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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung
von Glasplatten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1.
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Die
Druckschrift
DE 2 043
942 B2 beschreibt ausführlich
eine Wärmebehandlung
von Glasplatten, die zum Aussondern von vorgespannten, gegen Spontanbruch
nach längerer
Zeit am Einbauort, z. B. einer Hausfassade, anfälligen Glasplatten angewendet
wird. Man nennt dieses Verfahren Alterungsbehandlung oder auch „Heat-Soak-Test". Es kann vor oder
nach dem Vorspannen der Glasplatten durchgeführt werden.
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Auslöser der
spontanen Zerstörung
von vorgespannten Glasplatten sind eingelagerte Nickelsulfid-Körner, welche
im Laufe der Zeit wachsen und schließlich das Glas sprengen. Um
einen unverhältnismäßig hohen
Aufwand bei der Rohstoffprüfung, Glasschmelze
und Plattenprüfung
zu vermeiden, simuliert der Heat-Soak-Test an allen in Frage kommenden
Platten einen längeren
Zeitraum unter Einsatzbedingungen. Für eine spontane Zerstörung der genannten
Art anfällige
Platten überstehen
den Test nicht, während
unzerstörte
Platten als unbedenklich einsetzbar anzusehen sind.
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In
dem genannten Dokument wird ein brennerbeheizter Ofen beschrieben,
in dem einzeln durchlaufende Glasplatten mit zirkulierender Heißluft beheizbar
sind, der jedoch kein Gebläse
hat. Auch werden verschiedene Temperaturverläufe über der Zeit und auch unterschiedliche
Zeitspannen für
die Testdurchführung
untersucht. Der interessierende Temperaturbereich liegt bei 100
bis 400°C,
die Einwirkzeiten bis zu mehreren Stunden.
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Die
Nachfrage nach Fassadenverkleidungen aus vorgespannten Glasplatten
ist sehr hoch. Man muss bei großen
Mengen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten reproduzierbare Testergebnisse
in kurzer Zeit erzielen. Diese Forderung wird unter anderem durch
gleichzeitiges Wärmebehandeln
einer größeren Anzahl
von zu testenden Glasplatten und deren möglichst rasches und gleichmäßiges Aufheizen erfüllt. Zum
Durchführen
des Tests dienen geeignete Öfen
mit geschlossenen Kammern. Wegen der schlechten Wärmeleitung
von Glas erscheint eine Konvektionsheizung zweckmäßiger als
eine Strahlungsheizung.
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Aus
der Druckschrift DD 159 769 ist ein elektrisch beheizter Konvektions-Kammerofen
mit Gebläsen
zur Wärmebehandlung
von Glaserzeugnissen bekannt. Mit diesem Ofen soll die Ansprechgeschwindigkeit
von photochromen, also mit Silberhalogeniden kombinierten Gläsern optimiert
werden. Daher kommt es besonders auf eine homogene Temperaturverteilung
und -steuerung in der quaderförmigen Beschickungskammer
an. Zielsetzung dieses bekannten Konvektions-Ofens ist es, Temperaturverluste
bei der Wärmebehandlung
größerer Stückzahlen oder
großvolumiger
Glaskörper
in der Beschickungskammer zu mini mieren. Hierzu wird ein umfangreiches
und aufwendiges Luftführungs-Kanalsystem eingesetzt,
wobei Teilströme über bewegliche
Klappen getrennt und/oder vermischt werden können.
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Die
Gebläse
und Heizregister befinden sich oberhalb der Beschickungskammer,
und die Luftströmung
wird von dort über
Kanäle
zum Boden der von unten nach oben durchströmten Kammer geführt. Die Glaserzeugnisse
sind in der Beschickungskammer in einem mit Durchströmungsöffnungen
versehenen Palettenwagen untergebracht.
