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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrumpfvorrichtung mit Gebindekühlung und ein Verfahren zum Erzeugen eines gleichmäßigen, homogenen Kühlmittelstroms gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 9.
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Stand der Technik
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Bei der Verpackung von Artikeln, insbesondere von Getränkebehältern, Flaschen etc. zu Gebinden, werden die Artikel in gewünschter Weise zusammengestellt und mit einer Schrumpffolie umhüllt. Die Schrumpffolie wird durch Zufuhr von Heißluft in einem Schrumpftunnel um die Artikel herum aufgeschrumpft.
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Die Gebinde werden auf einer Fördervorrichtung durch den Schrumpftunnel transportiert. Aufgrund der permanenten Zufuhr von Heißluft erhitzt die Förderkette. Dies kann zu Problemen führen, da aufgrund zu starker lokaler Erwärmung die Schrumpffolie im Bodenbereich der Gebinde mit der Fördervorrichtung verkleben und es somit zu Beschädigungen der Schrumpfverpackung kommen kann. Aus diesem Grund sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Fördervorrichtung gezielt gekühlt wird.
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Nachdem die Schrumpfgebinde den Schrumpftunnel verlassen, müssen diese relativ schnell abkühlen, bevor Sie weiteren Verarbeitungsvorrichtungen, beispielsweise Palettierungsvorrichtungen o.ä. zugeführt werden. Die Schrumpffolie an sich besitzt einen sogenannten Memory-Effekt. Bei der Herstellung von Schrumpffolie wird das verwendete Folienmaterial erwärmt, dabei gereckt und anschließend wieder abgekühlt. Beim Schrumpfprozess wird die um die Artikel gewickelte Schrumpffolie erneut erwärmt. Bei der nachfolgenden Abkühlung wechselt die Schrumpffolie wieder in ihren ungereckten Ursprungszustand zurück, wobei sich die Moleküle wieder in ihrer eigentlichen Ursprungsform anordnen. Der Schrumpfprozess besteht somit aus einem Erhitzen und Abkühlen der Schrumpffolie, welche um die Gebinde herumgewickelt ist. Dabei ist ein Schrumpfgebinde erst dann stabil, wenn die Schrumpffolie nach dem Erhitzen wieder so weit abgekühlt wurde, dass keine weitere Verformung (d.h. kein weiteres Zusammenziehen der Schrumpffolie) mehr stattfindet und das Schrumpfgebinde somit fest und stabil ist. Dies ist insbesondere deshalb notwendig, da Schrumpfgebinde mit einer noch warmen Schrumpffolie sehr instabil und damit sehr empfindlich gegen Kräfteeinwirkungen jeglicher Art sind. Solche ungünstigen Kräfteeinwirkungen wirken zusätzlich bei noch warmen bzw. noch nicht vollständig abgekühlten Schrumpfgebinden gegen den noch nicht abgeschlossenen Schrumpfprozess und verschlechtern somit das Ergebnis bzw. führen zu defekten Verpackungen. Solche ungünstigen Kräfteeinwirkungen auf die Schrumpfgebinde findet man beispielsweise an Übergängen zwischen einzelnen Transportbändern anschließend an den Schrumpftunnel, über die die Schrumpfgebinde weiteren Verarbeitungsvorrichtungen zugeführt werden. Hierbei kommt es auf Grund von noch nicht vollständig abgekühlter Schrumpffolie im Bodenbereich der Gebinde leicht zu Beschädigungen derselben. In dem Bodenbereich der Gebinde, in dem sich die Schrumpffolienenden überlappen, ist die Zeitdauer bis zur vollständigen Abkühlung höher als in den anderen Bereichen (beispielsweise an der Oberseite oder den Stirnseiten der Gebinde etc.). Beim Abkühlen der Schrumpffolie zieht sich die Folie noch weiter zusammen und wird fest um die verpackten Gegenstände herum fixiert bzw. angelegt.
