeigt, dass einige geometrische Gegebenheiten der Umhausung besonders relevant für die Hochtemperaturnester sind und man diese durch bauliche Anpassungen vollständig vermeiden kann. Zudem führen die Anpassungen zu einer im Wesentlichen reinnatürlichen kühlenden Konvektionsströmung, ohne zusätzliche Ventilatoren- oder Absaugleistungen aufbringen zu müssen.
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Dazu gibt es drei wesentliche geometrische Merkmale, die einer natürlichen ungezwungenen Konvektion erlauben, die Platten zu kühlen, ohne dass sich irgendwo unter der Haube Wärmenester bilden, die für ein uneinheitliches Temperaturprofil in der Platte sorgen. Das sind der Eintrittsquerschnitt für die Kühlluft, der Kühlkanalquerschnitt um den Sternwender, und die Oberkante des Eintrittsquerschnitts ein kleines Stück oberhalb der zugeführten Platte.
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Der Eintrittsquerschnitt an der Zuluftöffnung ist entsprechend mindestens 400 mm hoch (h) und mindestes 0,6 mal der Umhausungslänge lang (g/G > 0,6). Das heißt, dass Zwischenstützen durchaus möglich sind. Der maximale Faktor kann 1,0 sein, wenn sich die Zuluftöffnung über die ganze Länge der Umhausung hinzieht.
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Der Kühlkanalquerschnitt soll in seiner radialen Ausrichtung ebenfalls mindestens 400 mm betragen (a) und muss aus verständlichen Gründen so lang sein wie eine Werkstoffplatte.
Für eine die Strömungseigenschaften der Kühlluft ist es auch entscheidend, dass die Oberkante der Zuluftöffnung ein Stück oberhalb der Höhe (f) einer zugeführten Werkstoffplatte liegt in Relation zum Hallenboden. Da die Platten waagrecht liegend eingeführt werden, ist diese Höhe (f) bezogen auf den Hallenboden zumindest im Wesentlichen identisch mit der Höhe der Rotationsachse des Sternwenders. Eine Werkstoffplatte wird bevorzugt auf dem möglichst niedrigen Punkt, also genau in Höhe der Rotationsachse waagrecht zugeführt und nach einer halben Umdrehung im Kühlsternwender ebenfalls waagrecht und ebenfalls auf Höhe der Rotationsachse wieder ausgeleitet.
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Es ist von Vorteil, wenn der Winkel α einer Verbindungslinie von der Rotationsachse bis zur Oberkante der Zuluftöffnung gemessen zur Horizontalen einen Wert zwischen 10° und 25° aufweist.
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Dadurch ist eine Höhe für die Oberkante der Zuluftöffnung in Abhängigkeit von der Werkstoffplattengröße und der radialen Breite des Kühlkanals (a) in den Grenzen der Winkelangabe definiert, so dass er wie gewünscht oberhalb der eingeschleusten Werkstoffplatte liegt. Es ist dabei zu beachten, dass Werkstoffplattengröße und somit auch die radial Ausdehnung Kühlsternwender variieren kann. Dadurch schwankt bei einer festinstallierten Umhausung mit einer Oberkante der Zuluftöffnung auch die radiale Ausdehnung des Kühlkanals (a). Bei einem kleineren Winkel würde nicht mehr genug Kühlluft in den Kühlkanal eintreten, so dass Bereiche nicht gekühlt werden, und bei einem größeren Winkel gäbe es keine laminare Konvektion mehr, so dass Verwirbelungen wiederum zu ungleicher Wärmeabnahme an den werkstoffplatten führt. Der Winkel hat sich aus aufwändigen CFD-Analysen (Computational Fluid Dynamics) herauskristallisiert, die ergaben, dass das Vermeiden von Wärmenesterbildung nur in diesem Winkelbereich möglich ist.
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Es hat sich sogar als besonders vorteilhaft und effektiv herausgestellt, wenn der Winkel α zwischen 16° und 18° beträgt.
