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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampfbalken zur Verwendung in einem Schrumpftunnel und einen Schrumpftunnel mit einem solchen Dampfbalken.
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Es ist bekannt, einen Schrumpftunnel zu verwenden, in dem Schrumpfetiketten und andere Schrumpfverpackungen und Ähnliches geschrumpft werden können. Ein solches Schrumpfetikett oder eine Schrumpfverpackung oder ähnliches ist typischerweise auf einem Gegenstand angebracht, auf den sie durch Dampf angeschrumpft werden soll (im Folgenden wird für den Gegenstand samt Schrumpfetikett oder Schrumpfverpackung auch der Begriff „zu bedampfender Gegenstand“ verwendet). Die Verwendung eines Tunnels ist vorteilhaft, da Wärme mindestens teilweise im Tunnel verbleiben kann und das zu schrumpfende Etikett (oder Ähnliches) möglichst gleichmäßig schrumpft und gleichzeitig die benötigte Energie reduziert.
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Eine Schrumpfung mit Dampf bietet gegenüber Heißluft den Vorteil, dass der Schrumpfvorgang, aufgrund der einfacheren Steuerung, gleichmäßiger erfolgt.
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Dampfbalken sind Vorrichtungen zum Zuführen von Dampf in einem Schrumpftunnel. Sie sind typischerweise innen hohl und zur Aufnahme von Dampf geeignet und geben diesen dann durch Öffnungen wieder ab.
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Im Stand der Technik werden solche Dampfbalken typischerweise mit Einschraubdüsen oder düsenartigen Fortsätzen gefertigt, die einen Gegendruck aufbauen, so dass Dampf möglichst gleichmäßig entlang des gesamten Balkens austritt. Es ist auch bekannt, Dampfbalken mit Schlitzen zu verwenden. Insbesondere bei Schlitzen kann sich aber, aufgrund des fehlenden Gegendruckaufbaus, ein ungleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil des austretenden Dampfes bilden.
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Dampfbalken nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass sie durch zusätzliche Einrichtungen wie Düsen oder düsenartige Fortsätze teuer zu fertigen sein können und/oder ein ungleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil des auftretenden Dampfes über die Balkenlänge entsteht.
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Eine gleichmäßige Verteilung der Geschwindigkeit des auftretenden Dampfes über der gesamten Länge des Dampfbalkens ist jedoch vorteilhaft, da sie sich positiv auf Schrumpfprozesse auswirkt und eine Einstellung der einzustellenden Parameter erleichtert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Dampfbalken anzugeben, der insbesondere z.B. bei niedrigen Fertigungskosten ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil des austretenden Dampfes aufweist. Die Erfindung umfasst einen Dampfbalken nach Schutzanspruch 1 und einen Schrumpftunnel nach Schutzanspruch 13. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Schutzansprüchen beschrieben.
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Wenn man die Zuführeinrichtung für Dampf, z.B. ein entsprechendes Rohr oder Ähnliches, nicht berücksichtigt, haben Dampfbalken typischerweise eine Balkenform, d.h. eine Ausdehnung in einer ersten Richtung, die erheblich größer ist als die Ausdehnung in die anderen beiden Richtungen senkrecht dazu (z.B. mindestens dreimal so groß, mindestens fünfmal so groß oder mindestens achtmal so groß). „Balkenlänge“ bezeichnet im Folgenden die Ausdehnung in der ersten Richtung (mit größerer Ausdehnung). Sie erstreckt sich typischerweise insbesondere bei etwa zylinderförmigen oder rechteckigen Dampfbalken entlang der jeweiligen Zylinder- oder Rechtecksachse. Dampfbalken können insbesondere rohrförmig sein. Die Bereiche, die mit den Enden der Balkenlänge abschließen (im Folgenden: Enden des Dampfbalkens) sind bei einem Dampfbalken typischerweise verschlossen, wobei optional jedes Ende einen Ablauf für Kondensat umfassen kann, also ein im Vergleich zum Verschluss oder im Vergleich zu den Öffnungen zum Auslass von Dampf typischerweise kleines Loch (z.B. 50% kleinere Querschnittsfläche des Ablaufs des Kondensats als die kleinste Öffnung zum Auslass von Dampf) oder einen sonstigen Durchlass für Kondensat (die im Folgenden nicht als Öffnungen bezeichnet oder betrachtet werden). Die Enden sind durch Seitenflächen (im Folgenden auch: Seiten) des Dampfbalkens verbunden. Öffnungen zum Auslass von Dampf verlaufen typischerweise entlang einer (oder mehrerer) Seitenfläche des Dampfbalkens.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Dampfbalken zur Verwendung in einem Schrumpftunnel eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Dampf in den Dampfbalken sowie Öffnungen zum Auslass von Dampf, wobei in den verschiedenen Bereichen des Dampfbalkens Öffnungen zum Auslass von Dampf mit verschiedenen Öffnungsquerschnitten zum Einsatz kommen.