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Die
DD-Druckschrift gibt keine Hinweise darauf, wie die Anströmung der
einzelnen Glaserzeugnisse mit Heißluft optimiert werden könnte, und
offensichtlich bleiben zwischen den Wänden des Palettenwagens und
der Beschickungskammer noch Freiräume. Weil beim Heat-Soak-Test
zwangsläufig
Scherben von zerstörten
Glasplatten auf den Boden der Ofenkammer fallen, sind bei Vorrichtungen
für dieses Verfahren
bodenseitige Einblasöffnungen
für die Heißluftströmung tunlichst
zu vermeiden, um das Entfernen der Glasplatten nicht unnötig zu behindern.
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Bei
anderen herkömmlichen
Heat-Soak-Öfen
(vgl. 1a und 1b) wird
aufgeheizte Luft mittels eines Ventilators oder eines Gebläses in Längsrichtung
durch eine die Glasplatten aufnehmende Kammer gefördert. Zum
Be- und Entladen der Kammer dient z. B. ein sogenanntes A-Gestell
mit einem leiterartigen Unterbau und einer zentralen Gestellwand.
Die Glasplatten werden darauf beidseits der Gestellwand in zwei
leicht aus der Vertikalen geneigten, von oben nach unten divergierenden
Paketen aus parallelen Platten aufgestellt. Beispielsweise werden
die Einzelplatten mittels vertikaler Stangen auf Abstand voneinander
gehalten. Der insgesamt durchströmte
Querschnitt in der Kammer ist deutlich größer als der Querschnitt des
Gestells nebst den zu testenden Glasplatten. Weil die umgewälzte Luft auch
außen
an der Gesamtheit aus Gestell und Plattenpaketen vorbeiströmen kann,
werden die Spalte zwischen den Glasplatten unzureichend durchströmt. Die
innenstehenden Glasplatten werden dadurch nur verzögert aufgeheizt
bzw. abgekühlt,
so dass die Testzyklen relativ viel Zeit brauchen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung
zur Wärmebehandlung von
Glasplatten, insbesondere zum Durchführen des Heat-Soak-Tests, anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem
Patentanspruch 1 gelöst.
Die Merkmale der Unteransprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.
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Die
Gesamtheit aus Gestell, Abstandhaltern und Glasplatten ist in der
Umluftströmung
innerhalb der Kammer als Drossel oder Strömungswiderstand anzusehen.
Wenn die Spalte zwischen den Platten gleichmäßig durchströmt werden
sollen, so muss man Bypassströmungen
zwischen den Kammerwänden
und den Glasplatten möglichst
weitgehend aus schließen
bzw. deren Querschnitte minimieren, damit sich eine hinreichende
Druckdifferenz zwischen Anström-
und Abströmseite
aufbauen kann.
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von parallelen
Glasplatten (3), die durch Bildung von Freiräumen zwischen
den besagten Platten auf Abstand voneinander gehaltenen werden,
insbesondere zum Durchführen
eines Heat-Soak-Tests, umfassend:
- – mindestens
eine beheizbare Kammer,
- – mindestens
ein Gestell mit Abstandhaltern zum Aufnehmen mehrerer Glasplatten
in der Kammer,
- – Mittel
(13) zum Erzeugen einer die Temperatur der Glasplatten
durch Konvektion einstellenden Strömung innerhalb der Kammer,
und
deren Einströmungsbereich
der Strömung
in den Zwischenräumen
auf die anströmseitigen äußeren Abmessungen
der in der Kammer befindlichen Gesamtheit aus Glasplatten und Gestell
begrenzt ist und ein notwendiger Druckunterschied zwischen der Anströmseite in
den besagten Zwischenräumen
und der Abströmseite
außerhalb
der besagten Zwischenräume
entsteht. Diese Begrenzung ist zumindest dann wirksam, wenn die
Kammer und die Gebläse nach
dem Beschicken im Betrieb sind. Liegt nämlich einmal eine Einströmung in
die besagten Spalte vor, so bilden die großflächigen Glasplatten Kanalwände, zwischen
denen sich eine Durchströmung
ausbildet.
