DE19814722B4 - Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zum Einsatz in der Lebensmittelverarbeitung, mit einem Prozessraum, mit einer Transportvorrichtung für den Transport eines Prozessgutes durch den Prozessraum in einer Transportebene, mit mindestens einer oberhalb der Transportebene vorgesehenen Infrarot-Bestrahlungslampe, und mit einer für infrarote Strahlung durchlässigen Abdeckung aus Kunststofffolie, die zwischen Infrarot-Bestrahlungslampe und Transportebene angeordnet ist, wobei die Bestrahlungslampe ein mittel- oder kurzwelliger Infrarotstrahler (6) ist, und wobei die Kunststofffolie (9) in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 500°C beständig ist, deren obere Anwendungstemperatur bei dauernder Belastung bei mindestens 250°C liegt, Polyimid enthält und eine Dicke im Bereich zwischen 20 μm und 2000 μm aufweist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung, mit einem Prozeßraum, mit einer Transportvorrichtung für den Transport eines Prozeßgutes durch den Prozeßraum in einer Transportebene, mit mindestens einer oberhalb der Transportebene vorgesehenen Infrarot-Bestrahlungslampe, und mit einer für infrarote Strahlung durchlässigen Abdeckung, die zwischen Bestrahlungslampe und Transportebene angeordnet ist.
• Eine derartige Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung ist in der Produktinformationsschrift der Heraeus Noblelight GmbH "Heraeus IR-Module KR: Wärme nach Maß im Know-how-Pack" (Druckvermerk: 2C 5.97/VN.Ku) beschrieben. Daraus ist eine Infrarotanlage zu entnehmen, die mit einem IR-Bestrahlungsmodul bestückt ist, bei dem mehrere sogenannte Zwillingsrohrstrahler in einem gemeinsamen Rahmen gehalten werden. In einer Sonderausfertigung umfaßt das Bestrahlungsmodul zusätzlich eine IR-durchlässige Abdeckplatte aus Glas. Das Modul wird im Prozeßraum der Infrarotanlage oberhalb einer durchlaufenden Materialbahn montiert, wobei die Abdeckplatte zwischen der Materialbahn und den Zwillingsrohrstrahlern angeordnet ist. Die bekannte Infrarotanlage wird beispielsweise zum Trocknen, Erwärmen oder Härten einer durchlaufenden Materialbahn eingesetzt, wobei die Abdeckplatte ein Herunterfallen von Staub- oder Schmutzpartikeln auf die Materialbahn verhindert.
• Die bekannte Infrarotanlage ist für einen Einsatz zum Erwärmen von Lebensmittelprodukten, wie Backwaren, Fleisch- und Frittierwaren oder für die Formgebung von Verpackungsmaterialien für Lebensmittelverpackungen nur bedingt geeignet. An die Reinhaltung der Lebensmittel und der Verpackungen während ihrer Herstellung bzw. ihrer Weiterverarbeitung werden besonders hohe Anforderungen gestellt. Bei der bekannten Infrarotanlage können aber Verunreinigungen durch herabfallende Bruchstücke aus der Abdeckplatte selbst nicht mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden. Darüberhinaus ist die bekannte Glas-Abdeckplatte thermisch relativ träge, so dass auch bei einem mit kurzweiligen oder schnellen mittelwelligen Infrarotstrahlern bestückten Bestrahlungsmodul schnelle Temperaturwechsel kaum möglich sind.
• DE 12 92 101 A1 offenbart eine Backvorrichtung mit Strahlungsheizelementen mit einer wärmestrahlungsdurchlässigen Abschirmung aus Kunststoff, insbesondere aus K-Zellophanfolie zwischen den Strahlungsheizelementen und dem Backgut. Diese Abschirmung wird gekühlt und schützt den Wärmestrahler vor mechanischen Einflüssen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der bekannten Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung anzugeben, die einerseits strengen Anforderungen an Hygiene und Betriebssicherheit gerecht wird, wie sie sich bei der Lebensmittelverarbeitung stellen, und die andererseits rasche Temperaturwechsel ermöglicht.
• Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 6 beschreiben bevorzugte Ausführungen.
• Die Kunststofffolie erstreckt sich zwischen der mindestens einen Infrarot-Bestrahlungslampe und dem Prozessgut. Sie überdeckt das Prozessgut und verhindert so eine Verunreinigung durch herab fallende Schmutz-, Bruch- oder Staubpartikel. Die Kunststofffolie ist elastisch, so dass selbst bei einem Reißen der Kunststofffolie keine Bruchstücke entstehen, die in das Prozessgut fallen könnten.
