Die
Aufgabe der Erfindung liegt in der Angabe einer Kälteanlage
mit einem Kaltkopf, der Wärme an
einen Kondensor für
ein nach dem Thermosyhpon-Effekt arbeitendes Kühlmittel für eine in einem evakuierbaren
Arbeitsraum befindliche zu kühlende Anwendung
abgibt, wobei ein Austausch des Kaltkopfes auf einfache Weise und
unter vergleichsweise geringer Gefährdung der Bauteile der Kälteanlage
erfolgen kann.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass der Kondensor in einer elastischen Aufhängung gelagert ist und die
daraus resultierende Bewegungsmöglichkeit
des Kondensors zur Trennwand hin durch eine Anschlagvorrichtung
begrenzt ist. Da die Trennwand eine dichte Abteilung zwischen dem
beim Betrieb der Kälteanlage
evakuierten Arbeitsraum und dem Wartungsraum bildet, ist während der
Wartungsarbeiten im Wartungsraum, also insbesondere während eines
Auswechselns des Kühlkopfes,
ein Druckunterschied zwischen dem Arbeitsraum und dem Wartungsraum
auszugleichen. Dabei verformt sich die elastische Aufhängung aufgrund
des Druckunterschiedes, wobei sich der Kondensor in Richtung der
Trennwand bewegt. Diese Bewegung wird jedoch durch die Anschlagvorrichtung
begrenzt bzw. kommt aufgrund der Federsteifigkeit der elastischen
Aufhängung
zum Stillstand, sobald ein Kräftegleichgewicht
erreicht wird. Wird auf dem Kondensor nun ein Kühlkopf befestigt, so belastet
dieser aufgrund seines Eigengewichtes den Kondensor zusätzlich.
Spätestens
durch die zusätzliche Belastung
sollte sich der Kondensor soweit zur Trennwand hin bewegen, dass
die Anschlagvorrichtung eine weitere Bewegung begrenzt. Hierdurch wird
die elastische Aufhängung
des Kondensors stabilisiert, so dass diese das Gewicht des Kaltkopfes tragen
kann.
Anschließend kann
der Kaltkopf zusätzlich
in dem den Wartungsraum bildenden Gehäuse fixiert werden, wodurch
der Kondensor entlastet wird. Hierbei dient die elastische Aufhängung gleichzeitig
als Toleranzausgleich, um eine statische Überbestimmung des mechanischen
Systems, bestehend aus dem Kondensor, der elastischen Aufhängung, dem Kaltkopf
und der Gehäuseaufhängung des
Kaltkopfes zu vermeiden.
Nach
einem Verschluss des Wartungsraumes, der vorteilhaft gleichzeitig
zur Fixierung des Kaltkopfes genutzt werden kann, kann dieser ebenfalls
evakuiert werden, wodurch die Wärmeleitung
in die Kälteanlage
hinein zugunsten eines besseren Wirkungsgrades derselben verringert
wird. Durch eine Fixierung des Kaltkopfes im Gehäuse des Wartungsraumes wirkt
sich eine Evakuierung des Wartungsraumes nicht mehr auf die Lage
des Kondensors aus, da dieser über
den Kaltkopf im Wartungsraum festgelegt ist.
Die
Erfindungsgemäße Ausbildung
des Kondensors mit einer elastischen Aufhängung und einer Anschlagvorrichtung
hat den Vorteil, dass beim Auswechseln des Kaltkopfes dieser nach
erfolgter Montage auf der Anschlussfläche des Kondensors provisorisch
durch den Kondensor gehalten werden kann. Hierdurch ist eine einfache
Montage bei abgenommenen Gehäuse
für den
Wartungsraum möglich,
wobei die provisorische Halterung vor einer Beschädigung durch
den verhältnismäßig schweren
Kaltkopf schützt.