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Um
einen möglichst
guten Wärmeaustausch (Konvektion)
zwischen der strömenden
Luft und den Glasplatten zu erreichen, müssen ferner Störungen und/oder
vorzeitige Abströmungen
innerhalb der Glasplattenpakete weitgehend ausgeschlossen werden.
Es empfiehlt sich deshalb, gemäß einer
Weiterbildung die Strömungsrichtung
parallel zur Längserstreckung
der Abstandhalter des Gestells zu legen. Auf diese Weise bilden
die Abstandhalter, die man zweckmäßig möglichst weit zu den Stirnrändern der Glasplatten
hin und bei Bedarf noch als Zwischenstützen anordnet, weitere Kanalwände, welche
vorzeitiges Abströmen
der Luft aus den Spalten zu den Seiten hin (quer zur Hauptströmungsrichtung)
verhindern.
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Im
Hinblick auf die äußere Gestalt
des beispielsweise verwendeten A-Gestells und der darauf ruhenden
Glasplatten erscheint es nach einer Weiterbildung besonders zweckmäßig, die
Strömung
in vertikaler Richtung von oben nach unten an den Glasplatten entlang
zu führen.
Damit steht auf der Druckseite -an der Spitze des A- nur ein vergleichsweise kleiner
Strömungsquerschnitt
zur Verfügung,
was den Aufbau der benötigten
Druckdifferenz fördert. Der
Boden der Kammer kann eben und glatt ausgeführt werden, weil dort keine
besonderen Maßnahmen
zur Strömungslenkung
erforderlich sind. Das ist auch von Vorteil beim Ladungswechsel
und beim Entfernen der unvermeidlichen Scherben. Letztere fallen
bei ste hender Anordnung der Glasplatten im Gestell bzw. in der Kammer
einfach zu Boden, ohne weiteren Schaden anzurichten.
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Jedoch
ist die stehende Anordnung der Glasplatten zur Anwendung der hier
erörterten
Strömungsführung bzw.
Querschnittabstimmung nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann
die Vorrichtung auch mit einem Gestell arbeiten, das die Glasplatten flach
liegend aufnimmt. Dann ist natürlich
die Strömung
im wesentlichen in horizontaler Richtung an den Glasplatten entlang
und durch deren Zwischenräume
zu führen,
wiederum zweckmäßig in Richtung der
Längserstreckung
der Abstandhalter. Bei dieser Anordnung wird man geeignete Maßnahmen
treffen, um Schäden
an Glasplatten durch die fallweise zu erwartenden Scherben anderer
Platten auszuschließen.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist in der Kammer mindestens
eine bewegliche Wand zum variablen Einstellen des Strömungsquerschnitts
im Bereich des Gestells vorgesehen. Damit kombiniert man einen dem
Ladungswechsel dienlichen weiten Ruhequerschnitt der Kammer mit einer
flexiblen Anpassung des betrieblich verfügbaren Zuströmquerschnitts
an den Beladungsgrad und/oder die Größe des Gestells bzw. der Glasplatten.
Bei der bevorzugten symmetrischen, zweiseitig beladbaren Ausbildung
des in der Kammer verwendeten Gestells wird man in der Kammer beidseits dessen
zu den Glasplatten parallelen Längsseiten bewegliche
Wände vorsehen.
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Es
ist allerdings auch eine Kammer mit einem fest eingebauten Gestell
denkbar. Ist dann noch der Beladungsgrad dieses Gestells im Betrieb
immer gleich, so könnte
sogar mit einem unveränderlichen Zuströmquerschnitt
gearbeitet werden.
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Bei
geeigneter konstruktiver Ausbildung der beweglichen Wände bzw.
deren Anlenkungen können
diese auch nach Bedarf unterschiedliche Betriebsstellungen einnehmen,
um Beladungs- oder Größenunterschiede
zwischen verschiedenen Gestellen und Glasplattenchargen auszugleichen.