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Als Öffnungsquerschnitt wird hierbei ein Querschnitt der Öffnungen bezeichnet, wobei der Öffnungsquerschnitt senkrecht zur intendierten Dampfaustrittsrichtung gemessen werden kann, d.h. senkrecht zur Richtung, in die Dampf austreten würde, wenn er mit konstantem Druck innerhalb des Dampfbalkens vorhanden wäre und keine Verwirbelungen im Dampfbalken auftreten. Bei einer Bohrung oder Stanzung kann der Öffnungsquerschnitt beispielsweise der Querschnitt der Bohrungsöffnung oder Stanzung in Bohr- oder Stanzrichtung sein. Jede der Öffnungen kann so ausgebildet sein, dass ihr Öffnungsquerschnitt entlang der gesamten Länge der Öffnung konstant ist, z.B. bei einer Bohrung entlang der gesamten Länge der Bohrung/bei einer Stanzung entlang der gesamten Länge der Stanzung.
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Die Verwendung von Öffnungen mit verschiedenen Öffnungsquerschnitten kann ermöglichen, das Geschwindigkeitsprofil des auftretenden Dampfes über die Länge des Dampfbalkens annähernd konstant zu halten, so dass aus jeder Öffnung Dampf ungefähr in die gleiche Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit austritt.
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Erfindungsgemäß können in einem Balken Öffnungen mit genau zwei verschiedenen Öffnungsquerschnitten oder Öffnungen mit mehr als zwei verschiedenen Öffnungsquerschnitten, beispielsweise drei, vier, fünf oder mehr verschiedenen Öffnungsquerschnitten zum Einsatz kommen. Typischerweise ist bei jedem verschiedenen Öffnungsquerschnitt auch die Fläche des Querschnitts verschieden.
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Erfindungsgemäß kann die Zuführeinrichtung zum Zuführen von Dampf senkrecht zur Verlaufsrichtung (also senkrecht zur Balkenlänge) des Dampfbalkens angeordnet sein. Die Zuführeinrichtung kann so angeordnet sein oder angeordnet werden, dass Dampf, wenn der Dampfbalken mit Dampf betrieben wird (betriebener Zustand), von oben zugeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass sich gegebenenfalls bildendes Kondensat in den Dampfbalken abläuft, statt sich in der Zuführeinrichtung abzusetzen. Beispielsweise kann die Zuführeinrichtung senkrecht zur Balkenlänge des Dampfbalkens und senkrecht zur intendierten Dampfaustrittsrichtung angeordnet sein. Insbesondere kann z.B. bei waagrechter Anordnung des Dampfbalkens (also Balkenlänge entlang der Horizontalen), im betriebenen Zustand die intendierte Dampfaustrittsrichtung horizontal und die Zuführeinrichtung vertikal anordenbar oder angeordnet sein. Bei einem rohrförmigen Dampfbalken können insbesondere die Öffnungen senkrecht zur Rohrachse entlang einer Linie angeordnet sein und die Zuführeinrichtung senkrecht zur Rohrachse und senkrecht zur intendierten Dampfaustrittsrichtung (wobei die intendierte Dampfaustrittsrichtung z.B. bei Bohrungen der Richtung der Bohrung entspricht).
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Ein Dampfbalken kann an einem oder jedem Ende einen (z.B. als Loch oder Durchlass ausgebildeten) Ablauf für Kondensat haben. Der Dampfbalken kann so ausgebildet sein, dass, wenn der Dampfbalken mit Dampf betrieben wird (betriebener Zustand), mindestens ein Ablauf für Kondensat am tiefsten Punkt des Inneren des Dampfbalkens angeordnet ist. Bei einem Dampfbalken, der dazu ausgebildet ist, horizontal angebracht zu werden, kann z.B. in einem oder beiden Enden ein Ablauf für Kondensat vorhanden sein, der jeweils am - im betriebenen Zustand - unteren Bereich des Dampfbalkens ausgebildet ist, insbesondere beispielsweise am unteren Rand des Endes. Ein Dampfbalken, der dazu ausgebildet ist, schräg angeordnet zu werden, kann insbesondere am Ende, das dazu ausgebildet ist, tiefer als das andere Ende angeordnet zu werden, einen Ablauf für Kondensat am - im betriebenen Zustand - unteren Bereich des Endes haben, z.B. am unteren Rand. Wenn beide Enden als unteres Ende eingesetzt werden können, können optional beide unteren Bereiche der Enden einen Ablauf für Kondensat umfassen.