Weiterhin vereinfacht sich anschließend die Montage des Gehäuses für den Wartungsraum
bzw. dessen Ver schluss, da der Kaltkopf bereits provisorisch fixiert
ist. Eventuelle Toleranzen können
dabei auf einfache Weise ausgeglichen werden, da die elastische
Aufhängung
bei einer Fixierung des Kaltkopfes an dem Wartungsraumgehäuse elastisch nachgibt.
Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Kondensoren
in separaten Wartungsräumen
elastisch mit Anschlag aufgehängt
sind. Dabei sind die Kondensoren zumindest in zwei separaten Wartungsräumen untergebracht,
so dass bei Öffnen
eines Wartungsraumes zwecks Austausch eines der Kaltköpfe die
Kaltköpfe
im anderen Wartungsraum bzw. in den anderen Wartungsräumen ohne
Unterbrechung arbeiten können,
um das für
die zu kühlende
Anwendung geforderte Temperaturniveau aufrecht zu erhalten.
Eine
besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elastische
Aufhängung
als elastisches Element einen Federbalg aufweist. Der Federbalg
ist dabei bevorzugt derart angeordnet, dass das Leitungssystem und
eventuell auch der an diesem befestigte Kondensor im Inneren des
Federbalges angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine symmetrische
Anordnung, die bei der Belastung durch den Kaltkopf gleichmäßig nachgibt.
Weiterhin ist der Federbalg vorteilhaft ein besonders einfaches Bauteil,
welches sich kostengünstig
einsetzen lässt. Bei
entsprechender Anbindung des Federbalges an die angrenzenden Bauteile
ist weiterhin ein unproblematische Abdichtung zwischen Arbeitsraum
und Wartungsraum möglich.
Es
ist vorteilhaft, wenn sich der Federbalg im Bereich einer in der
Trennwand befindlichen Durchgangsöffnung für das mit dem Kondensor bewährte Ende
des Leitungssystems abstützt.
Die Durchgangsöffnung
besitzt bevorzugt einen genügend
großen
Querschnitt, dass das Leitungssystem bzw. der Kondensor mit Spiel
hindurchgeführt
werden kann, so dass bei einem elastischen Nachgeben des Federbalges
ein genügendes
Spiel zwischen Leitungssystem und Durchgangsöffnung vorhanden ist. Durch die
Abstützung
des Federbalges im Bereich der Durchgangsöffnung ist vorteilhaft eine
einfache Dichtung zwischen diesen Bauteilen möglich.
Eine
weiterführenden
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anschlagvorrichtung
einen Rohrstutzen aufweist, der den Federbalg ringförmig umgibt.
Die Anschlagvorrichtung weist damit vorteilhaft eine einfache Geometrie
auf, wobei der Rohrstutzen eine ringförmige Anschlagfläche mit
genügend
großem
Durchmesser aufweisen kann, dass ein seitliches Kippen des mit dem
Kaltkopf versehenen Kondensors verhindert wird.
Es
ist vorteilhaft, wenn die Trennwand eine Zentrierung für den Rohrstutzen
zu dessen Ausrichtung im Bezug auf die Durchgangsöffnung aufweist. Hierdurch
kann bei einem Erreichen des Anschlages eine Zentrierung des Kondensors
bezüglich
der Durchgangsöffnung
und somit auch des Federbalges erzielt werden, wodurch die Krafteinleitung
des Federbalges in das Leitungssystem bzw. dem Kondensor in symmetrischer
Weise erfolgt. Hierdurch wird vorteilhaft zum einen die Wahrscheinlichkeit
eines seitlichen Kippens des Kondensors unter dem Einfluss des Kaltkopfes
weiter minimiert. Zum anderen wird eine gleichmäßige Belastung des Federbalges gewährleistet,
damit dieser nicht überlastet
wird.