Ihre Betätigung
bzw. das Einstellen der unterschiedlichen Stellungen kann z. B.
rein mechanisch von Hand geschehen. Man kann aber auch automatische
Steuerungen vorsehen, welche mit dem Einschalten des Gebläses bzw.
dem Schließen
der beladenen Kammer zusammenwirken.
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Eine
andere Option ist das bedarfsgerechte Einstellen der lichten Weite
des Überströmspalts selbst
mittels beweglicher Wände.
Man kann zu diesem Zweck z. B. die Länge der abgewinkelten Wandabschnitte
variabel gestalten.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der beigefügten Zeichnung
und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung
hervor.
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Es
zeigen in starker Vereinfachung
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1a, 1b zwei
Ansichtsskizzen eines bekannten Heat-Soak-Ofens; und
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2 eine
Ausführungsform
der Erfindung, wobei die linke Hälfte
der Fig. den Zustand der Kammer während des Be- und Entladens
darstellt und die rechte Hälfte
den Betriebszustand bei laufendem Gebläse zeigt.
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Gemäß den 1a und 1b umfasst eine
Vorrichtung zur Wärmebehandlung
von Glasplatten eine wärmeisolierte
Kammer 1, die in nicht gezeigter Weise von der rechten
Seite (1a) her durch Türen beschickbar
ist. In der Kammer 1 steht ein rollbares Gestell 2.
In der gegenüber 1a um 90° gedrehten
Ansicht der 1b erkennt man, dass das Gestell 2 ein
Untergestell 2a und eine mittige Gestellwand 2b hat,
zu deren beiden Seiten je ein leicht aus der Vertikalen geneigtes
Paket aus parallel stehenden Glasplatten 3 auf einer Ladeplattform
steht. Zwischen den einzelnen Platten sind durch stehende Abstandhalter 2c Spalte
gebildet. Unter der Decke der Kammer 1 befindet sich ein
Strömungskanal 4 mit einem
Gebläse 5 und
einem stromab davon liegenden, in nicht näher gezeigter Weise regelbaren
Wärmetauscher 6.
Das Gebläse 5 saugt
in der unter Atmosphärendruck
stehenden Kammer 1 von rechts in den Strömungskanal 4 an.
Der Umluftstrom gelangt zunächst
zum Wärmetauscher 6 und
wird von diesem auf eine gewünschte
Temperatur gebracht. An der linken Stirnwand der Kammer wird der
Umluftstrom zunächst
um 90° umgelenkt
und tritt dann durch eine mit Durchbrüchen 7 versehene Trennwand 8 -wieder
um 90° umgelenkt-
in die Kammer 1 aus, wo er stirnseitig auf die Glasplatten
auftrifft. Das Gestell nebst den Glasplatten wird im wesentlichen
in Längsrichtung
um- und durchströmt.
Die Temperatur wird durch Konvektion von der Umluftströmung auf die
Glasplatten -und das Gestell- übertragen.
Die Abstandhalter 2c behindern jedoch, wie eingangs schon erwähnt, die
Durchströmung
der Spalte zwischen den einzelnen Platten 3.
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Demgegenüber zeigt 2 eine
zum Schaffen einer besseren Durchströmung der Glasplattenpakete
modifizierte Vorrichtung mit einer Kammer 11, dem darin
stehenden symmetrischen Gestell 2 und den Glasplatten 3 nebst
den dazwischenstehenden Abstandhaltern 2c in Stirnansicht
entsprechend der 1b. Man sieht von außen in die
zum Beladungswechsel geöffnete
Kammer hinein, die an zumindest einer ihrer Stirnseiten durch nicht
dargestellte Türen verschließbar ist.
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In
der linken Hälfte
der 2 ist der Zustand der symmetrischen Kammer während des
Be- und Entladens dargestellt, in der rechten Hälfte ist der Betriebszustand
bei laufendem Gebläse
gezeigt.