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Die Effizienzsteigerung wird außerdem dadurch erreicht, dass durch die Umhausung des Kühlsternwenders mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Oberkante der Zuluftöffnung ein definiertes und begrenztes Volumen erzeugt wird, wo die (Kühl)-Luft passiv nachströmt. Durch das Aufsteigen der heißen Luft und automatische Zuströmen der Umgebungsluft wird eine bessere Abkühlung ermöglicht und gleichzeitig können schädliche Emissionen abgeleitet werden.
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Vorzugsweise reicht die Höhe h der Zuluftöffnung der Umhausung vom umgebenden Hallenboden bis zur Oberkante der Zuluftöffnung.
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Diese Höhe kann beispielsweise über 2.000 mm betragen, je nachdem wie weit der Kühlsternwender in einer Grube und wie hoch die Zuführeinrichtung und die Ausleiteinrichtung angeordnet sind. In der Regel liegt die Höhe der Zuführeinrichtung, also beispielsweise ein Rollengang für die Werkstoffplatten, zwischen 1,0 und 3,0 Metern über dem Hallenboden. Die zugeführte Kühlluft (mit der in der Figurenbeschreibung als T1 angedeuteten Umgebungstemperatur) strömt in diesem Fall einerseits wie gewünscht sich erwärmend an den zu kühlenden Werkstoffplatten vorbei zu einer Abluftöffnung, wo sie mit einer erhöhten Temperatur (in der Figurenbeschreibung als T3 bezeichnet) austritt. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass Kühlluft auch unter die Werkstoffplatten in der Zuführeinrichtung bzw. Ausleiteinrichtung gelangen kann, also in einen Bereich in dem sich keine Werkstoffplatten mehr im Kühlsternwender befinden und von dort ebenfalls mit einer vergleichmäßigten Temperatur (in der Figurenbeschreibung als T2 bezeichnet) durch den Innenbereich des Kühlsternwenders zu der Abluftöffnung aufsteigen kann.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass der maximale Abstand (a) von der radial außen liegenden Kante einer Werkstoffplatte auf einer Auflage im Kühlstemwender bis zur Innenwand der Umhausung unter 1000 mm beträgt.
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Ein solcher Abstand hat sich als absolut ausreichend herausgestellt und bewirkt, dass der Bauraum der Umhausung sich in einem vertretbaren Rahmen hält. Zudem wird der Kühlluftbedarf dadurch auf einen Volumenstrom begrenzt, der ohne Probleme der Halle entzogen werden kann.
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Vorzugsweise weist die Umhausung an ihrem höchsten Punkt als Abzugsöffnung wenigstens einen Abzugskamin auf, der eine Höhe von mindestens 600 mm besitzt.
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Die Länge des Kamins ist entscheidend für die laminare Strömung der Kühlluft, die sich durch das Vorbeistreichen an den Werkstoffplattenoberflächen beachtlich erwärmt hat. Der Kamin kann dabei auch je nach Länge des Kühlsternwenders bzw. der Umhausung durch einen länglichen Abzugsschacht gebildet sein.
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Verfahrensmäßig wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 7 unter Nutzung der beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnung zum Kühlen und insbesondere dadurch gelöst, dass zumindest zu 90% des zeitlichen Kühlvorgangs eine ausschließlich natürliche Konvektion der Kühlluft Anwendung findet.
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Das bedeutet, dass in einem hohen Prozentsatz der Kühlverfahrenszeit ein besonders energiesparendes Verfahren angewendet wird, bei dem weder Pumpen noch Ventilatoren die Konvektion und somit den Wärmeübergang an den Werkstoffplatten erzwingen.
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Es ist bevorzugt, einen zusätzlichen Ventilator zur Förderung der Kühlluft durch die Umhausung lediglich in der Anfahrphase der Anordnung zum Kühlen zu verwenden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei, im Wesentlichen ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt 1 eine erfindungsgemäße, schematisch dargestellte Anordnung zum Kühlen 1 von Werkstoffplatten in Form eines Kühlsternwenders 2 mit einer Umhausung 11 im Querschnitt
und 2 eine stark schematisierte Seitenansicht von dieser Anordnung.