• Die Kunststofffolie ist durchlässig für infrarote Strahlung und temperaturbeständig. Die Kunststofffolie kann eine geringe Dicke und damit einhergehend eine geringe Wärmekapazität aufweisen, so dass schnelle Temperaturwechsel möglich sind.
• Die erfindungsgemäße Kunststofffolie ist in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 500°C beständig. Die Temperaturangaben beziehen sich auf kurzzeitige Belastungen. Die obere Anwendungstemperatur bei dauernder Belastung liegt bei mindestens 250°C. Dies gewährt eine hohe Betriebssicherheit. Die Kunststofffolie ist besonders flexibel einsetzbar.
• Bewährt hat sich eine Kunststofffolie, die Polyimid enthält. Polyimide sind nicht brennbar und sie zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit aus. Polyimide sind in Folienformlieferbar, sie sind ausreichend IR-durchlässig und die derartige Polyimide enthaltende Kunststofffolien weisen im Allgemeinen eine hohe mechanische Festigkeit auf. Ein bekanntes Polyimid ist unter der Markenbezeichnung "Kapton" von der Firma Bayer erhältlich. Dieses Polyimid zeich net sich durch eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit aus. Die obere Anwendungstemperatur bei dauernder Belastung in Luft wird mit 260°C spezifiziert; die obere Anwendungstemperatur bei kurzzeitiger Belastung mit 480°C.
• Als besonders vorteilhaft hat sich eine Kunststofffolie erwiesen, die vollständig aus Polyimid besteht. Neben den oben genannten vorteilhaften Eigenschaften zeichnet sich diese Kunststofffolie dadurch aus, dass sie beim Erwärmen keine giftigen Ausgasungen abgibt, so dass ihr Einsatz im Bereich der Lebensmittelverarbeitung aus physiologischen Gesichtspunkten unbedenklich erscheint.
• Erfindungsgemäß weist die Kunststofffolie eine Dicke im Bereich zwischen 20 μm und 2000 μm auf. Dies hat sich unter dem Gesichtspunkt schnelle Temperaturwechsel zu ermöglichen, als günstig erwiesen. Die genannte Untergrenze wird durch die mechanische Festigkeit der Folie bestimmt, die Obergrenze ergibt sich unter anderem aufgrund des Erfordernisses einer ausreichenden IR-Transparenz.
• Es wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung bevorzugt, bei der die Kunststofffolie von einem Spannelement gehalten wird. Das Spannelement kann beispielsweise als Rahmen ausgebildet sein, in dem oder an dem Enden der Folie gehalten werden. Das Spannelement gewährleistet eine ausreichende Formstabilität der Kunststofffolie.
• Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Kunststofffolie und die mindestens eine Infrarot-Bestrahlungslampe als Baueinheit auszubilden. Dies ermöglicht eine vorgefertigte und passgenaue Zusammenstellung von Kunststofffolie und Bestrahlungslampe und trägt zur Betriebssicherheit der Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung bei. Vorteilhafterweise wird die Kunststofffolie an einem Spannelement gehalten, das in die Baueinheit auswechselbar eingesetzt ist. Dadurch wird ein Austausch oder eine Reinigung der Kunststofffolie erleichtert.
• Der Abstand zwischen der Kunststofffolie und der Infrarot-Bestrahlungslampe liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen 20 mm und 200 mm. Bei weiten Abständen ergibt sich eine gleichmäßigere Flächenbelastung der Folie durch IR-Strahlung und damit einhergehend eine geringere thermische Belastung.
• Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels und an hand einer Patentzeichnung näher erläutert. In der Patentzeichnung zeigen im Einzelnen in schematischer Darstellung:
• 1 einen Durchlaufofen mit einer erfindungsgemäßen Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung in einem Schnitt senkrecht zur Transportebene,
• 2 ein erfindungsgemäßes Bestrahlungsmodul in dreidimensionaler Darstellung und
• 3 eine weitere Ausführunsgform einer erfindungsgemäßen Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung in einem Schnitt.