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Die Zuführeinrichtung zum Zuführen von Dampf kann mittig zwischen den beiden Enden des Dampfbalkens und senkrecht zum Dampfbalken angeordnet sein. In alternativen Ausführungsformen kann sie näher an einem Ende als an einem anderen Ende (in Bezug auf Verlaufsrichtung des Dampfbalkens, d.h. entlang der Balkenlänge) und senkrecht zum Dampfbalken angeordnet sein. Die Zuführeinrichtung zum Zuführen von Dampf kann insbesondere im ersten Drittel, z.B. im ersten Viertel oder im ersten Fünftel der Balkenlänge des Dampfbalkens liegen.
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Eine Öffnung, die näher an der Zuführeinrichtung zum Zuführen von Dampf liegt, kann einen größeren Öffnungsquerschnitt haben als eine Öffnung, die weiter von der Zuführeinrichtung entfernt ist.
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Dies kann vorteilhaft sein, da sich typischerweise im Bereich der Zuführeinrichtung, wo die Zuführung des Dampfes erfolgt, im Dampfbalken erhebliche Verwirbelungen bilden. Weiter entfernt von der Zuführeinrichtung hingegen ist die Dampfverteilung typischerweise gleichmäßiger, wobei sie z.B. bei mittiger Anordnung der Zuführeinrichtung entlang der Balkenlänge an den Enden des Dampfbalkens am gleichmäßigsten ist. Bei Verwendung von größeren Öffnungen in der Nähe der vielen Verwirbelungen gegenüber kleineren Öffnungen auf der Seite mit weniger Verwirbelungen innerhalb des Dampfbalkens kann es insgesamt zu einem gleichmäßigeren Geschwindigkeitsprofil des austretenden Dampfes gegenüber der gesamten Länge des Dampfbalkens kommen.
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Optional können alle Öffnungen, die einen Abstand von der Zuführeinrichtung kleiner oder gleich einem ersten Abstand A1 haben, einen größeren Öffnungsquerschnitt haben als alle Öffnungen, die einen größeren Abstand (als dem ersten Abstand A1) von der Zuführeinrichtung haben.
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Die Öffnungen können entlang der Balkenlänge (an der Seite des Balkens) in einer Linie (Reihe) angeordnet sein, und können dabei insbesondere in gleichen Abständen zueinander angeordnet sein (also äquidistant, z.B. so, dass die jeweiligen Schwerpunkte der Querschnitte oder Mittelpunkte der Querschnitte den gleichen Abstand voneinander haben). Ein Dampfbalken kann dazu ausgebildet sein, an einer Seite des Schrumpftunnels befestigt zu werden.
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Öffnungen zum Auslass von Dampf sind typischerweise nur auf einer Seite des Dampfbalkens angeordnet.
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In anderen Ausführungsformen können Öffnungen zum Auslass von Dampf so ausgebildet sein, dass Dampf in verschiedene Richtungen entweichen kann. Beispielsweise können Öffnungen auf zwei einander gegenüberliegenden Linien entlang der Länge des Dampfbalkens angeordnet sein. Ein solcher Dampfbalken kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, so montiert zu werden, dass zu bedampfende Gegenstände rechts und links des Dampfbalkens entlanggeführt werden.
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Eine Anordnung der Öffnungen in einer Linie (Reihe) entlang der Seite eines Balkens (parallel zur Balkenlänge) hat sich als vorteilhaft erwiesen. Bei Anordnung von Öffnungen zum Auslass von Dampf in mehreren horizontalen Ebenen (betrachtet bei Anordnung des Balkens bzw. der Balkenlänge in einer horizontalen Ebene) weist der aus übereinanderliegenden Öffnungen austretende Dampf insbesondere im Bereich der Zuführeinrichtung stark verschiedene Geschwindigkeiten auf. Dies kann insbesondere an den Verwirbelungen im Dampfbalken liegen.
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Erfindungsgemäß können die Öffnungen insbesondere Bohrungen sein. Bohrungen haben den Vorteil, dass sie günstig zu fertigen sind und typischerweise schnell und unkompliziert in verschiedenen Größen hergestellt werden können.
