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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kerzen, bei dem flüssiges Kerzenmaterial in eine nach oben offene Kerzenform gefüllt wird und anschließend mit Hilfe eines tiefkalt verflüssigten Gases oder Gasgemisches gekühlt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine entsprechende Vorrichtung.
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Bei der Herstellung von Kerzen im Gießverfahren wird eine hohle Kerzenform mit einem Docht versehen und anschließend mit verflüssigtem Kerzenmaterial, beispielsweise Paraffin, Stearin, Ceresin oder Wachs befüllt. Anschließend muss die Kerze bis zur Verfestigung des Kerzenmaterials abgekühlt werden, bevor eine weitere Verarbeitung der Kerze bzw. die Verpackung der Kerzen in Versandeinheiten erfolgen kann. Die Dauer der Abkühlphase bestimmt maßgeblich die Produktionsdauer der Kerzen und trägt daher wesentlich zu den Herstellungskosten bei. Zudem kann es während der Abkühlphase beispielsweise durch Vibrationen der Transportbänder oder durch äußere Luftströmungen zu einer Aufwellung der Kerzenoberfläche kommen, durch die die optische Qualität der Kerze beeinträchtigt wird. Je länger die Dauer der Abkühlphase ist, desto größer ist naturgemäß die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten derartiger Störungen.
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Der Versuch, durch den Einsatz von Luftgebläsen die Abkühlzeit merklich zu verringert, scheitert daran, dass durch die Luftströmung die Form der Oberfläche der erkaltenden Kerze verändert wird und dadurch die optische Qualität beeinträchtigt wird. Um dies zu vermeiden, kann nur ein sehr schwacher Luftzug zur Kühlung eingesetzt werden, weshalb die Abkühlzeit auf diesem Wege nur geringfügig verkürzt werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit, die Abkühlzeit zu verringern ist, die mit flüssigem Kerzenmaterial gefüllten Kerzenformen durch einen Kühltunnel zu führen, in dem eine kalte Atmosphäre vorherrscht. Diese Lösung ist jedoch mit einem hohen apparativen Aufwand und einem erheblichen Verbrauch an Kältemittel verknüpft.
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Aus der
EP 0 774 502 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kerzen bekannt, bei dem zur Abkühlung ein kryogenes Medium, also ein verflüssigtes Gas oder Gasgemisch, insbesondere Flüssigstickstoff zum Einsatz kommt. Dabei werden die mit dem flüssigen Kerzenmaterial befüllten Kerzenformen einzeln nacheinander durch sogenannte Sprühgassen geführt, währenddessen das verflüssigte Gas mittels Düsen seitlich auf die Außenoberfläche der Kerzenformen gesprüht wird. Die Düsen sind dabei in Rohren angeordnet, die seitlich zu den Kerzenformen und parallel zur Transportrichtung der Kerzen angeordnet sind. Das verflüssigte Gas wird so zielgerichtet auf die Kerzenformen gesprüht, wodurch der Verbrauch an Kältemittel gegenüber der Kühlung in einem Kühltunnel reduziert werden kann. Nachteilig bei diesem Gegenstand sind jedoch der hohe apparative Aufwand und die nur ungenügende Wärmeübertragung durch die Wand der Kerzenformen hindurch.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kerzen bereit zu stellen, bei der die Abkühlzeit des in die Kerzenformen eingebrachten flüssigen Kerzenmateriales ohne hohen apparativen Aufwand verkürzt werden kann.
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Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein Verfahren der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung ist erfindungsgemäß also dadurch gekennzeichnet, dass das als Kühlmedium eingesetzte tiefkalt verflüssigte Gas oder Gasgemisch in einer Sprühdüse zu einem Nebel aus feinen Tröpfchen und kaltem Gas versprüht und der Nebel in Richtung auf die Oberfläche des flüssigen Kerzenmaterials in der Kerzenform ausgetragen wird. Als „tiefkalt verflüssigtes Gas” wird hier generell ein Gas verstanden, dessen flüssiger Zustand durch die Absenkung auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunkts hergestellt wird, wobei dieser deutlich unter der Umgebungstemperatur, bevorzugt unterhalb von –100°C (173 K) liegen sollte. Bevorzugt handelt es sich bei dem tiefkalt verflüssigten Gas um flüssigen Stickstoff oder verflüssigtes Argon.