• Der in 1 dargestellte Durchlaufofen dient zum Erwärmen von Backware. Der Durchlaufofen besteht aus mehreren Ofenmodulen, die entlang einer Transportvorrichtung für die Backware aneinandergereiht sind. Die 1 zeigt einen Schnitt durch dasjenige Ofenmodul, in dem die höchsten Temperaturen erreicht werden. Das dargestellte Ofenmodul ist spiegelsymmetrisch; wobei die senkrecht zur Blattebene verlaufende Spiegelebene durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet ist.
• Das Ofenmodul weist ein Außengehäuse 1 auf, das einen Heizraum 2 umgibt. Auf einer Fördereinrichtung 3 aufliegend wird das Backgut 4 senkrecht zur Zeichenebene durch den Heizraum 2 gefördert. Die Fördereinrichtung 3 definiert eine Förderebene, die in 1 anhand einer gestrichelten Linie 5 symbolisiert ist. Oberhalb der Förderebene 5 ist ein Heizmodul 6 vorgesehen, das aus einer Vielzahl von schnellen mittelwelligen Zwillingsrohr-Infrarotstrahlern 7 gebildet wird, die in einem gemeinsamen Gehäuse 8 parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen dem Heizmodul 6 und der Förderebene 5 ist eine Polyimidfolie 9 gespannt, die das Backgut 4 im gesamten Ofenmodul überdeckt. Damit ein Herabfallen von Verunreinigungen aus dem Heizmodul 6 auf das Backgut 4 mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann, überragt die Projektionsfläche der Polyimidfolie 9 auf die Förderebene 5 allseitig die Projektionsfläche des Heizmoduls 6 auf diese Ebene. Die Enden der Polyimidfolie 9 sind in einem umlaufenden Metallrahmen 10 eingeklemmt, der am Gehäuse 8 auswechselbar befestigt ist. Damit sich der Metallrahmen 10 nicht übermäßig aufheizt verläuft er vollständig außerhalb der direkten Bestrahlungsfläche des Heizmoduls 6. Nach oben ist der Heizraum 2 mit einem Gebläse 11 abgeschlossen.
• Bei der Polyimidfolie 9 handelt es sich um ein Prokukt der Firma Bayer, das unter dem Markennamen "Kapton" erhältlich ist. Die Dicke der Polyimidfolie 9 beträgt 50 μm. Der Abstand der Polyimidfolie zu den Zwillingsrohr-Infrarotstrahlern 7 beträgt 90 mm. Es werden kurzwellige Strahler eingesetzt, die auf eine Farbtemperatur von ca. 1600°C ausgelegt sind. Unter diesen Bedingungen erwärmt sich die Polyimidfolie 9 auf eine Temperatur von ca. 250°C.
• Es hat sich gezeigt, daß die Polyimidfolie 9 dieser Belastung im Dauerbetrieb ohne weiteres standhält. Thermische Schäden oder Verformungen an der Polyimidfolie 9 wurden nicht beobachtet; es wurden auch keinerlei giftige Ausgasungen festgestellt. Die Polyimidfolie 9 zeichnet sich durch hohe IR-Transparenz aus.
• Sofern bei den nachfolgenden Darstellungen gemäß den 2 und 3 identische Bezugsziffern wie in 1 verwendet sind, so sind damit Bauteile und Bestandteile der erfindungsgemäßen Bestrahlungsvorrichtung bezeichnet, wie sie anhand 1 für die entsprechenden Bezugsziffern bereits beschrieben worden sind. Auf die obigen Erläuterungen wird insoweit verwiesen.
• Aus der dreidimensionalen Darstellung eines Bestrahlungsmoduls gemäß 2 erkennbar, daß mehrere kurzwellige IR-Strahler 7 mit ihren Längsachsen parallel zueinander, quer zur Förderrichtung 12 des Backgutes 4 ausgerichtet sind. Die IR-Strahler 7 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 13 angeordnet, das nach unten, zum Backgut 4 hin von einer Polyimidfolie 9 dicht abgeschlossen ist. Hierzu wird die Polyimidfolie 9 am Gehäuse 13 mittels eines Spannrahmens 14 gehalten, der um das Gehäuse 13 herumläuft und mittels dem die Polyimidfolie 9 in gespanntem Zustand gehalten wird. Hierzu sind innerhalb des Spannringes 14 Federelemente vorgesehen, die in der 2 nicht dargestellt sind. Der Spannrahmen 14 ist an Gehäuse 13 mittels Flügelschrauben befestigt und leicht abnehmbar. Bei der Polyimidfolie 9 handelt es sich um eine "Kapton-Folie" der Firma Bayer, deren Dicke 1000 μm beträgt.