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Diese notwendige Abkühlung der Gebinde erreicht man beispielsweise dadurch, dass nach dem Schrumpftunnel eine sogenannte Abkühlstrecke vorhanden ist. Diese wird oftmals auf Grund der gegebenen Umgebungstemperaturen oder auch bedingt durch die Dicke der verwendeten Folie verlängert, um sicher zu stellen, dass die Schrumpfgebinde ausreichend abgekühlt werden, bevor sie an das nächste Transportband übergeben werden. Bei dem Fördermittel, mit welchem die Schrumpfgebinde durch den Schrumpftunnel und durch die Abkühlstrecke bewegt werden, handelt es sich um eine einzige Förderstrecke, deren Länge entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgelegt ist. Gegebenenfalls ist bei einem Produktwechsel somit auch eine Anpassung der Förderstrecke notwendig.
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Gemäß dem bekannten Stand der Technik werden nach dem Schrumpftunnel, oberhalb des Fördermittels ein oder mehrere Gebläse, insbesondere Axialventilatoren oder Radialventilatoren o.ä. verwendet, die Kühlluft von oben auf das Produkt blasen.
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Durch diese zusätzliche Kühlmaßnahme wird die Abkühlzeit und / oder die Abkühlstrecke entsprechend verkürzt.
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US 3727324 beschreibt einen Schrumpftunnel, der am Eingang und am Ausgang jeweils einen Luftvorhang vorsieht. Der erste Luftvorhang am Eingang zum Schrumpftunnel dient dem Vorheizen der Folie in diesem Bereich. Der zweite Luftvorhang am Ausgang des Schrumpftunnels dient dem Abkühlen der Folie im Ausgangsbereich. Insbesondere ist am Ausgang des Schrumpftunnels ein Kühlbogen angeordnet, durch den die Kühlluft von oben und von den Seiten her auf die mit Schrumpffolie umhüllte Palette mit Stückgut geblasen wird.
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DE 2320424 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verpacken von Gegenständen, die einen Schrumpftunnel umfasst. Hierbei erfolgt nach dem Schrumpfprozess ebenfalls eine Kühlung der verpackten Gegenstände, wobei eine oben angeordnete Kühlanordnung Kaltluft auf die umhüllten Gegenstände richtet, um dadurch das Abkühlen der Gegenstände und ihrer aufgeschrumpften Verpackung zu beschleunigen.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Axialventilatoren besteht die Problematik, dass die Ventilatoren druckseitig einen inhomogenen Luftstrom aufweisen. Der Kühlluftstrom und damit die Kühlwirkung weist starke Inhomogenität über die Bahnbreite auf und ein Großteil der Kühlluft strömt an den Gebinden vorbei.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Gebinde im Ausgangsbereich eines Schrumpftunnels bzw. nachdem diese den Schrumpftunnel verlassen haben effektiv und allseitig zu kühlen.
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Die obige Aufgabe wird durch eine Schrumpfvorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines gleichmäßigen, homogenen Kühlmittelstroms gelöst, die die Merkmale in den Patentansprüchen 1 und 9 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.
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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Schrumpfvorrichtung mit Gebindekühlung. Eine solche Schrumpfvorrichtung dient insbesondere dem Aufschrumpfen einer Umverpackung um eine Zusammenstellung von Artikeln zu einem Gebinde. Eine solche Schrumpfvorrichtung kann aber beispielsweise auch verwendet werden, um Schrumpfetiketten auf Artikel aufzuschrumpfen o.ä. Die Schrumpfvorrichtung umfasst eine Transportstrecke, einen Eingangsbereich, einen Schrumpftunnel und einen Ausgangsbereich. Die Transportstrecke wird in der Regel durch ein durchgängiges Endlosförderband oder ein anderes geeignetes Fördermittel gebildet und dient dem vorzugsweise unterbrechungsfreien Transport der Gebinde durch den Eingangsbereich, den Schrumpftunnel und den Ausgangsbereich der Schrumpfvorrichtung. Um die Gebinde vor Übergabe an weitere Handhabungsvorrichtungen ausreichend abzukühlen und somit eine Beschädigung der Umverpackung bei Übergabe an die weiteren Handhabungsvorrichtungen zu vermeiden, ist im Ausgangsbereich der Schrumpfvorrichtung oberhalb der Transportstrecke mindestens eine Kühleinrichtung angeordnet, durch die die Gebinde von oben her mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß dem Ausgangsbereich der Schrumpfvorrichtung mindestens ein Mittel zur Vergleichmäßigung der Verteilung des auf die Gebinde gerichteten Kühlmittelstroms zugeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mittel zur Vergleichmäßigung der Verteilung des Kühlmittelstroms direkt der mindestens einen Kühleinrichtung zugeordnet. Alternativ ist das Mittel zur Vergleichmäßigung der Verteilung des Kühlmittelstroms unterhalb der Kühleinrichtung, insbesondere zwischen Kühleinrichtung zu kühlendem Gebinde, angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Kühleinrichtung ein Axialgebläse, ein Radialgebläse o.ä. Der durch das Axialgebläse, Radialgebläse o.ä. erzeugte Luftstrom ist inhomogen und insbesondere über die Breite der Transportstrecke ungleichmäßig verteilt. Das Mittel zur Vergleichmäßigung der Verteilung des auf die Gebinde gerichteten Kühlmittelstroms bewirkt, dass der auf die Gebinde gerichtete Kühlmittelstrom homogen ist, insbesondere dass der auf die Gebinde gerichtete Kühlmittelstrom gleichmäßig über die gesamte Breite der Transportstrecke verteilt ist, so dass der Kühlmittelstrom gezielter auf die Gebinde gerichtet ist und nicht an diesen vorbei strömt.