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Im Unterschied zum Gegenstand der
EP 0 774 502 B1 , bei dem die Kühlung des Kerzenmaterials indirekt, durch die Wand der Kerzenform hindurch erfolgt, wird also das kryogene Kühlmedium in Richtung auf das erkaltende Kerzenmaterial aufgetragen. Es findet somit ein wesentlich besserer Wärmeübergang statt, und die Verdampfungsenthalpie des Kühlmediums kann sehr effektiv zum Kühlen des Kerzenmaterials genutzt werden. Es kommt daher rasch zu einer Verfestigung der Oberfläche des Kerzenmaterials in dem Bereich, der mit dem Kühlmedium in Kontakt gebracht wurde. Gleichzeitig verhindert die Versprühung des Kältemediums zu einem aus feinen Tröpfchen bestehenden Nebel, dass das Auftreffen des flüssigen oder verdampften Kühlmediums auf die Oberfläche des flüssigen Kerzenmaterials zu Störungen der Oberflächengestalt und damit zu einer Verschlechterung der optischen Qualität der Kerze führt. Die Zerstäubung des tiefkalt verflüssigten Kühlmediums wird dabei wesentlich durch das schlagartige Verdampfen von zumindest einem Teil des Kühlmediums beim Austritt aus der Düsenöffnung bewirkt.
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Bevorzugt tritt bei der Kühlung des Kerzenmaterials zumindest ein Teil der Tröpfchen des Kühlmediums mit dem flüssigen Kerzenmaterial in direktem thermischem Austausch. In diesem Falle trifft also flüssiges Kühlmedium direkt auf die Oberfläche des Kerzenmaterials auf. Dadurch ist ein besonders effektiver Wärmeübertrag gewährleistet.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kühlmedium im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Kerzenmaterials gesprüht. Im einfachsten Fall geschieht dies dadurch, dass die Sprühdüse beim Einsatz der Abkühleinrichtung senkrecht über der mit dem flüssigen Kerzenmaterial gefüllten Kerzenform angeordnet ist. In diesem Fall unterstützt die Schwerkraft die Bewegung der Tröpfchen des Kühlmediums in Richtung auf die Kerze. Das Kühlmedium kann somit mit geringerem Druck ausgestoßen werden und/oder breiter im Raum verteilt werden.
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Vorzugsweise wird der Ausstoß des Kühlmediums aus den Sprühdüsen nach einem vorgegebenem Programm in Abhängigkeit von der relativen Position der Kerzenform gegenüber der Sprühdüse und/oder dem zeitlichen Verlauf der Abkühlung des Kerzenmaterials gesteuert. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass nur dann Kühlmedium aus den Sprühdüsen ausgestoßen wird, wenn es tatsächlich zur Kühlung benötigt wird. Eine entsprechende Steuerung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die relative Position der Kerzenform mittels eines geeigneten Detektors, beispielsweise einer Fotozelle, festgestellt wird und erst dann, wenn sich die Kerze im Arbeitsbereich der Sprühdüse befindet, ein Sprühstoß aus der Sprühdüse erfolgt. Auch liegt es im Rahmen der Erfindung, den Druck und/oder die Menge des Ausstoßes an Kühlmedium pro Zeiteinheit an die Kerzengeometrie, das Kerzenmaterial und/oder an Phasen der Erstarrung des Kerzenmaterials anzupassen, um eine möglichst effiziente Anwendung des Kühlmediums zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen von Kerzen, mit einer Befülleinrichtung zum Befüllen einer Kerzenform mit flüssigem Kerzenmaterial und einer Transporteinrichtung zum Transportieren der befüllten Kerzenformen von der Befülleinrichtung zu einer Einrichtung zum Abkühlen der Kerzen (Abkühleinrichtung), wobei letztere mit einer Zuleitung für ein als Kühlmedium eingesetztes, tiefkalt verflüssigtes Gas ausgerüstet ist, ist erfindungsgemäß also dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinrichtung wenigstens eine Sprühdüse zur Ausbildung eines Nebels aus feinen Kühlmediumstöpfchen und kaltem Gas umfasst, die auf eine Oberfläche des in der Kerzenform eingefüllten Kerzenmaterials gerichtet ist.
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Durch die Ausbringung des kryogenen Kühlmediums mittels einer Sprühdüse wird sichergestellt, dass das Kühlmedium mit nur einem geringen Impuls auf die Oberfläche des Kerzenmaterials auftrifft und dort zu keiner wesentlichen, die optische Qualität der Kerze vermindernden Änderung der Oberflächengestalt der erkaltenden Kerze führt. Zugleich führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung zu einem direkten Kontakt des gasförmigen und/oder flüssigen Kühlmediums mit dem flüssigen Kerzenmaterial. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Sprühdüse um eine Öffnung in einer Zuleitung für das Kühlmedium mit einem Öffnungsdurchmesser von beispielsweise 1 mm. Beim Austritt des tiefkalt verflüssigten Kühlmediums verdampft ein Teil davon schlagartig und führt zu einer breiten Verteilung des Kühlmediums vor der Ausmündung der Düse.