Eine
zusätzliche
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bewegungsmöglichkeit
des Kondensors von der Trennwand weg durch einen Zusatzanschlag
begrenzt ist. Hierdurch kann vor teilhaft ein übermäßiges Strecken der elastischen
Aufhängung,
z. B. dem Federbalg vermieden werden. Diese Streckung könnte beispielsweise
durch ein Zusammenbrechen des Vakuums im Arbeitsraum bewirkt werden,
während
der Wartungsraum evakuiert bleibt. Dies würde aufgrund des Druckunterschiedes
zu einer von der Trennwand weg gerichteten Bewegung des Kondensors
führen
(sofern dieser über
den Kaltkopf nicht starr im Wartungsraum fixiert ist), wobei diese
Bewegung durch den Zusatzanschlag begrenzt würde.
Es
ist vorteilhaft, wenn der Zusatzanschlag als Absatz innerhalb eines
die elastische Aufhängung
umgebenden Rohres ausgebildet ist. Dieses Rohr stellt eine einfache
Möglichkeit
der Schaffung eines Zusatzanschlages dar, wobei vorteilhaft das Rohr
zusätzlich
als ummantelnder Schutz für
die elastische Aufhängung
dient. Gleichzeitig kann vorteilhaft der Rohrstutzen axial in dem
die Aufhängung umgebenden
Rohr geführt
werden, so dass in diesem Fall eine Zentrierung über die beiden Rohre erfolgen
würde.
Eine zusätzliche
Zentrierung an der Trennwand würde
damit überflüssig.
Gemäß einer
letzten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kondensor mit einem
die Wärmeleitung
zwischen Kondensor und Trennwand verringernden Verbindungsrohr an
der elastischen Aufhängung
befestigt. Dieses Verbindungsrohr kann beispielsweise aus GFK gebildet
werden, wobei hierdurch vorteilhaft eine besonders steife Tragstruktur für den Kondensor
entsteht. Außerdem
ist GFK verglichen mit metallischen Werkstoffen ein wesentlich schlechterer
Wärmeleiter,
so dass eine Wärmeeinleitung
in die Kälteanlage über die
Trennwand vorteilhaft minimiert werden kann. Selbstverständlich kann als
alternativer Werkstoff auch ein Metall mit vergleichsweise schlechter
Wärmeleitfähigkeit
verwendet werden.
Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung
beschrieben. Hierbei zeigen
1 einen schematischen Teilschnitt
eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Kälteanlage
mit zwei Kühlköpfen und
2 ein alternatives Ausführungsbeispiel des
Details X gemäß 1, welches sich auf eine
im Schnitt dargestellte elastische Aufhängung für den Kondensor bezieht.
Eine
Kälteanlage
gemäß 1 weist ein Gehäuse 11 auf,
in dem ein evakuierter Arbeitsraum 12 für eine zu kühlende Anwendung 13 vorgesehen
ist. In dem Arbeitsraum ist weiterhin ein Leitungssystem 14 mit
einer Verzweigung 15 hin zu zwei Kondensoren 16 enthalten,
welches die Anwendung 13 mit den Kondensoren verbindet
(nicht genau dargestellt) und in dem ein Kühlmittel nach dem Thermosyphon-Effekt
zirkuliert. Die Kondensoren 16 sind mit Anschlussflächen 20 und
einem Teil ihrer Seitenwände in
Wartungsräumen 17,
die durch Wartungsgehäuse 18 gebildet
werden, untergebracht. Der andere Teil der Kondensoren 16 befindet
sich im Arbeitsraum. In den Wartungsräumen 17 sind weiterhin
Kaltköpfe 19 untergebracht,
die mit den Anschlussflächen 20 der Kondensoren
in Verbindung stehen und in den Wartungsgehäusen 18 fixiert sind.
Die Wartungsräume lassen
sich über
ein Ventil 21 ebenfalls evakuieren.
Der
Arbeitsraum 12 ist von dem Wartungsraum 17 durch
eine Trennwand 22 abgetrennt. In der Trennwand 22 befindet
sich eine Durchgangsöffnung 23,
durch die das Leitungssystem führt.