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Insbesondere weist die mindestens eine Kühlvorrichtung eine obere Saugseite und eine untere Druckseite auf. Das Mittel zur Vergleichmäßigung der Verteilung des auf die Gebinde gerichteten Kühlmittelstroms ist der unteren Druckseite des Axialgebläses zugeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Mittel zur Vergleichmäßigung der Verteilung des auf die Gebinde gerichteten Kühlmittelstroms ein Strömungsgleichrichter, der eine für den Kühlmittelstrom durchlässige, regelmäßige Strukturierung aufweist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Strukturierung um eine Wabenstruktur, wobei die Waben vertikal ausgerichtet sind und von oben nach unten von dem Kühlmittel durchströmt werden. Die Form der Waben, insbesondere deren Querschnitt kann beispielsweise kreisförmig, oval oder eckig etc. ausgestaltet sein.
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Der Strömungsgleichrichter ist vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Aluminium, und / oder aus einem Kunststoff gefertigt. Beispielsweise kann der Strömungsgleichrichter mittels Formgießen oder anderer geeigneter Herstellungsverfahren hergestellt sein. Als Strömungsgleichrichter kann aber auch eine regelmäßige, vorzugsweise dreidimensionale Netzstruktur o.ä. Verwendung finden, die ausreichend durchlässig für das Kühlmittel ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Strömungsgleichrichter im Ausgangsbereich der Schrumpfvorrichtung über eine gesamte Transportbreite der Transportstrecke. Somit kann ein gleichmäßiger, homogener auf die Gebinde gerichteter Kühlmittelstrom über die gesamte Transportbreite der Transportstrecke erzeugt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sich der Strömungsgleichrichter im Ausgangsbereich über eine gesamte Länge des Ausgangsbereichs, d.h. insbesondere über die gesamte Länge der Abkühlsstrecke erstreckt. In Abhängigkeit von der Länge der Abkühlstrecke und der Breite der Transportstrecke sind mehrere Gebläse nebeneinander und / oder hintereinander angeordnet. Der Strömungsgleichrichter kann derart dimensioniert sein, dass er den Luftstrom aller nebeneinander und / oder hintereinander angeordneten Gebläse homogenisiert. Alternativ können auch Strömungsgleichrichter-Segmente nebeneinander und / oder hintereinander angeordnet und den Gebläsen zugeordnet sein, um die Länge und / oder Breite der Abkühlstrecke vollständig abzudecken.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Gebindekühleinheiten umfassend jeweils mindestens eine Kühleinrichtung und umfassend jeweils einen druckseitig zugeordneten Strömungsgleichrichter vorgesehen sind, wobei eine Gebindekühleinheit jeweils die gesamte Transportbreite der Transportstrecke abdeckt. Im Bereich der Abkühlstrecke wird oberhalb der Transportstrecke eine Mehrzahl von Gebindekühleinheiten in Transportrichtung nacheinander angeordnet. Die Anzahl der nacheinander angeordneten Gebindekühleinheiten ist insbesondere von der Länge der Abkühlstrecke abhängig. Mit dieser Anordnung kann im Bereich der gesamten Abkühlstrecke somit ein homogener nach unten auf die Gebinde gerichteter Luftstrom erzeugt werden.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen eines gleichmäßigen, homogenen Kühlmittelstroms in einem an einen Schrumpftunnel einer Schrumpfvorrichtung angrenzenden Ausgangsbereich zum Kühlen von Gebinden nach Durchlaufen des Schrumpftunnels. Der Kühlmittelstrom wird mittels mindestens einer oberhalb einer Transportstrecke angeordneten Kühleinrichtung erzeugt und nach unten gerichtet auf die Gebinde geblasen. Der Kühlmittelstrom weist eine ungleichmäßige Verteilung an Kühlmittel innerhalb des Kühlmittelstroms auf. Erfindungsgemäß wird durchströmt der Kühlmittelstrom erst einen Strömungsgleichrichter, wodurch ein homogener Kühlmittelstrom erzeugt wird, der auf die Gebinde gerichtet ist.