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Bei den Sprühdüsen kann es sich jedoch auch um baulich aufwendigere handelsübliche Vernebelungsdüsen handeln. Die Transporteinrichtung umfasst zweckmäßigerweise ein Transportband, beispielsweise aus Metallgitter, auf dem die Kerzenformen nacheinander der Befülleinrichtung und der Abkühleinrichtung zugeführt werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Mehrzahl an Düsen an einem Düsenrohr angeordnet ist, das sich im Wesentlichen quer zur Transportrichtung der Kerzenformen erstreckt. Das Düsenrohr ist dabei als Brückenkonstruktion ausgebildet, die oberhalb der Ebene angeordnet ist, in der die Kerzenformen auf der Transportvorrichtung transportiert werden, und die Düsen sind auf die oberseitigen Öffnungen der auf der Transportvorrichtung transportierten Kerzenformen gerichtet. Mithilfe dieser Konstruktion ist es möglich, eine Mehrzahl an Kerzen gleichzeitig zu kühlen. Üblicherweise werden die Kerzen dabei in senkrecht zur Transportrichtung verlaufenden Reihen zu beispielsweise 20 bis 50 Stück in einem Bereich unter dem Düsenrohr verfahren und aus den am Düsenrohr angeordneten Sprühdüsen mit Kühlmedium beaufschlagt.
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Die Anzahl der Düsen am Düsenrohr ist dabei bevorzugt der Zahl der auf der Transporteinrichtung transportierten und von der Befülleinrichtung gleichzeitig befüllbaren Kerzen angepasst, wobei jeder Kerze einer Reihe genau eine Sprühdüse zugeordnet ist. Beispielsweise werden die Kerzen in parallel zueinander angeordneten Reihen 20 bis 50 Kerzen zur Befülleinrichtung transportiert, wobei alle Kerzen einer Reihe gleichzeitig und die Reihen nacheinander mit flüssigem Kerzenmaterial befüllt werden. Dementsprechend ist das Düsenrohr, je nach der Anzahl der Kerzen einer Reihe, mit 20 bis 50 Düsen ausgerüstet.
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Eine abermals vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Düsenrohr vertikal beweglich angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, das Düsenrohr über den Kerzenformen so zu positionieren, dass einerseits eine effektive Kühlung ermöglicht wird, andererseits keine nachteiligen Veränderungen der Oberflächengestalt der Kerze durch die Kühlmediumsströmung erfolgt. Auch kann mit dieser Ausgestaltung die Kühlung an unterschiedliche Kühlaufgaben, insbesondere unterschiedliche Kerzenmaterialien oder Kerzengeometrien angepasst werden.
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Um den Einsatz von Kühlmedium zu optimieren ist es vorteilhaft, dass die Einrichtung zum Abkühlen Mittel zum Erfassen der Position der Kerzenformen gegenüber der Düse bzw. dem Düsenrohr umfasst, die mit einer Steuereinrichtung sowie mit einer in einer Zuleitung für das Kühlmedium angeordneten Sperrarmatur zum Sperren bzw. Freigeben der Zuleitung in Datenverbindung steht. Das Mittel zum Erfassen der Position, beispielsweise eine Fotozelle oder ein mechanischer Detektor, gibt ein Signal an die Steuereinheit ab, sobald die Kerze sich unter der Düse bzw. dem Düsenrohr befindet. Die Steuereinheit sendet daraufhin einen Befehl zum Öffnen der Sperrarmatur, und das Kühlmedium wird den Kerzen in Form eines aus feinen Tröpfchen bestehenden Nebels zugeführt. Das Schließen der Sperrarmatur erfolgt entweder nach einer gewissen, vorgegebenen Zeitdauer oder abermals aufgrund eines Signals eines weitern oder des gleichen Mittels zum Erfassen der Position (z. B. Fotozelle), nachdem sich die Kerze aus dem Arbeitsbereich der Düse bzw. des Düsenrohrs hinausbewegt hat.