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In anderen Ausführungsformen kann, statt einer (runden) Bohrung, auch in sonstiger Weise eine Öffnung in den Dampfbalken geschnitten werden. Typischerweise sind die Öffnungen im Dampfbalken durch die Wand des Dampfbalkens mit einem gleichmäßigen Querschnitt ausgeführt.
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Die Wanddicke eines beispielhaften Dampfbalkens an den Enden und/oder Seiten, also die Dicke der Wände oder Begrenzungen, die das Innere des Dampfbalkens von dem Außenraum trennt, kann zwischen 1 mm und 8 mm, z.B. zwischen 1,5 mm und 2,5 mm betragen. Bei einem rohrförmigen Dampfbalken, bei dem das Rohr an den Enden durch Deckel verschlossen ist, können jeweils z.B. die Rohrdicke und/oder die Dicke der Deckel zwischen 1 mm und 8 mm, z.B. zwischen 1,5 mm und 2,5 mm betragen.
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Ein erfindungsgemäßer Dampfbalken kann insbesondere ein Quadratrohr mit Öffnungen zum Auslass von Dampf umfassen, die optional an (genau) einer Seite angeordnet sind. Ein solches Quadratrohr ist typischerweise an beiden Enden verschlossen (wobei optional in einem oder beiden Enden ein Ablauf für Kondensat vorgesehen sein kann), so dass der Dampf innerhalb des Quadratrohrs eingeschlossen ist und nur durch die Öffnungen zum Auslass von Dampf austritt. Typischerweise ist eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Dampf an dem Quadratrohr (typischerweise von oben und mittig bezüglich der Balkenlänge) befestigt. Die entsprechende Befestigung ist typischerweise so ausgebildet, dass durch sie kein Dampf austritt. Beispielsweise kann die Zuführeinrichtung, z.B. über einen Wellenschlauch, angeschraubt sein, und/oder angeschweißt sein.
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Bei einem solchen Quadratrohr können die Innenmaße des Quadratrohrs beispielhaft zwischen 30 und 40 mm (entlang einer Seite) liegen, beispielsweise zwischen 34 mm und 38 mm betragen.
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In anderen Ausführungsformen kann statt eines Quadratrohrs beispielsweise ein rundes Rohr vom Dampfbalken umfasst sein, dessen Innenmaße ebenfalls bei einem Durchmesser zwischen 30 und 40 mm liegen können.
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Ein Dampfbalken kann (entlang einer Seite) beispielsweise zwischen 10 und 30 Öffnungen zum Auslass von Dampf haben. Wenn der Dampfbalken entlang zwei (oder mehr) Seiten Öffnungen zum Auslass vom Dampf hat, kann er pro Seite jeweils zwischen 10 und 30 Öffnungen zum Auslass von Dampf haben.
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In einem erfindungsgemäßen Dampfbalken können z.B. die größeren Öffnungen einen Öffnungsquerschnitt von zwischen 10 mm2 und 19 mm2 haben und die kleineren Öffnungen einen Öffnungsquerschnitt von zwischen 4 mm2 und 10 mm2.
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Bei einem Dampfbalken, in dem die Öffnungen Bohrungen sind, können insbesondere die größeren Bohrungen einen Durchmesser zwischen 3,5 und 4,5 mm haben und die kleineren Bohrungen einen Durchmesser von zwischen 2,5 und 3,5 mm.
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Der Dampfbalken selber kann eine Balkenlänge von zwischen 150 und 900 mm haben, z.B. von zwischen 300 und 450 mm.
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Die einzelnen Öffnungen zum Auslass von Dampf des Dampfbalkens können voneinander jeweils beispielsweise einen Abstand zwischen 15 und 25 mm haben. Sie können insbesondere jeweils einen gleichen Abstand von der nächsten Öffnung aufweisen, also äquidistant angeordnet sein. Ein gleichmäßiger Abstand ist vorteilhaft, da dann eine gleichmäßige Bedampfung des zu schrumpfenden Etiketts oder Verpackung erfolgen kann.