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Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften der zuvor beschriebenen Vorrichtung umfassen. Ebenfalls kann die Vorrichtung alternativ oder zusätzlich einzelne oder mehrere Merkmale und / oder Eigenschaften des beschriebenen Verfahrens aufweisen.
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Figurenbeschreibung
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Schrumpfvorrichtung mit nachgeordneter Transportvorrichtung gemäß dem bekannten Stand der Technik.
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2A bis C zeigen verschiedene Ansichten eines Axialventilators gemäß dem bekannten Stand der Technik und stellen schematisch den durch den Axialventilator erzeugten Luftstrom dar.
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3 zeigt eine Schrumpfvorrichtung mit erfindungsgemäßer Gebindekühlung.
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4 bis 6 zeigen verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Gebindekühlungseinheit.
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7 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Strömungsgleichrichters einer erfindungsgemäßen Gebindekühlungseinheit.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Schrumpfvorrichtung 1 mit nachgeordneter Transportvorrichtung 12 gemäß dem bekannten Stand der Technik. Artikel, insbesondere Getränkebehälter, Flaschen 6, Dosen o.ä. werden in Gruppen zusammengestellt und mit Schrumpffolie 7 umhüllt. Diese Artikelzusammenstellungen bezeichnet man auch als Gebinde 5. Die Gebinde 5 werden in Transportrichtung TR auf einem Transportmittel, insbesondere einem Förderband 10, über einen Eingangsbereich 3 einem Schrumpftunnel 2 zugeführt. In dem Schrumpftunnel 2 sind Heizmittel (nicht dargestellt) angeordnet, die die Gebinde 5 beispielsweise mit heißer Luft beaufschlagen. Dadurch schrumpft die Folie 7 der Umverpackung und legt sich dabei allseitig an die Artikel an und bildet somit fertiges Gebinde 5* bzw. eine Verpackungseinheit. Im Ausgangsbereich 4 der Schrumpfvorrichtung 1 sind oberhalb des Förderbands 10 Gebläse 20 angeordnet, mit denen kalte Luft 22 auf die warmen Gebinde 5* geblasen wird, um diese vor der Übergabe U an ein weiteres Transportband 12 abzukühlen und dadurch zu gewährleisten, dass die Gebinde 5* vor der Übergabe U fest und stabil sind. Durch das Abkühlen der nach dem Verlassen des Schrumpftunnels 2 warmen Gebinde 5* vor der Weitergabe der Gebinde 5* an weitere Vorrichtungen – beispielsweise vor der Übergabe U an ein weiteres Transportband 12 – soll verhindert werden, dass die mit noch warmer Folie 7* umhüllten Gebinde 5* instabil sind und im weiteren Verlauf beschädigt werden können.
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2A bis C zeigen verschiedene Ansichten eines Gebläses 20 in Form eines Axialventilators 24 gemäß dem bekannten Stand der Technik und stellen schematisch den durch den Axialventilator 24 erzeugten Luftstrom 22 dar. Der Axialventilator 24 hat eine Saugseite S, von der die Luft angesaugt wird und eine Druckseite D, in deren Richtung der erzeugte Luftstrom 22 weist. Der erzeugte Luftstrom 22 ist auf der Druckseite D des Axialventilators 24 inhomogen. Das bewirkt, dass bei Verwendung von Axialventilatoren 24 oder vergleichbaren Gebläsen 20 in einer Schrumpfvorrichtung 1 gemäß 1 auch die Kühlwirkung eine starke Inhomogenität über die Bahnbreite aufweist, insbesondere über die Breite des Förderbands 10 (vergleiche 1), so dass ein Großteil der Kühlluft 22 wirkungslos an den Gebinden 5* vorbeiströmt.