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Um die Effizienz des Kühlmediumseinsatzes weiter zu steigern ist es zweckmäßig, die Abkühleinrichtung mit einer Einhausung auszurüsten. Innerhalb der Einhausung entsteht eine Kühlzone mit einer kalten, mit verdampftem Kühlmedium angereicherten und daher inerten Atmosphäre, die die Kerzenformen auf dem Transportband im Bereich der Abkühleinrichtung zumindest teilweise umfasst. Diese Atmosphäre wirkt bei der Kühlung des Kerzenmaterials mit; somit kann ein Teil der Menge an flüssigem Kühlmedium, die ohne Einhausung zur Kühlung notwendig wäre, eingespart werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf den Einsatz bei der Kerzenherstellung beschränkt, sondern kann darüber hinaus bei anderen Kühlaufgaben eingesetzt werden, bei denen ein verflüssigtes, heißes Material langsam und schonend abgekühlt werden soll.
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Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:
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1: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Längsschnitt
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2: Die Vorrichtung aus 1 in einem Querschnitt entlang der Linie II-II in 1.
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Die in den Zeichnungen gezeigte Vorrichtung 1 umfasst eine Transportvorrichtung mit einem Transportband 2, auf dem nach oben offene Kerzenformen 3 nacheinander einer Befülleinrichtung 4 und einer Abkühleinrichtung 5 zugeführt werden. Weitere zur Herstellung von Kerzen erforderliche Einrichtungen, wie beispielsweise eine Einrichtung zur Positionierung von Dochten in den Kerzenformen 3, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt, gleichwohl vorhanden. Bei den Kerzenformen 3 handelt es sich entweder um Kerzenformen, die lediglich im Produktionsprozess verwendet und im Anschluss an die Kerzenherstellung von der fertig gestellten Kerze entfernt werden, oder um Zierformen, die zusammen mit dem darin enthaltenen Kerzenkörper verkauft werden. Im Produktionsprozess werden die Kerzenformen 3 in bekannter und hier nicht näher beschriebenen Weise mit einem Docht versehen und in der Befülleinrichtung 4 mit flüssigem Kerzenmaterial 6 befüllt. Beim Kerzenmaterial 6 handelt es sich um ein in der Kerzenherstellung übliches Material, wie beispielsweise Stearin, Parrafin, Ceresin, Wachs, etc., das aufgeschmolzen und gegebenenfalls mit Farbstoffen, Duftstoffen, etc. versetzt wurde. Weiterhin kann der Bereich um die Befülleinrichtung 4 herum mit einer Einhausung 7 versehen sein, die zum einen störende Einflüsse von außen, wie beispielweise Luftströmungen, vermindert und zum anderen im Bereich der Befülleinrichtung 4 eine Atmosphäre herstellt, die eine gleichmäßig hohe, den flüssigen Zustand des Kerzenmaterials 6 gewährleistende Temperatur aufweist.
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Die Kerzenformen 3 werden auf dem Transportband 2 in Reihen von beispielsweise 20 bis 50 Kerzen in Pfeilrichtung der Befülleinrichtung 4 zugeführt und dort mit flüssigem Kerzenmaterial 6 befüllt, wobei die Befüllung aller Kerzen einer Reihe gleichzeitig erfolgt. Die befüllten Kerzenformen 3 werden anschließend auf dem Transportband 2 der Abkühleinrichtung 5 zugeführt.
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Die Abkühleinrichtung 5 umfasst ein hohles und an seinen Stirnseiten geschlossenes Düsenrohr 9, das sich vertikal beabstandet vom Transportband 2 und quer zur Transportrichtung der Kerzenformen 3 erstreckt. Auf der dem Transportband 2 zugewandten Seite des Düsenrohrs 9 ist eine Reihe von Sprühdüsen 10 angeordnet, bei denen es sich jeweils um Durchführungen in der Wand des Düsenrohrs 9 Von ca. 1 mm Durchmesser handelt; der Öffnungsdurchmesser kann fallweise jedoch auch größer oder kleiner sein. Die Anzahl der Sprühdüsen 10 und ihr jeweiliger Abstand voneinander entspricht der Anzahl und dem Abstand der Kerzenformen 3 auf dem Transportband 2; d. h. für unterschiedliche Anforderungen im Hinblick auf die Größe und Art der herzustellenden Kerzen stehen unterschiedliche Düsenrohre zur Verfügung, die bei Bedarf anstelle des Düsenrohrs 9 in die Abkühleinrichtung eingebaut werden können.