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Der Kühlsternwender 2, der der bei manchen Produkten Werkstoffplatten 5 bis zu 2,5 Meter Breite aufnehmen muss und deshalb einen Durchmesser von über 7 Meter haben kann, ist teilweise in einer Grube 18 im Fundament 17 unterhalb des Hallenbodens 19 eingelassen. Der Kühlsternwender 2 weist viele radiale Fächer 14 auf, in die Werkstoffplatten 5 mit hoher Temperatur auf einer Einlaufseite 3 eingefahren werden können und beispielsweise auf der gegenüberliegenden Ausleitseite 4 abgekühlt wieder entnommen und abtransportiert werden. Die Fächer rotieren um eine Rotationsachse 10. Die Auflagen 12 in den Fächern werden durch radial wegstehende, in einer Reihe beabstandete Träger 13 gebildet.
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In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 werden Werkstoffplatten über eine Zuführeinrichtung 6 in Höhe der Rotationsachse 10 in die Fächer gebracht. Dazu verfährt jeweils eine Werkstoffplatte auf einem Rollengang mit mehreren auf Rollenständern 16 in einem Abstand gelagerten Tragrollen 15. Der Abstand zwischen den Tragrollen 15 bzw. Rollenständern 16 erlaubt, dass die die Auflagen 12 bildenden Träger 13 zwischen ihnen hindurchdrehen können.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein solcher Rollenständer 16 innerhalb der Umhausung 11 lediglich angedeutet und seine Kopplung zum Hallenboden 19 nicht dargestellt. Ferner wurden zur Vereinfachung der 1 die nahe der Stirnseite des Kühlsternwenders 2 liegenden Wände der Umhausung 11 mit den Öffnungen für die mittels der Zuführeinrichtung 6 zuzuführenden und die mittels der Ausleiteinrichtung 7 abzuführenden Werkstoffplatten nicht gezeichnet.
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Eine über die Zuführeinrichtung 6 in ein Fach 14 zugeführte Werkstoffplatte 5 läuft in der oberen Hälfte des Kühlsternwenders 2 entgegen dem Uhrzeigersinn bis zur Ausleiteinrichtung 7, wo sie dem Fach ebenfalls auf der Höhe der Rotationsachse 10 wieder entnommen wird. Die Höhe der ein- auszuleitenden Werkstoffplatte sowie die Höhe der Rotationsachse in Relation zum Hallenboden werden mit f bezeichnet. In der 1 sind lediglich zwei Werkstoffplatten 5 angedeutet, die auf ihrem „Kühlweg“ sich kurz nach der Einführvorrichtung und kurz vor der Ausleiteinrichtung 7 befinden.
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Die Kühlung erfolgt im Wesentlichen durch natürliche Konvektion. Die Umhausung weist dazu zumindest auf einer Seite eine Zuluftöffnung 8 auf, durch die Umgebungsluft mit der Temperatur T1, beispielsweise der Maschinenhalle in die Umhausung eingeführt wird. In 2 ist erkennbar, dass die Zuluftöffnung sich über eine mehr als 400 mm erstreckende Höhe h und über eine fast die Gesamtlänge G der Umhausung 11 erreichende Länge g erstreckt. In der Seitenansicht gemäß der 2 wird demnach auch die Gesamtlänge G der Umhausung 11 verdeutlicht, die in 1 dargestellt ist. Einziger Unterschied ist nur, dass die Höhe h der Zuluftöffnung nicht bereits am Hallenboden beginnt, sondern dass es noch einen Sockel gibt. Auch mit einem Sockel kann die Höhe h der Zuluftöffnung noch 400 mm betragen. Es sollte aber nicht nur dafür gesorgt sein, dass die Höhe h der Zuluftöffnung 8 mindestens 400 mm hoch ist, sondern das Verhältnis der Länge g der Zuluftöffnung 8 (in Richtung der Rotationsachse des Kühlsternwenders) zu der Gesamtlänge G der Umhausung 11 mindesten einen Wert von 0,6 aufweist. Damit ist ein notwendiger Querschnitt der Zuluftöffnung 8 definiert.