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3 zeigt eine Schrumpfvorrichtung 30 mit erfindungsgemäßer Gebindekühlung 31. Insbesondere sind hierbei im Ausgangsbereich 4 oberhalb der Transportstrecke des Förderbands 10 drei Gebindekühlungseinheiten 33 angeordnet. Eine Gebindekühlungseinheit 33 ist jeweils in verschiedene Ansichten in den 4 bis 6 dargestellt. Gemäß der dargestellten Ausführungsform umfasst eine Gebindekühlungseinheit 33 ein Gehäuse 35, in dem zwei Gebläse 20, insbesondere zwei Axialventilatoren 24, angeordnet sind. Die Gebindekühlungseinheit 33 ist derart oberhalb der Transportstrecke für die Gebinde angeordnet, dass sie Saugseite S der Gebläse 20 oben und die Druckseite D der Gebläse 20 unten ist. Somit wird Luft nach unten auf die Gebinde geblasen. An der Unterseite der Gebindekühlungseinheit 33, d.h. auf der Druckseite D der Gebläse 20, ist ein Strömungsgleichrichter 45 angeordnet. Der durch die Gebläse 20 erzeugte Luftstrom (22, vergleiche 1 und 2) durchströmt erst den Strömungsgleichrichter 45, bevor er auf die Gebinde trifft.
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Das Gehäuse 35 weist weiterhin Befestigungsmittel 37 auf, mittels derer die Gebindekühlungseinheiten 33 an einem dem Ausgangsbereich 4 des Schrumpftunnels 2 zugeordneten Rahmenelement 36 schnell lösbar befestigt werden können (vergleiche 3). Diese Schnellbefestigung ist insbesondere vorteilhaft, wenn einzelne Gebläse 20 defekt sind und ausgetauscht werden müssen. In diesem Fall könnte beispielsweise eine Gebindekühlungseinheit 33 mit defektem Gebläse 20 abmontiert und durch eine neue Gebindekühlungseinheit 33 ersetzt werden.
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7A und B stellen einen Strömungsgleichrichter 45 einer erfindungsgemäßen Gebindekühlungseinheit 33 in perspektivischer Ansicht und in Ansicht von oben dar. 7C und D zeigen Details eines Strömungsgleichrichters 45 gemäß den 7A und 7B. Der Strömungsgleichrichter 45 weist eine regelmäßige, für das Kühlmittel durchlässige Strukturierung 46 auf, beispielsweise eine Wabenstruktur. Die Strukturierung ist vertikal für den durch das Gebläse 20 generierten Luftstrom durchlässig. Beim Durchströmen des Strömungsgleichrichters 45 werden Verwirbelungen oder ähnliches im Luftstrom an den Kanten der Waben gebrochen und somit aufgelöst. Dies führt zu einer Homogenisierung des Luftstroms 22* (vergleiche 6). Da der Strömungsgleichrichter 45 über die gesamte Breite des Förderbands ausgebildet ist, bewirkt dieser insbesondere eine einer Homogenisierung des Luftstroms 22*
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schrumpfvorrichtung
- 2
- Schrumpftunnel
- 3
- Eingangsbereich
- 4
- Ausgangsbereich
- 5, 5*
- Gebinde / Verpackungseinheit
- 6
- Flasche
- 7
- Schrumpffolie / Verpackungsfolie
- 10
- Förderband
- 12
- Transportband
- 20
- erste Kühlmittelvorrichtung / Gebläse
- 22
- Kühlmittel / Kühlluft
- 22*
- Homogener Luftstrom
- 24
- Axialventilator
- 30
- Schrumpfvorrichtung
- 33
- Gebindekühlungseinheit
- 35
- Gehäuse
- 36
- Rahmenelement
- 37
- Befestigungsmittel
- 45
- Strömungsgleichrichter
- 46
- Strukturierung
- D
- Druckseite
- S
- Saugseite
- TR
- Transportrichtung
- U
- Übergabebereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3727324 [0008]
- DE 2320424 A1 [0009]