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Das Düsenrohr 9 ist weiterhin an einer Trägerkonstruktion 11 montiert, die einem Motor umfasst, mittels dem das Düsenrohr 9 in vertikaler Hinsicht bewegt werden kann. Weiterhin umfasst die Abkühleinrichtung eine Zuführleitung 13 für ein als Kühlmedium eingesetztes tiefkalt verflüssigtes Gas, beispielsweise flüssiger Stickstoff. Die Zuleitung 13 ist in hier nicht gezeigter Weise mit einem Vorratstank für das tiefkalt verflüssigte Kühlmedium strömungsverbunden. In der Zuleitung 13 ist eine elektronisch ansteuerbare Sperrarmatur 14 angeordnet, mittels der die Zuführung von Kühlmedium an das Düsenrohr 9 gesperrt oder geöffnet werden kann. Der Motor der Trägerkonstruktion 11 und die Sperrarmatur sind elektronisch mit einer Steuereinheit 16 verbunden. Ebenfalls elektronisch mit der Steuereinheit 16 verbunden ist eine Fotozelle 17, mittels der das Durchlaufen von Kerzenformen 3 auf dem Transportband 2 überwacht werden kann. Um schädliche Einwirkungen von der Außenumgebung abzuhalten und die Kühlwirkung zu verbessern kann auch der Bereich der Abkühleinrichtung 5 mit einer Einhausung 19 ausgerüstet sein.
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Im Betrieb der Abkühleinrichtung 5 werden die Reihen der mit flüssigem Kerzenmaterial 6 bis zur Höhe eines Flüssigkeitsspiegels 18 befüllten Kerzenformen 3 auf dem Transportband 2 unter das Düsenrohr 9 gefahren. Mittels der Fotozelle 17 wird das Vorhandensein einer Reihe von Kerzenformen 3 im Arbeitsbereich der Sprühdüsen 10 festgestellt und ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 16 abgegeben. Die Steuereinheit 16 gibt daraufhin einen Befehl zur Öffnung der Sperrarmatur 14, woraufhin die Zufuhr von tiefkalt verflüssigtem Gas (Kühlmedium) über die Zuleitung 13 an das Düsenrohr 9 und die Sprühdüsen 10 erfolgt. Das Kühlmedium tritt an den Sprühdüsen 10 aus und verdampft dabei teilweise.
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Aufgrund der damit verbundenen Volumenzunahme wird das Kühlmedium zu einem Aerosol aus verdampftem Kühlmedium und darin enthaltenen Flüssigkeitsteilchen des Kühlmediums versprüht, das durch die Schwerkraft und den Austrittsimpuls in Richtung auf den Flüssigkeitsspiegel 18 des flüssigen Kerzenmaterials 6 ausgetragen wird. Dabei treffen im Aerosol enthaltene feine Flüssigkeitsteilchen des Kühlmediums auf die Oberfläche des in den Kerzenformen 3 enthaltenen flüssigen Kerzenmaterials 6 auf. Durch den direkten Kontakt mit dem heißen Kerzenmaterial 6 verdampft das Kühlmedium und kühlt dabei das flüssige Kerzenmaterial 6 stark ab. Aufgrund der kleinen Durchmesser der Flüssigkeitsteilchen des Kühlmediums und des geringen Impulses beim Auftreffen auf die Oberfläche des Kerzenmaterials 6 wird die Oberflächenform der Kerze durch den Kühlmediumsstrom nicht wesentlich beeinträchtigt, gleichzeitig aber die Abkühlzeit bis zur Erstarrung des Kerzenmaterials 6 wesentlich verkürzt. Durch die Variation der Höhe des Düsenrohrs 9 über dem Transportband 2 mittels der Trägerkonstruktion 11 können die Verhältnisse optimiert werden und insbesondere sichergestellt werden, dass eine gute Kühlwirkung erzielt und keine Beeinträchtigung der Kerzenoberfläche aufgrund der Einwirkung des Kühlmediums erfolgt. Nachdem die Reihe der Kerzenformen 3 den Arbeitsbereich des Düsenrohrs 9 passiert hat, wird die Sperrarmatur 14 geschlossen und die Zufuhr von Kühlmedium gesperrt. Die Oberfläche des Kerzenmaterials 9 im Bereich des Flüssigkeitsspiegels kühlt aufgrund der Einwirkung des Kühlmediums rasch ab und erhält eine zähe bzw. feste Konsistenz, die gegenüber Erschütterungen oder Luftströmungen weitgehend unempfindlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Transportband
- 3
- Kerzenformen
- 4
- Befülleinrichtung
- 5
- Abkühleinrichtung
- 6
- Kerzenmaterial
- 7
- Einhausung
- 8
-
- 9
- Düsenrohr
- 10
- Sprühdüsen
- 11
- Trägerkonstruktion
- 12
-
- 13
- Zuführleitung
- 14
- Sperrarmatur
- 15
-
- 16
- Steuereinheit
- 17
- Fotozelle
- 18
- Flüssigkeitsspiegel
- 19
- Einhausung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0774502 B1 [0005, 0009]