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Der Dampfbalken kann insbesondere dazu ausgebildet sein, dass eine Dampftemperaturzwischen 95° und 110 °C eingesetzt werden kann und/oder dass mit Heißluft vermischter Dampf eingesetzt werden kann, der entsprechend Temperaturen von mehr als 110 °C haben kann, wobei die Austrittstemperatur des mit Heißluft vermischten Dampfes 400°- 600° betragen kann. Insbesondere müssen alle Bauteile des Dampfbalkens so ausgebildet sein, dass sie die entsprechende heiße Feuchtigkeit und resultierenden Druckverhältnisse aushalten, also insbesondere nicht korrodieren, durch Druck, Hitze und Feuchtigkeit auch anderweitig nicht beschädigt werden und keine Verschleißteile aufweisen, die bei solchen Temperaturen, Drücken und Feuchtigkeit leiden.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Schrumpftunnel, der einen zuvor beschriebenen Dampfbalken umfasst. In oder an einem Tunnel gemäß der Erfindung kann der Dampfbalken insbesondere so angeordnet sein, dass er parallel zur Bewegungsrichtung von zu bedampfenden Behältern im Schrumpftunnel angeordnet ist oder angeordnet werden kann. In anderen Ausführungsformen kann der Dampfbalken im Schrumpftunnel schräg angeordnet oder schräg anordenbar sein. Der Dampfbalken kann optional so ausgebildet sein, dass er im Schrumpftunnel parallel zur Bewegungsrichtung von zu bedampfenden Behältern und alternativ schräg angeordnet werden kann.
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Der Schrumpftunnel kann so ausgebildet sein, dass Nassdampf bei Temperaturen zwischen 95 und 110 °C eingesetzt werden kann oder mit Heißluft vermischter Dampf, der dann auch Temperaturen von mehr als 110 °C haben kann.
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Ein Schrumpftunnel, wie er zuvor beschrieben wurde, kann insbesondere zwei einander gegenüberliegende Dampfbalken umfassen (wobei jeder Dampfbalken als ein zuvor beschriebener Dampfbalken ausgebildet sein kann). Somit zu bedampfende Gegenstände von beiden Seiten gleichmäßig bedampft werden.
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Weitere Details der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren beschrieben. Hierbei zeigt
- 1 schematisch einen beispielhaften Dampfbalken;
- 2a einen Querschnitt durch einen Teil eines Dampfbalkens aus dem Stand der Technik;
- 2b einen Querschnitt durch einen Dampfbalken;
- 2c einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Dampfbalken;
- 3a - 3d Querschnitte durch verschiedene Öffnungen eines beispielhaften Dampfbalkens.
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1 zeigt schematisch einen beispielhaften Dampfbalken. Der Dampfbalken 1 umfasst eine Zuführeinrichtung für Dampf 1a, die beispielsweise in der Mitte entlang der (Balken)Llänge I angeordnet sein kann. Wie gezeigt, kann der Dampfbalken so ausgebildet und/oder anordenbar sein, dass die Zuführeinrichtung für Dampf 1a im betriebsbereiten oder betriebenen Zustand von oben und optional senkrecht auf den Dampfbalken trifft. Eingezeichnet sind ebenfalls optional vorhandende Abläufe für Kondensat 20, die beispielsweise als Öffnungen an (im betriebenen Zustand) unten angeordneten Bereichen an den Enden E des Dampfbalkens angeordnet sein können. Optional kann ein Dampfbalken auch nur einen Ablauf für Kondensat (z.B. an einem Ende) oder mehr als zwei Abläufe für Kondensat, z.B. zusätzlich oder alternativ an (im betriebenen Zustand) unten angeordeten Bereichen der Seiten - umfassen.
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Der Dampfbalken hat eine Länge I und ist in diesem Beispiel beispielhaft als Quadratrohr ausgebildet, dass an den beiden Enden (hierbei ist das in der Zeichnung nur das perspektivisch sichtbare Ende E eingezeichnet) geschlossen ist. Der Dampfbalken umfasst eine oder mehrere Seitenflächen, in dem gezeigten Beispiel beispielhaft vier Seitenflächen von denen die Seitenflächen S1 und S2 sichtbar sind (die anderen zwei Seiten aufgrund der Perspektive nicht). In anderen Ausführungsformen kann der Dampfbalken anders ausgebildet sein, z.B. als Rundrohr. In solchen Ausführungsformen können die Seitenflächen als eine Mantelfläche ausgebildet sein. In den Seitenflächen sind beispielhaft Öffnungen O1 bis O10 zum Auslass von Dampf eingezeichnet (hierbei werden entsprechende Öffnungen mit gleicher Entfernung von Zuführeinrichtung für Dampf (hier in der Mitte der Balkenlänge) gleich bezeichnet). Die Öffnungen erstrecken sich in diesem Beispiel ausgehend von der Mitte der Balkenlänge I entlang der Balkenlänge I auf einer Linie (in Richtung beider Enden). In anderen Ausführungsformen können die Öffnungen anders verteilt sein, z.B. ausgehend von der Zuführeinrichtung für Dampf sich nicht in gleicher Länge entlang der Seite erstrecken.
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Typischerweise sind die Öffnungen äquidistant angeordnet, also so, dass der Schwerpunkt eines Öffnungsquerschnitts vom Schwerpunkt des Öffnungsquerschnitts der direkt danebenliegenden Öffnung jeweils gleich weit entfernt ist. Die Nummerierung der Öffnungen erfolgt in der Figur beispielhaft beginnend von den Öffnungen, die am nächsten an der Zuführeinrichtung 1a angeordnet sind und steigt mit der Entfernung von der Zuführeinrichtung 1a.
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Erfindungsgemäß haben nun die Öffnungen O1 bis O10 mindestens zwei verschiedene Öffnungsquerschnitte, insbesondere können sie beispielsweise genau zwei verschiedene Öffnungsquerschnitte haben. In anderen Ausführungsformen können drei oder mehr verschiedene Öffnungsquerschnitte (insbesondere drei oder mehr verschiedene Öffnungsquerschnitte mit verschieden großen Querschnittsflächen) zum Einsatz kommen. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn eine hinreichend gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung austretenden Dampfes mit nur zwei verschiedenen Öffnungsquerschnitten nicht erreicht werden kann.
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Bei dem beispielhaft gezeigten Dampfbalken ist die Zuführeinrichtung für Dampf 1a senkrecht zur Länge I des Dampfbalkens angeordnet und senkrecht zur intendierten Dampfaustrittsrichtung. Die näher an der Zuführeinrichtungszeit liegenden Öffnungen können einen größeren Querschnitt aufweisen als die Öffnungen, die weiter entfernt von der Zuführeinführung 1a sind. Wenn die Öffnungen als (runde) Bohrungen ausgeführt sind, können beispielsweise dO1 bis O4 einen Durchmesser D1 haben, während Öffnungen O5 bis O10 einen zweiten Durchmesser D2 haben können, wobei D2<D1 ist.
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Eine derartige Anordnung der Öffnung kann zu einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung des auftretenden Dampfes führen, da in Bereichen großer Verwirbelung im Dampfbalken, insbesondere nahe der Zuführeinrichtung 1a, größere Öffnung vorgesehen sind, so dass auch dort hinreichend viel Dampf austreten kann.
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In anderen Ausführungsformen (hier nicht gezeigt), z.B. wenn die Zuführeinrichtung für Dampf 1a gegenüber den Öffnungen angeordnet ist, können nahe der Zuführeinrichtung Öffnungen mit kleinerem Querschnitt angeordnet sein, als weiter von der Zuführeinrichtung entfernt.
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Ein beispielhafter Dampfbalken kann zum Beispiel 20 Öffnungen (entlang einer Seite, z.B. entlang einer Linie parallel zur Länge I des Dampfbalkens) haben, die beispielhaft als Bohrungen ausgebildet sein können. Beispielsweise können bei 20 Bohrungen O1 bis O6 einen Durchmesser von 4,3 mm haben und Bohrungen O7 bis O10 einen Durchmesser von 3,2 mm. In anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger als 2O Öffnungen entlang einer Seite angeordnet sein. Die Öffnungen können, wie gezeigt, symmetrisch zur Mitte der Balkenlänge angeordnet sein, müssen dies aber nicht sein. Ein Dampfbalken kann insbesondere auch eine ungerade Anzahl von Öffnungen haben.
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Beispielhaft kann zum Beispiel das Innenmaß eines solchen Quadratrohrs jeweils zwischen 30 und 40 mm (entlang der Seiten) betragen, beispielsweise 36 mm x 36 mm.
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Wie beschrieben kann die Länge I des Dampfbalkens zwischen 380 und 450 mm liegen (in anderen Ausführungsformen kann sie auch größer sein, die Länge des Dampfbalkens hängt typischerweise von dem Anwendungsbereich und den dafür notwendigen Parametern ab). Beispielsweise kann der Dampfbalken eine Länge von 415 mm haben.
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Die Wandstärke eines verwendeten Rohrs für den Dampfbalken (das gleichzeitig bei Bohrungen, zum Beispiel auch die Länge der Bohrungen bestimmt, da diese durch die gesamte Wandstärke hindurchgehen) kann beispielsweise zwischen 1,5 und 2,5 mm betragen, beispielsweise etwa 2 mm.
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Typischerweise sind die Abstände zwischen den jeweils nebeneinanderliegenden Öffnungen, d.h. deren Schwerpunkte der Öffnungsquerschnitte äquidistant angeordnet. Eine mögliche Entfernung beträgt beispielsweise zwischen 15 und 25 mm, z.B. 20 mm zwischen den jeweiligen Schwerpunkten der Öffnungsquerschnitte (Mittelpunkten bei Bohrungen). In anderen Ausführungsformen können die Öffnungen nicht äquidistant angeordnet sein.
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Ein Dampfbalken kann beispielhaft in einem Dampftunnel an einer (Seiten)Wand angeordnet sein (nicht gezeigt). Der Dampfbalken kann bewegbar angeordnet sein, wobei er optional von außen bewegbar sein kann. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Dampfbalken bewegt werden soll (z.B. um den Schrumpftunnel auf verschiedene Behältergrößen oder Produkte anzupassen), da dann nicht eine Abkühlung des Schrumpftunnels abgewartet werden muss. In dem Schrumpftunnel können zu bedampfende Gegenstände am Dampfbalken entlanggeführt werden. Typischerweise kann der Abstand von Dampfbalken zu den zu bedampfenden Gegenständen in einem Schrumpftunnel klein eingestellt werden, beispielsweise der Abstand vom Dampfbalken 1 zwischen 10 mm und 60 mm betragen, beispielsweise zwischen 10 mm und 30 mm betragen, wobei typischerweise die Beförderung der zu bedampfenden Gegenständen so erfolgt, dass sie (und insbesondere die mit Dampf zu behandelnden Teile der Gegenstände, z.B. Schrumpfetiketten) auf der Höhe der Öffnungen zum Auslass von Dampf angeordnet sind und somit gleichmäßig bedampft werden können.
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Dies kann entweder durch das Einstellen der Höhe der Transporteinrichtungen für zu bedampfende Gegenstände im Schrumpftunnel und/oder durch eine Verstellbarkeit des Dampfbalkens 1 in seiner Höhe erfolgen.
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Optional kann der Dampfbalken 1 auch in anderen Anordnungen als waagrecht (nicht gezeigt) im Schrumpftunnel angeordnet oder anordenbar sein, beispielsweise schräg, so dass seine Länge I einen Winkel mit der Horizontalen einschließt, der typischerweise kleiner oder gleich 45° ist.
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Eine solche Anordnung kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn Gegenstände bedampft werden sollen, bei denen z.B. Schrumpfetiketten sich vertikal über eine gewisse Höhe ausdehnen.
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In einem Dampftunnel wird typischerweise Dampf über die Zuführung 1a in den Dampfbalken 1 geführt und durch Öffnungen O in den Schrumpftunnel eingeleitet. Hier tritt der Dampf idealerweise mit gleicher Geschwindigkeit und Richtung (z.B. bei horizontaler Ausrichtung der Länge I horizontal) aus den jeweiligen Öffnungen O aus.
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Ein zu bedampfender Gegenstand kann dann entsprechend auf der Höhe der Öffnungen O (vorzugsweise mit dem zu schrumpfenden Etikett oder Verpackung auf Höhe der Öffnungen O) vorbeigeführt werden. Durch den Dampf, der dann an der gegenüberliegenden Wand des Schrumpftunnels abprallt, bilden sich Strömungen und Verwirbelungen. Eine Abführung des nicht mehr benötigten Dampfes kann beispielhaft durch Absaugung nach oben erfolgen. In anderen Ausführungsformen kann eine Abführung des nicht mehr benötigten Dampfes in anderer Weise erfolgen.
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Je gleichmäßiger das Geschwindigkeitsprofil und die Richtung des Dampfes, der aus den Öffnungen O herauskommt, ist, desto gleichmäßiger und besser kann der Schrumpfprozess stattfindenden. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund der Verwirbelungen im Dampfbalken bei gleichgroßen Öffnungen der Dampfaustritt aus dem Dampfbalken mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Höhenprofilen erfolgt. Dies kann z.B. dazu führen, dass in einigen Bereichen die Geschwindigkeit so hoch ist, dass der Dampf förmlich an den zu bedampfenden Gegenständen abprallt und nicht, wie gewünscht, diese erhitzt und dadurch eine Schrumpfwirkung erzeugt.
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In den 2a bis 2c sind beispielhaft und schematisch Querschnitte durch verschiedene beispielhafte halbe Dampfbalken und daraus resultierende Geschwindigkeitsverteilung von Dampf gezeigt. Hierbei liegt jeweils die Mitte eines beispielhaften Dampfbalkens am linken Bildrand.
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2a zeigt einen Dampfbalken mit Düsen (Stand der Technik), an dem man erkennen kann, dass er durch die Verwendung von Düsen ein relativ gleichmäßiges Geschwindigkeits- und Höhenprofil des auftretenden Dampfes erzeugen kann. Allerdings ist die Verwendung von Düsen, wie oben ausgeführt, teuer und aufwendig und der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein vergleichbares Spritzbild (Bild der Geschwindigkeitsverteilung des austretenden Dampfes) in einfacherer Weise zu erhalten.
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2b zeigt einen nicht beanspruchten Dampfbalken mit gleichen Öffnungsquerschnitten (Länge 415 mm, Abmessungen eines beispielhaften Quadratrohres innen 36 mm x 36 mm, 20 Öffnungen (10 gezeigt, da nur halber Dampfbalken dargestellt ist)). Die Öffnungen sind als Bohrungen ausgebildet, haben 8 mm Durchmesser und sind in äquidistantem Abstand voneinander angeordnet, hier mit einem Abstand von 20 mm von einem Mittelpunkt einer Bohrung zur jeweils nächsten Bohrung.
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Das resultierende Bild der Geschwindigkeitsverteilung des austretenden Dampfes ist ungleichmäßig, insbesondere wird der Dampf in der Mitte mit einer kleineren Geschwindigkeit aus dem Dampfbalken befördert als an den zwei Enden.
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2c zeigt nun einen entsprechenden Querschnitt für einen erfindungsgemäßen Dampfbalken. Erfindungsgemäß wird ein Dampfbalken mit verschiedenen Öffnungsquerschnitten verwendet. In dem in 2c gezeigten Beispiel sind die Öffnungen, die nahe bei der Zuführeinrichtung für Dampf 1a angeordnet sind, größer als die Öffnungen, die näher an den Enden des Dampfbalkens liegen (beispielsweise zwischen 3,5 und 5 mm Durchmesser der Bohrungen bei den Öffnungen näher an der Mitte des Dampfbalkens und zwischen 2 und 3,5 mm Durchmesser bei den Öffnungen an den Enden des Dampfbalkens). Dadurch tritt Dampf mit etwa gleicher Geschwindigkeit aus, wie beispielhaft in 2c erkennbar.
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Für einen Dampfbalken wie beispielhaft in 1 gezeigt, zeigen die 3a bis 3d die (simulierten) Geschwindigkeitsvektoren des austretenden Dampfes für verschiedene Öffnungen, die beispielhaft als Bohrungen ausgebildet sein können.
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Hierbei zeigt 3a die Geschwindigkeitsvektoren für Öffnung 1, 3b die Geschwindigkeitsvektoren für Öffnung 6, 3c die Geschwindigkeitsvektoren für Öffnung 7 und 3d die Geschwindigkeitsvektoren für Öffnung 10.
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In der Nähe von Öffnung O1, die nahe an der Zuführungseinrichtung für Dampf angeordnet ist, ergibt sich ein starker Strömungswirbel im Dampfbalken, der unter anderem auch dazu führt, dass aus Öffnung O1 austretender Dampf in seinem Verlauf leicht nach oben abgelenkt wird.
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Bei Öffnung O6 ist im Dampfbalken 1 keine so starke Strömung mehr erkennbar, so dass Dampf ziemlich gerade aus der Öffnung O6 befördert wird. Gleiches gilt für Öffnung O7, aus der Dampf noch ein bisschen gerader austritt.
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Die regelmäßigste Verteilung findet sich dementsprechend bei der Öffnung, die am weitesten entfernt von der Zuführeinrichtung 1a ist, die im gezeigten Beispiel auch am nähesten am Ende des Dampfbalkens liegt (hier beispielhaft bei Öffnung O10), wo der Dampf innerhalb des Dampfbalkens kaum Strömung aufweist. Folglich tritt der Dampf aus O10 vom Dampfbalken 1 sehr gleichmäßig und sehr genau in horizontaler Richtung aus.
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In einem erfindungsgemäßen Dampfbalken 1 sind daher die Öffnungen, die näher an der Zuführeinrichtung liegen, insbesondere O1, typischerweise mit einem größeren Öffnungsquerschnitt ausgebildet als die Öffnungen näher am Ende des Dampfbalkens (insbesondere O10). Hierbei können genau zwei verschiedene Größen von Öffnungsquerschnitten zum Einsatz kommen oder mehr. Typischerweise wählt man so viele verschieden Öffnungsquerschnitte wie notwendig, um ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil zu erreichen, aber so wenige wie möglich.