• Die in 3 dargestellte Bestrahlungsvorrichtung dient zum Erwärmen von Backware. Die Bestrahlungsvorrichtung ist spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei die senkrecht zur Blattebene verlaufende Spiegelebene durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet ist.
• Die Bestrahlungsvorrichtung weist ein Außengehäuse 1 auf, das ein Heizmodul 6, eine Fördereinrichtung 3, auf der aufliegend Backgut 4 gefördert wird, und ein Abdeckvorrichtung 15 umschließt. Die Fördereinrichtung 3 definiert eine Förderebene, die in 3 anhand einer gestrichelten Linie 5 symbolisiert ist und oberhalb von dem das Heizmodul 6 vorgesehen ist. Das Heizmodul 6 wird von einer Vielzahl von kurzwelligen Infrarotstrahlern 7 gebildet, die mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordnet sind. Die Abdeckvorrichtung 15 verhindert eine Verunreinigung des Backgutes 4 durch herabfallende Partikel. Sie umfaßt eine Polyimidfolie 9, die zwischen dem Heizmodul 6 und der Förderebene 5 mittels eines Spannrahmens 16 gespannt ist, wobei der Spannrahmen 16 auf Halteschienen 17 befestigt ist, die jeweils an den sich gegenüberliegenden Seitenwänden des Außengehäuses 1 verlaufen. Damit sich der Spannrahmen 10 nicht übermäßig aufheizt, verläuft er vollständig außerhalb der direkten Bestrahlungsfläche des Heizmoduls 6 Ein Herabfallen von Verunreinigungen aus dem Heizmodul 6 auf das Backgut 4 wird mit Sicherheit ausgeschlossen, da die Projektionsfläche der Polyimidfolie 9 auf die Förderebene 5 allseitig die Projektionsfläche des Heizmoduls 6 auf diese Ebene überragt.
• Bei der Polyimidfolie 9 handelt es sich um ein Prokukt der Firma Bayer, das unter dem Markennamen "Kapton" erhältlich ist. Die Dicke der Polyimidfolie 9 beträgt 250 μm. Der Abstand "D" der Polyimidfolie zu den Infrarotstrahlern 7 beträgt 50 mm. Es werden kurzwellige Strahler eingesetzt, die auf eine Farbtemperatur von ca. 1600°C ausgelegt sind. Unter diesen Bedingungen erwärmt sich die Polyimidfolie 9 auf eine Temperatur von ca. 280°C.
• Es hat sich gezeigt, daß die Polyimidfolie 9 dieser Belastung im Dauerbetrieb ohne weiteres standhält. Thermische Schäden oder Verformungen an der Polyimidfolie 9 wurden nicht beobachtet; es wurden auch keinerlei giftige Ausgasungen festgestellt. Die Polyimidfolie 9 zeichnet sich durch hohe IR-Transparenz aus.

Claims (6)

1. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung zum Einsatz in der Lebensmittelverarbeitung, mit einem Prozessraum, mit einer Transportvorrichtung für den Transport eines Prozessgutes durch den Prozessraum in einer Transportebene, mit mindestens einer oberhalb der Transportebene vorgesehenen Infrarot-Bestrahlungslampe, und mit einer für infrarote Strahlung durchlässigen Abdeckung aus Kunststofffolie, die zwischen Infrarot-Bestrahlungslampe und Transportebene angeordnet ist, wobei die Bestrahlungslampe ein mittel- oder kurzwelliger Infrarotstrahler (6) ist, und wobei die Kunststofffolie (9) in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 500°C beständig ist, deren obere Anwendungstemperatur bei dauernder Belastung bei mindestens 250°C liegt, Polyimid enthält und eine Dicke im Bereich zwischen 20 μm und 2000 μm aufweist.
2. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (9) aus Polyimid besteht.
3. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (9) von einem Spannelement (10; 16) gehalten wird.
4. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (9) und der mindestens eine mittel- oder kurzwellige Infrarotstrahler (6) als Baueinheit (8; 13) ausgebildet sind.
5. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (10) in die Baueinheit (8; 13) auswechselbar eingesetzt sind.
6. Infrarot-Bestrahlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Kunststofffolie (9) und dem mindestens einen mittel- oder kurzwelligen Infrarotstrahler (6) im Bereich zwischen 20 mm und 200 mm liegt.