Heisslufttunnel zum Behandeln von zumindest teilweise in Schrumpffolie verpackten Gegenständen
Die Schrumpfverpackungstechnik hat auf dem Gebiet der flexiblen Verpackungen in den letzten Jahren grosse Bedeutung erlangt. Bei dieser Technik wird der zu verpackende Artikel lose in einen Beutel oder Umschlag aus flexibler Kunststoffolie gehüllt, die durch Erhitzen geschrumpft werden kann, so dass der lose um den Artikel liegende Beutel oder Umschlag direkt an den Packungsinhalt anschrumpft und eine dichte und ansprechende Verpackung bildet. Wenn nicht aus irgendwelchen Gründen ein besonderer Effekt gewünscht wird, erfolgt das Schrumpfen der Folie am besten unter Bedingungen, bei denen alle Teile der Folie gleichmässig auf die Schrumpftemperatur erhitzt werden und möglichst wenig Wärme auf den Packungsinhalt übertragen wird.
Bei einer unter 1000 C liegenden Schrumpftemperatur kann das Schrumpfen durch Eintauchen der Packung in kochendes Wasser durchgeführt werden. Das Heisswasserverfahren kann allerdings nur angewendet werden, wenn die Packung vor dem Schrumpfen dicht versiegelt wird. Für Folien mit einer Schrumpftemperatur über 100" C können anstelle von Wasser Lösungen wie Athylenglykollösungen mit einem erhöhten Siedepunkt verwendet werden. Dadurch wird das Schrumpfverfahren jedoch verteuert und die Gefahr einer Verunreinigung des Packungsinhaltes bei Undichtigkeiten der Versiegelung oder Löchern in der Folie vergrössert.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten und um die Schrumpfverpackungstechnik auch für unversiegelte Packungen anwenden zu können, wurden Heissluftschrumpftunnel entwickelt. Derartige Tunnel bestehen im allgemeinen aus einem kastenartigen Gehäuse mit einem Transportband zum Hindurchführen der verpackten Artikel und einer Vorrichtung zum Erhitzen der darin enthaltenen Luft, z. B. einem oder mehreren Ventilatoren, welche Luft über heisse Widerstandsdrähte fördern. In allen bekannten Heissluftschrumpftunneln ist die Luftgeschwindigkeit im Bereich des Packungsdurchganges verhältnismässig gering. Bei Verwendung von verhältnismässig leicht schrumpfenden Folien können in solchen Tunneln mit mässig erhitzter Luft befriedigende, wenn auch keine idealen Ergebnisse erzielt werden.
Da die Hitzeübertragung von der Luft auf die Folie jedoch verhältnismässig langsam vor sich geht, erwärmt sich das Produkt häufig schneller als die Folie, so dass das Produkt zumindest an den Berührungsstellen mit der Folie übermässig erhitzt wird und die Folie unter Faltenbildung an den Berührungsstellen mit dem Produkt ungleichmässig schrumpft.
Bei den bekannten Tunneln besteht die einzige Möglichkeit zur Verbesserung der Hitzeübertragung in einer Erhöhung der Lufttemperatur. Durch eine solche Massnahme kann zwar die Schrumpfung an den Berührungsstellen der Folie mit dem Produkt verbessert werden, jedoch tauchen dafür Schwierigkeiten an den Stellen auf, an denen die Folie das Produkt nicht berührt. An diesen Stellen kann die Folie dann leicht überhitzt werden, so dass sie in ihren physikalischen Eigenschaften beeinträchtigt oder sogar geschmolzen wird. Für viele Folien sind demnach die bekannten Heissluftschrumpftunnel nur beschränkt brauchbar. Im allgemeinen wird dieses Problem um so grösser je enger der Bereich ist, in welchem die Folie schrumpft ohne zu schmelzen.
Dies trifft beispielsweise insbesondere für Polypropylen zu, welches zur Erzielung einer 40 Obigen Schrumpfung auf 1490 C erhitzt werden muss und schon bei etwa 171" C schmilzt.
Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wird nun mit der Erfindung ein Heisslufttunnel zum Behandeln von zumindest teilweise in Schrumpffolie verpackten Gegenständen, bestehend aus einem kastenförmigen Gehäuse mit einem Durchgang für die auf einer Transportvorrichtung durchlaufenden Packungen und einer Zirkulationsvorrichtung für Heissluft vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Wände des Durchganges von parallel zu den Gehäusewänden verschiebbaren Platten gebildet werden, welche Durchtrittsöffnungen für die unmittelbar die Oberfläche der Packungen beaufschlagende Heissluft aufweisen.