Zwischen der Durchgangsöffnung 23 und
dem in dem Wartungsraum 17 befindlichen Kondensor 16 erstreckt
sich eine Kunststoffmanschette 24, die eine Einschnürung 25 aufweist und
durch die Elastizität
der Einschnürung ähnlich einem
Federbalg wirkt. Zur Durchgangsöffnung 23 bzw.
zum Kondensor 16 hin ist die Kunststoffmanschette 24 beispielsweise
mittels einer Klebeverbindung vakuumdicht abgeschlossen, wodurch
die Durchgangsöffnung
in der Trennwand unschädlich
für eine
dichte Trennung zwischen Arbeitsraum 12 und Wartungsraum 17 ist.
Die Kunststoffmanschette erlaubt eine axiale Bewegung des Kondensors 16 hin
zur Trennwand 22. Bei im Wartungsgehäuse 18 montierten
Kaltkopf 19 ist der Kondensor 16 jedoch durch
den Kaltkopf 19 starr fixiert, so dass eine axiale Bewegung
des Kondensors 16 in Richtung des sich anschließenden Leitungssystems
unterbunden wird. Eine Anschlagvorrichtung 26 kommt daher
nicht zum Einsatz, d. h. sie schwebt oberhalb eines als Gegenfläche für die Anschlagvorrichtung dienenden
Nutgrundes 27 einer Zentrierung 28 (in 1 links dargestellt).
Bei
geöffnetem
Wartungsraum 17 (rechts dargestellt) besteht ein Druckunterschied
zwischen Wartungsraum 17 und Arbeitsraum 12, der
eine Axialbewegung des Kondensors 16 in Richtung des sich anschließenden Leitungssystems 14,
also zur Trennwand 22 hin bewirkt. Weiterhin ist der Kaltkopf 19 lediglich
an der Anschlussfläche 20 des
Kondensors 16 befestigt, so dass der Kondensor das Gewicht
des Kaltkopfes 19 alleine zu tragen hat, wodurch ebenfalls
eine Axialbewegung zur Trennwand 22 hin hervorgerufen wird.
Diese Bewegung wird durch die Anschlagvorrichtung 26 begrenzt,
indem diese unter Zentrierung des Kondensors 16 in dem
Nutgrund 27 zum Anschlag kommt.
Der 2 können weitere Details der elastischen
Aufhängung
des Kondensors 16 entnommen werden. Die Anschlagvorrichtung 26 weist
einen Rohrstutzen 29 auf, der sich in der bereits erwähnten Zentrierung 28 abstützt. Die
Zentrierung 28 besteht aus einer Nut, deren Flanken trapezförmig verlaufen, so
dass ein eventueller Versatz des Rohrstutzens während der Zentrierung ausgeglichen
werden kann. Die Anschlagvorrichtung bildet weiterhin eine Befestigungsfläche 30 für einen
Federbalg 31 aus Metall aus, der mit der Anschlussfläche beispielsweise
verklebt sein kann. Der Federbalg ist außerdem am gegenüberliegenden
Ende mit der Durchgangsöffnung 23 verklebt.
Weiterhin weist die Anschlagvorrichtung eine Aufnahmenut für ein Verbindungsrohr 32 aus GFK
auf, in die dieses mit seinem einen Ende eingeklebt werden kann.
Am gegenüberliegenden
Ende des Verbindungsrohres 32 ist der Kondensor 16 ebenfalls
mittels einer Klebeverbindung befestigt. Das Verbindungsrohr wirkt
hierbei als zusätzliche thermische
Isolierung des Kondensors 16 gegenüber der Trennwand 22,
da die Wärmeleitfähigkeit
von GFK verglichen mit den ansonsten metallischen Werkstoffen des
Federbalges 31 und der Anschlagvorrichtung 26 wesentlich
geringer ist.
Weiterhin
ist ein Zusatzanschlag 33 vorgesehen, der ein die Anschlagvorrichtung 26 umgebendes
Rohr 34 aufweist. Von diesem Rohr nach innen gerichtet
befindet sich der Zusatzanschlag 33, der eine Bewegung
der Anschlagvorrichtung 26 von der Trennwand 22 weg
begrenzt.