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1 dagegen verdeutlicht, dass die Luft an den Oberflächen der Werkstoffplatten vorbeistreicht und auf eine Temperatur T3 erwärmt durch eine Abluftöffnung 9 entweicht. Diese wird vorzugsweise durch einen mindestens 600 mm hohen Kamin gebildet, um die Strömung laminar zu halten. Unterhalb der Zuführeinrichtung 6 und er Ausleiteinrichtung 7 kann sich eine mittlere, vergleichmäßigte Lufttemperatur T2 einstellen. Ledig bei Anlauf des Kühlsternwenders 2 ist vorgesehen, ggf. einen Abluftventilator 21 einzusetzen, aber nur so lange, bis sich die natürliche Konvektion eingestellt hat.
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Damit sich nirgendwo Hochtemperaturnester bilden, die für eine gleichmäßige Kühlung der Werkstoffplatten abträglich wären, ist im Rahmen dieser Erfindung erkannt worden, dass gewisse geometrische Abhängigkeiten eingehalten werden müssen. So ist dafür zu sorgen, dass der Winkel α einer Verbindungslinie von der Rotationsachse bis zur Oberkante 22 der Zuluftöffnung 8 zur Horizontalen einen Wert zwischen 10° und 25°, vorzugsweise zwischen 16° und 18° aufweist und die Höhe h der Zuluftöffnung an der Längsseite des Kühlsternwenders 2 wenigstens 400 mm beträgt. Zudem ist es hilfreich, den Abstand a von der Umhausung 11 bis zur Kante einer Werkstoffplatte 5 im Kühlsternwender im Bereich von 400 bis 1.000 mm zu konzipieren. Diese geometrischen Vorgaben haben einen großen Einfluss auf eine gleichmäßige laminare Strömung entlang der gesamten Werkstoffplattenoberflächen.
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In 2 ist von dem Rollengang der Zuführeinrichtung 6 und der darauf aufgelegten Platte ist nur ein Teilstück dargestellt und auf der rechten Seite abgeschnitten.
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Insgesamt ist es mit dieser Anordnung zum Kühlen von Werkstoffplatten möglich, sehr energiesparend zu fahren und eine hohe Effektivität zu erreichen, da nahezu keine elektrische Leistung mehr in Absaugeinrichtungen verbraucht wird. Durch die vorgegebenen geometrischen Bedingungen kommt gemäß Berechnungen und Versuchen nicht mehr zu Wärmenestern im Kühlsternwender trotz nahezu ausschließlich angewendeter natürlicher Konvektion.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung zum Kühlen
- 2
- Kühlsternwender
- 3
- Einlaufseite
- 4
- Ausleitseite
- 5
- Werkstoffplatte
- 6
- Zuführeinrichtung
- 7
- Ausleiteinrichtung
- 8
- Zuluftöffnung
- 9
- Abluftöffnung
- 10
- Rotationsachse
- 11
- Umhausung
- 12
- Auflage
- 13
- Träger
- 14
- Fach
- 15
- Tragrolle
- 16
- Rollenständer
- 17
- Fundament
- 18
- Grube
- 19
- Hallenboden
- 20
- Abzugskamin
- 21
- Ventilator
- 22
- Oberkante Zuluftöffnung
- T1, T2, T3
- Kühllufttemperaturen
- α
- Winkel
- a
- Abstand Kühlsternwender zur Umhausung
- f
- Höhe Zuführeinrichtung über Hallenboden
- h
- Höhe Zuluftöffnung
- G
- Gesamtlänge Haube
- g
- Länge Zuluftöffnung
- l
- Kaminlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015102420 U1 [0007]
- DE 2120351 A1 [0008]