In diesem Schrumpftunnel wird die zur Übertragung auf die Folie zur Verfügung stehende Hitzemenge dadurch vergrössert, dass der Abstand zwischen den Heissluftdurchtrittsöffnungen und der Oberfläche der Packung möglichst klein gehalten werden kann. Die Luft wird dabei zur Erhaltung ihres Wärmegehaltes vorteilhaft in einem geschlossenen Kreislaufsystem zurückgeführt. Um die jeden festen Gegenstand wie eine Packung umgebende stehende Luftschicht aufzubrechen und fortzublasen und die Heissluft zur schnellen Hitzeübertragung in engen Kontakt mit der Folie zu bringen, kann die Heissluft in Form von Strahlen oder Kaskaden mit hoher Geschwindigkeit direkt auf die Packung gerichtet werden.
Die Lufttemperatur braucht deshalb nur wenig über der gewünschten Schrumpftemperatur zu liegen. Wegen des schnellen Erhitzens kann die Packung sehr rasch durch den Schrumpftunnel geführt werden, so dass keine wesentliche Erwärmung des Produktes erfolgt. Durch das sehr gleichmässige Erhitzen der Folie auf ihre Schrumpftemperatur werden ausserdem sehr ansprechende, glatte Packungen erhalten.
In dem erfindungsgemässen Schrumpftunnel kann die Heissluft direkt auf die Oberseite und beide Seiten der Packung oder auf die Oberseite und die Unterseite der Packung oder gleichzeitig auf alle Seiten gerichtet werden. Zum Verschieben der Platten mit den Durchgangsöffnungen für die Heissluft und während des Betriebes sind vorzugsweise von aussen zu betätigende Einstellvorrichtungen vorgesehen. Auf Grund seiner gedrängten und wirkungsvollen Ausführungsform ist der erfindungsgemässe Tunnel in Herstellung und Verkauf den bekannten Schrumpftunneln überlegen.
Der erfindungsgemässe Schrumpftunnel wird im folgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Gesamtdarstellung des erfindungsgemässen Schrumpftunnels;
Fig. 2 einen parallel zur Vorderseite entlang der Linie 2-2 in Fig. 4 geführten Senkrechtschnitt;
Fig. 3 einen parallel zur Seitenwand entlang der Linie 3-3 in Fig. 4 geführten Senkrechtschnitt;
Fig. 4 eine Draufsicht, bei dem die isolierende Decke entfernt ist;
Fig. 5 einen Senkrechtschnitt wie in Fig. 2, jedoch durch eine andere Ausführungsform;
Fig. 6 einen Senkrechtschnitt wie Fig. 3, jedoch durch die Ausführungsform nach Fig. 5.
Grundsätzlich besteht der erfindungsgemässe Schrumpftunnel aus einem Ofen 11 (Fig. 1), welcher auf eine Grundplatte 12 montiert und mit einem Tunnel 13 zum Hindurchführen der Packungen versehen ist. Zum Transport der Packungen durch den Tunnel 13 dient ein Förderband 14. Das Förderband 14 kann entweder mit einer Verpackungsanlage verbunden sein oder, wie dargestellt, aus einem separaten Förderband 14 bestehen, das über Walzen 15 und 16 läuft, welche an Streben 17 und 18 befestigt sind, die von der Grundplatte 12 ausgehen. Das Band 14 wird unterhalb der Grundplatte 12 zurückgeführt. Die Grundplatte 12 ist in der gewünschten Höhe auf einen geeigneten Untersatz wie ein vierbeiniges Gestell 19 montiert.
Der Ofen 11 ist innen mit einem Gebläse 21 ausgerüstet, welches durch einen Gebläsemotor 22 angetrieben wird, der ausserhalb auf der Oberseite des Ofens 11 mittels einer Haltevorrichtung 23 befestigt ist. Das Förderband 14 wird durch einen Förderbandantrieb 24 bewegt, welches vorzugsweise aus einem Motor 25 und einem Reduktionsgetriebe 26 besteht, die auf einem am Gestell 19 befestigten Untersatz 27 angeordnet sind. An einer Seite des Ofens 11 befindet sich eine Verteilerdose 28, welche die Steuerungen für den Gebläsemotor und den Antriebsmotor sowie den Temperaturregler für die Heizquellen enthält. Ein am Ofen 11 angebrachtes Thermometer 29 dient zum Ablesen der Lufttemperatur im Ofen.
Der Ofen 11 besteht aus einem geschlossenen kastenartigen Gehäuse mit einer Decke 31, zwei Endwänden 32 und 33, zwei Seitenwänden 34 und 35 und einem Boden 36. Die Decke 31 und die Wände 32, 33, 34 und 35 sind mit einer Isolierschicht versehen, um eine Wärmeabgabe von innen nach aussen zu verhüten oder zumindest so gering wie möglich zu halten; Decke und Wände können dabei zweckmässig aus drei Schichten bestehen, d. h einer inneren und einer äusseren Metallschicht 37 und 3Pj und einer Zwischenschicht 39 aus isolierendem Material. Der Ofen 11 ist zweckmässig unter Verwendung eines aus Winkeleisen bestehenden Rahmens 41 zusammengesetzt, an welchem die Deckenund Wandplatten mit Haltevorrichtungen befestigt sind.
Die Grundplatte 12 besteht aus zusammengesetzten, verhältnismässig tiefen U-Eisen, die auf geeignete Weise miteinander verbunden sind. Der Ofen 11 ist auf der Grundplatte 12 mittels Winkeln 43 befestigt, welche entlang der Unterkante der Seitenwände 34 und 35 verlaufen. Eingang und Ausgang des Tunnels 13 bestehen aus Öffnungen 44 von zweckmässiger Höhe und Breite, welche sich in den Endwänden 32 und 33 angrenzend an die Grundplatte 12 und in der Mitte zwischen den Sei Seitenwänden 34 und 35 befinden. Die Öffnungen 44 können gegebenenfalls mit einem flexiblen Vorhang (nicht dargestellt) versehen werden, welcher die Öffnungen abschliesst und den Verlust von Heissluft aus dem Ofen 11 gering hält. Das Förderband 14 läuft auf dem Boden 36 des Ofens 11 oder auf einer darauf angeordneten geeigneten Gleitvorrichtung durch die Öffnungen 44.
Bei der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform, in welcher die Luft nur von oben und von den Seiten auf die Packungen gerichtet wird, kann das Band 14 aus einem gebräuchlichem temperaturbeständigen Förderband bestehen. Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform, in welcher die Luft von unten auf die Packungen gerichtet wird, muss ein durchbrochenes Band, beispielsweise ein Maschendrahtband, verwendet werden.
Der obere Teil des Ofens 11 ist durch eine Trennwand 47, welche senkrecht zwischen den Seitenwänden 34 und 35 von der Decke 31 bis etwa zur Höhe der Öffnungen 44 verläuft, in zwei Kammern unterteilt, in eine Luftzuführkammer 45 und eine Luftrückführkammer 46. Die Zuführkammer 45 ist mit einem Bodenteil 55 versehen, welcher horizontal zwischen den Seitenwänden 34 und 35, der Endwand 32 und der Trennwand 47 etwa in der Höhe der Öffnung 44 des Tunnels 13 verläuft. Oben in der Luftrückführkammer 46 befindet sich ein Gebläse 21, welches aus einem gebräuchlichen Zentrifugalgebläse mit einem Rotor 48, einer Luftansaug öffnung 49 und einer Luftausstossöffnung 51 besteht.
Die Ausstossöffnung 51 ist mit einer übereinstimmenden Öffnung in der Trennwand 47 verbunden, so dass die gesamte das Gebläse 21 passierende Luft in den Oberteil der Luftzuführkammer 45 gedrückt wird. Das Gebläse 21 hat eine Leistungsfähigkeit, mit der das gesamte im Ofen 11 enthaltene Luftvolumen viele Male in der Minute zirkuliert werden kann. Ein geeignetes Ge bläse kann beispielsweise das 40-, 80- oder mehrfache Luftvolumen des Ofens 11 in der Minute umwälzen. Im allgemeinen wird die Luft in der Zuführkammer 45 abwärts und in der Rückführkammer 46 aufwärts bewegt.
In der Mitte der Luftzuführkammer 45 befindet sich eine Anzahl von Heizelementen 53, die so angeordnet sind, dass die gesamte die Kammer 45 passierende Luft mit ihrer Heizfläche in Berührung kommt. Vorzugsweise bestehen die Heizelemente 53 aus Widerstandsheizrippen, die nebeneinander horizontal zwischen den Seitenwänden 34 und 35 angeordnet sind. Eine Anordnung von sechs 1500-Watt-Heizrippen erwies sich für ein Gerät von 60 cm Höhe, 60 cm Breite und 75 cm Länge als ausreichend. Auf Grund der fast vollständigen Rückfüh- rung der Luft im Ofen 11 wird nach Erreichen der gewünschten Temperatur verhältnismässig wenig zusätzliche Wärme benötigt, um den Ofen auf dieser Temperatur zu halten. Die gesamte Luft im Ofen 11 bleibt also im wesentlichen auf der gleichen Termpatur, nachdem sie einmal auf die gewünschte Temperatur gebracht ist.
Die Heizelemente 53 sind über eine aussen an der Seitenwand 35 angebrachte, wärmeisolierende Verteilerdose 54 mit einer Stromzufuhr für den Schrumpftunnel verbunden. Die Verteilerdose 54 kann in die Verteilerdose 28 mit eingeschlossen oder separat angebracht sein. Zur Regulierung der Stromzufuhr zu den Heizelementen 53 sind übliche Temperaturregler (nicht dargestellt) vorgesehen, deren Fühler sich im unteren Teil der Luftzuführkammer 45 befinden. Die Stromzufuhr zu den Heizelementen 53 kann so eingerichtet sein, dass eine Anzahl der Heizelemente bei Erreichen der gewünschten Temperatur ausgeschaltet wird und mit den übrigen Heizelementen die Temperatur zur Vermeidung grösserer Temperaturschwankungen gesteuert wird.
An der Unterseite des Bodenteils 55 befindet sich zu beiden Seiten des Bandes 14 je ein Luftkasten 57. Die beiden seitlichen Luftkästen 57 sind weitgehend gleich und bestehen aus einem geschlossenen Gehäuse 58 mit offener Oberseite und entfernbarer Stirnplatte 59. Die Stirnplatte 59 ist durch Bolzen 61 an Befestigungsarmen 62 befestigt, die von den Seitenwänden des Kastens 57 ausgehen. Die seitlichen Luftkästen 57 können auf Schienen 63, welche sich an der Unterseite des Bodenteils 55 befinden, in seitlicher Richtung auf die Mittellinie des Bandes 14 zu und von dieser fort bewegt werden. Die Oberkanten der Seitenwände des Kastens 57 und der Stirnplatte 59 grenzen an die Unterseite des Bodenteils 55, so dass dieser die Decke des Kastens 57 bildet. Der Bodenteil 55 ist mit Öffnungen 64 und 65 versehen, so dass durch den Bodenteil 55 Luft in den Luftkasten 57 gelangen kann.
Die öffnungen 64 und 65 sind so angeordnet, dass sie unabhängig von der seitlichen Verschiebung der Luftkästen geöffnet sind. An den Seitenwänden 34 und 35 befindet sich jeweils eine Schraube 66, die aussen mit einem Handgriff 67 ersehen ist und durch die Rückwände der Luftkästen 57 in dieselben hineinreicht, wo sie mit einem Gewindeteil 68 verbunden ist. Mit Hilfe dieser Schrauben kann die seitliche Verschiebung des Ofens 11 befindlichen Handgriffe 67 unabhängig voneinander eingestellt werden.
Die Stirnplatte 59 ist verhältnismässig dick und mit einer Anzahl im Abstand voneinander angeordneter Öffnungen 69 versehen, welche als Düsen wirken, die die durchströmende Luft in eine bestimmte Richtung lenken. Die Öffnungen 69 können entweder horizontal oder in einem Winkel, beispielsweise wie dargestellt nach unten, ausgerichtet sein. Da die seitlichen Luftkästen 57 dicht an die Unterseite des Bodenteils 55 anschliessen, passiert weitgehend die gesamte aus der Luftzuführkammer 45 durch die Öffnungen 64 und 65 eintretende Luft die öffnungen 69 in der Stirnplatte 59 des entsprechenden Luftkastens 57 und wird auf die entsprechenden Seiten der Packungen gerichtet, die auf dem Band 14 vorbeigeführt werden.
Bei Gebrauch der Vorrichtung werden die Kästen 57, welche über das Band 14 hinwegbewegt werden können, in eine Stellung gebracht, in welcher die Stirnplatten 59 sich nahe an den Seiten der Packungen befinden, die auf dem Band 14 vorbeigeführt werden. