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Die
Erfindung betrifft eine Heizplatte zum Temperieren insbesondere
großer
Flächen,
beispielsweise in hydraulischen Pressen, mit mehreren von einem
Kühl- und/oder
Heizmedium durchströmbaren
Kanälen.
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Zum
Beheizen oder Kühlen
von Großflächen sind
Heizplatten bekannt, in denen Kanäle gebildet sind, die beispielsweise
von Druckwasser oder Thermoöl
durchströmt
werden. Hierzu existieren aus Stahl- oder Aluminium-Vierkantrohren
zusammengeschweißte
Mäanderplatten,
die mit zusätzlichen Deckplatten
verklebt, verschweißt
oder verschraubt sind. Weiter sind aus Stahl zusammengeschweißte Mäanderplatten
bekannt, bei denen auf eine Stahlplatte senkrechte Stege aufgeschweißt sind,
die durch ein zusätzlich
aufgeschweißtes
Deckblech abgedeckt werden. Ferner wurden Sandwichheizplatten vorgeschlagen,
die aus gelöteten
Kupferrohren bestehen, die in Wärmeleitprofile
aus Aluminium eingebettet und beidseitig mit Deckplatten verklebt
oder verschraubt sind. Schließlich
sind auch Mäanderplatten
aus Aluminium bekannt, die aus massiven Aluminiumplatten bestehen,
in welche ein Rohrhalbquerschnitt eingefräst ist, in den dann Kupferrohre
eingebettet sind.
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Bei
kontinuierlichen Wärmebehandlungsprozessen
oder bei Heiz-Kühl-Anlagen
für Composit-Bauteile
treten sehr hohe Temperaturen auf und es müssen sehr große Energiemengen
transportiert werden. Hierfür
sind die oben genannten Heizplatten mit verklebten, geschweißten oder
geschraubten Deckblechen oder -platten nur bedingt beeignet, da diese
häufig
nicht betriebssicher genug sind. So kann aufgrund von Wärmespannungen
und/oder unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten
Materialien kein kontinuierlicher Wärmeübergang gewährleistet werden. Bei diesen
bekannten Heizplatten kann es daher teilweise zu einer Spaltbildung
kommen, so dass der Wärmewirkungsgrad
abnimmt. Zudem sind die aus Stahl verschweißten Mäander- oder Kammerplatten in
der Herstellung extrem aufwendig und daher sehr teuer.
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Weiter
sind tieflochgebohrte massive Stahl- oder Aluminiumheizplatten bekannt.
Neben den extrem hohen Kosten für
die Herstellung weisen diese den Nachteil auf, dass aufgrund der
runden Tieflochbohrungen für
das Kühl-
und/oder Heizmedium nur vergleichsweise kleine Wärmetauscherflächen zur Verfügung stehen.
Darüber
hinaus müssen
die Tieflochbohrungen an ihren Enden zu Mäandern verschweißt werden,
was den Druckverlust erhöht
und den Transport der fließenden
Medien, wie Öl
oder Wasser, behindert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Heizplatte der eingangs
genannte Art bereitzustellen, welche eine hohe Wärmetauscherfläche für Kühl- und/oder
Heizmedien bei gleichzeitig hoher Betriebssicherheit und geringen Herstellungskosten
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß im Wesentlichen
dadurch gelöst,
dass in einer Heizplatte zumindest im Wesentlichen in einer Ebene
liegend nebeneinander angeordnete Kanäle vorgesehen sind, die einen
Einlass für
das Kühl- und/oder Heizmedium
mit einem Auslass für
das Kühl-
und/oder Heizmedium verbinden, wobei zumindest Abschnitte zweier
benachbarter Kanäle
in einem einstückigen Metallprofilelement
verlaufen, in welches die Abschnitte der Kanäle durch Umformung eingebracht sind.
Ein erfindungsgemäß massives
Profilelement weist den Vorteil auf, dass in diesem keine Wärmespannungen
aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten entstehen. Die
Gefahr einer Spaltbildung besteht daher nicht. Gleichzeitig kann für die Kanäle nahezu
jeder beliebige Querschnitt gewählt
werden, so dass eine besonders hohe Wärmetauscherfläche zwischen
dem die Kanäle
durchströmenden
Medium und der Heizplatte geschaffen wird. Metallprofilelemente
lassen sich umformtechnisch zudem wirtschaftlich und kostengünstig herstellen. Die
erfindungsgemäße Heizplatte
weist gegenüber bekannten,
meist individuell in der Größe ausgebildeten
Heizplatten den Vorteil auf, dass ein modularer Aufbau aus mehreren
Metallprofilelementen ermöglicht
wird. Diese können
in ihrer Länge
den Anforderungen entsprechend gekürzt werden und es können beliebig
viele Metallprofilelemente nebeneinander liegend miteinander verbunden
werden. Es ist daher möglich
aus einer einzigen Ausführungsform
eines Metallprofilelements verschieden gestaltete Heizplatten herzustellen,
ohne dass hierfür
eine große
Anzahl verschiedener Bauteile vorzuhalten wäre. Auch hierdurch werden die
Herstellungskosten gegenüber
bekannten Lösungen
erheblich gesenkt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das einstückige
Metallprofilelement ein gezogenes und/oder gepresstes Aluminiummassivprofil.
In derartige massive, in einem Werkzeug gezogene Aluminiumprofile
lassen sich Kanäle
bzw. Kammern zur Ausbildung von Kanälen mit verschiedenen geeigneten
Querschnitten einbringen. Hierbei können die Wandstärken zwischen
den einzelnen Kanälen
teilweise sehr gering gehalten werden.
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Um
die zur Verfügung
stehende Wärmetauscherfläche in einer
Heizplatte zu erhöhen,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kanäle oder Kammern
einen nicht-kreisförmigen,
insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen. Nach einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung haben die Kanäle
einen abgerundet quadratischen Querschnitt. Es sind jedoch auch
andere Querschnitte der Kanäle
möglich,
beispielsweise mit nach innen ragenden Rippen oder Stegen, welche
die zur Verfügung
stehende Wärmetauscherfläche weiter
vergrößern.
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Die
Verbindung mehrerer einstückiger
Metallprofilelemente zu einer Heizplatte erfolgt vorzugsweise durch
Verschweißen
der Metallprofilelemente. Dies kann manuell, beispielsweise mit WIG-Schweißmaschinen,
oder halbautomatisch durch Reibschweißen erfolgen. Dadurch lässt sich jede
beliebige Fläche
für Heizplatten
zusammenfügen.
Nach dem Schweißvorgang
werden die Heizplatten nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung von oben und unten plangefräst.
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Für die Herstellung
unterschiedlich großer Heizplatten
hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn diese aus wenigstens
einem einstückigen
Metallprofilelement mit einer Höhe
von etwa 61 mm und einer Breite von etwa 20 mm gebildet sind, wobei
in dem Metallprofilelement in Breitenrichtung nebeneinander fünf Kanäle bildende
Kammern vorgesehen sind, die jeweils eine insbesondere im Wesentlichen
quadratische Querschnittsfläche
von etwa 950 mm2 bis etwa 1000 mm2 aufweisen.
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Die
Kammern können
dabei im gleichen Abstand voneinander angeordnet sein. Die zwischen den
Kammern verbleibenden Stege können
eine Wandstärke
von etwa 5 mm aufweisen, während
die äußeren Wände eine
Wandstärke
zwischen etwa 12 mm und etwa 15 mm haben können.
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Um
für das
Kühl- und/oder
Heizmedium, welches beispielsweise Öl oder Wasser sein kann, ein mäanderförmiges Durchströmen zu ermöglichen, kann
an dem wenigstens einen einstückigen
Metallprofilelement wenigstens ein Umlenkelement aus Metall derart
dichtend befestigt sein, dass das Kühl- und/oder Heizmedium aus
einem ersten Kanal in einen benachbarten Kanal umgelenkt wird.
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Die
Umlenkelemente können
jedoch auch derart ausgebildet sein, dass jeweils jeder zweite Kanal
miteinander verbunden wird, so dass das Medium durch jeden zweiten
Kanal in eine erste Richtung durch die Heizplatte fließt und in
die entgegengesetzte Richtung durch die jeweils dazwischen liegenden Kanäle zurückfließt. Hierdurch
ist eine gleichmäßigere Temperierung
der Heizplatten möglich.
Weiter können
auch mehrere Kanäle
zu Gruppen zusammengefasst werden.
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Das
Umlenkelement ist vorzugsweise ein insbesondere ausgefrästes, massives
Aluminiumprofil. Dieses ist nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung jeweils an den Plattenenden der Metallprofilelemente
angeschweißt.
Durch die Art der Ausfräsung
kann beliebig festgelegt werden, ob einzelne Kammern, Kammergruppen
oder die gesamte Anzahl der Kammern einer Platte durchströmt werden
soll. Zudem lässt
sich somit sehr präzise
die Energiemenge steuern, die in die Platte fließt.