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Eine
erste Maßnahme
zum Verbessern des Wärmeübergangs
von der umgewälzten
Luft auf die Glasplatten besteht in einer geänderten Strömungsführung. Man erkennt, dass beidseits
des Gestells 2 an den Längsseiten
der Kammer 11 Strömungskanäle 12 mit
eingebauten Gebläsen 13 und
stromab davon liegenden Wärmetauschern 14 vorgesehen
sind.
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Die
Gebläse 13 fördern jeweils
einen Luftstrom in vertikaler Richtung vom Boden der Kammer 11 nach
oben zu deren Decke 15.
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Die
Strömungskanäle 12 sind
gegenüber
der Kammer 11 durch vertikale, feststehende Trennwände 16 abgeteilt,
die sich über
die gesamte Länge
der Kammer zwischen deren Stirnseiten erstrecken. Unterhalb der
Decke 15 schließen
sich zur Kammermitte hin abgewinkelte Wandabschnitte 17 an
die Trennwände 16 an,
welche zwischen ihren Stirnkanten 18 nur noch einen Überströmspalt 19 freilassen,
dessen lichte Weite deutlich geringer als die Breite der Kammer 11 ist.
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Als
weitere Maßnahme
zum Verbessern der Umströmung
der einzelnen Glasplatten sind in der Kammer 11 bewegliche
Wände 20 vorgesehen.
Diese Wände
erstrecken sich innerhalb der Kammer 11 auf gleicher Länge wie
die Trennwände 16 der
Strömungskanäle. Sie
sind im Bereich der Stirnkanten 18 der Wandabschnitte 17 der
Trennwände
angelenkt und können
in nicht näher
dargestellter Weise in verschiedenen Stellungen festgelegt werden.
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Die
bewegliche Wand 20 auf der linken Seite befindet sich in
einer Be- und Entladestellung, in der sie sich von außen an die
den Strömungskanal 12 abteilende
Trennwand 16 anlegt. So bleibt zwischen dem beladenen Gestell 2 und
der Wand 20 ein relativ weiter Freiraum.
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Die
bewegliche Wand 20 auf der rechten Seite ist demgegenüber in ihrer
Betriebsstellung möglichst
nahe an die äußere Glasplatte 3 des
rechten Plattenpakets herangeführt,
ohne diese jedoch zu berühren.
Vielmehr sollte noch ein durchgehender, relativ schmaler Freiraum
zwischen Wand und Glasplatte bleiben, damit auch die Außenseite
der außenstehenden
Glasplatte überströmt wird.
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Man
erkennt ohne weiteres, dass mit diesen Maßnahmen eine deutlich verbesserte
An- und Umströmung
der zu behandelnden Glasplatten selbst bei Verwendung des gleichen
Gestells wie beim Stand der Technik realisiert ist. In der stark
schematisierten Darstellung sind Leitschaufeln und dgl. weggelassen.
Selbstverständlich
sind aber in den Strömungskanälen und
an deren Wänden
sowie an der Kammerdecke 15 geeignete Leiteinrichtungen
zum Minimieren von Strömungswiderständen vorgesehen.
Bei Bedarf wird man in dem flachen und breiten Querschnitt der Strömungskanäle mehrere
Gebläse und
Wärmetauscher
nebeneinander anordnen. Man kann auch geeignete Luftführungsmittel
vorsehen, welche den Luftstrom ausgehend von der breiten Ansaugfront
nahe dem Kammerboden zunächst
einschnüren
und dem jeweiligen Gebläse
nebst Wärmetauscher
zuführen
und dann wieder über
die Kammerlänge
auffächern.
Im Überströmspalt 19 ist
für eine über dessen
gesamte Länge
homogene Strömung
und Temperatur zu sorgen.
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An
der Decke 15 werden die Luftströme aus den beiden Strömungskanälen um 90° oberhalb
der Wandabschnitte 17 umgelenkt und werden in der Mitte
der Kammer 11 zusammengeführt und vermischt. Bei einem über die
Länge der
Kammer 11 gleichförmigen
Strömungsprofil
wird der Gesamtstrom in der Deckenmitte durch die angedeutete Leiteinrichtung nach
unten umgelenkt. Er passiert den Überströmspalt 19 mit Strömungsrichtung
nach unten und trifft auf die oberen Kanten der aufgestellten Glasplatten 3 und
des Gestells 2. Infolge der engen Spalte zwischen den in
Betriebsstellung gebrachten beweglichen Wänden 20 und den jeweils
außenstehenden Glasplatten
gibt es keine uneffektive Bypassströmung. Auch bildet der Überströmspalt 19 einen
relativ kleinen Gesamtquerschnitt, so dass sich auf der Oberseite
der Glasplatten ein erheblicher Druck aufbauen kann. Demgegenüber herrscht
am Boden der Kammer und unter dem Gestell bzw. an den Unterkanten
der Glasplatten ein relativ geringer Druck, weil dort die Gebläse ansaugen.
Im Vergleich mit dem gezeichneten Stand der Technik ist auch der
Gesamtweg der Strömung
durch die Spalte kürzer,
so dass innerhalb dieser Strecke auftretende innere Wärmedifferenzen
in den Glasplatten längs
der Strömungsrichtung
verringert werden.
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Damit
werden zwangsläufig
alle Spalte zwischen den einzelnen Glasplatten sowie zwischen den
beweglichen Wänden
und den jeweils äußeren Glasplatten
annähernd
gleichmäßig von
oben nach unten durchströmt,
wobei die Strömungsrichtung
parallel zur Längserstreckung
der zwischen den Glasplatten stehenden Abstandhalter verläuft. Man
erhält so
einen sehr guten und gleichmäßigen Wärmeübergang
zwischen den Glasplatten und der Umluftströmung.
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Abweichend
von der Prinzipdarstellung kann man auch mit nur einem seitlichen
Strömungskanal arbeiten,
wenn wie beim Stand der Technik entsprechend leistungsfähige Gebläse und Wärmetauscher verwendet
werden.
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Man
kann ferner Gebläse
einer Bauform verwenden, die die Strömung innerhalb ihres Gehäuses umlenkt
(Walzenlüfter
oder Querstromlüfter)
und diese in den oberen Ecken der Kammer anordnen. Auf die Bauart
der Gebläse
und der Wärmetauscher
und ihre Anordnung in der Kammer kommt es jedoch bei der Verwirklichung
der Erfindung nicht entscheidend an. Angemerkt sei aber, dass der
Begriff Wärmetauscher
verwendet wird, um klarzustellen, dass mit der hier erörterten
Vorrichtung nicht nur ein Aufheizen der Glasplatten, sondern auch
gezieltes Durchlaufen von programmierten Temperaturwechselzyklen
mit Aufheizen und Abkühlen
ermöglicht
werden soll.
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Zum
bedarfsweisen Kühlen
der Strömung kann
man auch, statt eine Umluftströmung
nur über die
Wärmetauscher
zu kühlen,
Außenluft
beimischen und damit die Abkühldauer
verkürzen,
d. h. die Vorrichtung ist nicht auf das Arbeiten mit Umluft beschränkt.
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Generell
ist die Vorrichtung auch nicht auf den Heat-Soak-Test beschränkt, wenn
sie auch besonders auf dessen Belange zugeschnitten ist.
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Es
versteht sich des weiteren, dass man bei Verwendung anderer Bauformen
von Gestellen, insbesondere asymmetrischen mit nur einer Ladeplattform,
auch die entsprechende Kammer daran anpassen wird. Insbesondere
ist es nicht zwingend erforderlich, zwei bewegliche Wände vorzusehen,
wenn eine eindeutige Lagebeziehung zwischen einer Seite des Gestells
und ggf. seiner Beladung und einer festen Kammerwand sichergestellt
werden kann.