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Weiter
kann durch die Gestaltung der Umlenkelemente der Druckverlust stark
reduziert werden, so dass auch Pumpen mit niedriger Druckkennlinie
verwendet werden können.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Heizplatte
ist die Wärmetauscherfläche für das Kühl- und/oder Heizmedium
deutlich größer als
die Außenoberfläche der
Heizplatte selbst. So entspricht die Wärmetauschertläche für das Kühl- und/oder
Heizmedium wenigstens dem Zweifachen, insbesondere etwa dem Dreifachen,
der Außenoberfläche der
Heizplatte. Hierdurch können
Wärmeverluste
erheblich besser ausgeglichen werden als bei tieflochgebohrten Massivheizplatten.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Heizplatten liegt in dem
im Verhältnis
zur Festigkeit sehr geringen Gewicht. So beträgt das Gewicht einer erfindungsgemäßen Heizplatte
vorzugsweise weniger als etwa 150 kg/m2,
insbesondere etwa 100 kg/m2. Hierdurch sinkt
nicht nur der Eigenwärmebedarf
der erfindungsgemäßen Heizplatten,
sondern es lassen sich auch die Kosten verhältnismäßig gering halten.
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Einzelne
der Kanäle
können
für die
Beaufschlagung mit Druckluft oder Vakuum an den Enden verschlossen,
insbesondere zugeschweißt,
sein, wobei das Kühl- und/oder Heizmedium
durch ein entsprechend ausgefrästes
Umlenkelement in die dafür vorgesehenen,
bspw. benachbarten Kanäle
geleitet und mäanderförmig umgelenkt
werden kann.
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Weiter
betrifft die Erfindung eine Presse, insbesondere eine hydraulische
Presse, mit einer Heizplatte der oben genannten Art.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf
die Zeichnung näher
erläutert.
Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung,
unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Heizplatte,
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2 eine
Seitenansicht der Heizplatte nach 1,
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3 einen
Schnitt durch die Heizplatte nach 1 entlang
der Linie A–A,
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4 einen
Schnitt durch die Heizplatte nach 1 entlang
der Linie C–C,
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5 einen
Schnitt durch die Heizplatte nach 1 entlang
der Linie B–B,
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6 im
Querschnitt ein Metallprofilelement für eine erfindungsgemäße Heizplatte
und
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7 in
Perspektivansicht einen Längsschnitt
durch die Heizplatte nach 1.
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Die
in den Figuren dargestellte Heizplatte 1 ist, wie insbesondere
aus den 1 und 5 ersichtlich
ist, aus sieben Metallprofilelementen 2 aufgebaut, von
denen ein Metallprofilelement 2 in 6 im Querschnitt
gezeigt ist. Jedes Metallprofilelement 2 ist als ein gezogenes
Aluminiummassivprofil mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt
ausgebildet, wobei nebeneinander liegend und parallel verlaufend
fünf Kammern 3 mit
einem abgerundet quadratischen Querschnitt in dem Metallprofilelement 2 ausgebildet
sind. Die sieben Metallprofilelemente 2 sind miteinander
verschweißt,
um die Heizplatte 1 auszubilden.
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An
den in 1 seitlichen Enden ist jeweils ein Umlenkelement 4a bzw. 4b vorgesehen.
Die Umlenkelemente 4a, 4b sind ebenfalls als massive
Aluminiumprofile ausgebildet, in welche kanalartige Vertiefungen 5 ausgefräst sind,
welche die Kammern 3 miteinander verbinden, um Strömungskanäle für ein Kühl- und/oder Heizmedium
zu bilden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind, wie auch aus 7 ersichtlich ist, jeweils zwei
durch die Kammern 3 gebildete Kanäle mäanderförmig mit zwei benachbarten
Kanälen
verbunden. Die durch die Kammern 3 und die Vertiefungen 5 gebildeten
Kanäle
verbinden somit einen in 1 links oben angeordneten Einlass 6 mit
einem in 1 rechts unten angeordneten
Auslass 7 der Heizplatte 1. Ein zum Temperieren
der Heizplatte 1 durch diese geleitetes Kühl- und/oder
Heizmedium kann die Heizplatte 1 somit gleichmäßig temperieren.
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Durch
die Ausgestaltung der Kammern 3 mit einem im Wesentlichen
quadratischen Querschnitt wird eine besonders große Wärmetauschertläche für das durch
die Kammern 3 fließende
Medium erzeugt. Gleichzeitig ist auch der Strömungswiderstand in den Kammern 3 und
den Vertiefungen 5 gering, so dass nur minimale Druckverluste
auftreten. Zudem ist das Gewicht der Heizplatte 1 durch
die Ausgestaltung der Metallprofilelemente 2 gering, so
dass der Eigenwärmebedarf
und die Materialkosten niedrig gehalten werden können.
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Durch
den modularen Aufbau der Heizplatte 1 aus mehreren Metallprofilelementen 2 und
den Umlenkelementen 4a bzw. 4b lassen sich beliebig
große Heizplatten 1 individuell
an die Erfordernisse beispielsweise in einer hydraulischen Presse
angepasst herstellen.
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Das
Verschweißen
der einzelnen Metallprofilelemente und der Umlenkelemente kann manuell oder
automatisiert erfolgen. Durch ein Planfräsen nach dem Verschweißen lassen
sich Heizplatten mit einer glatten und ebenen Oberfläche herstellen.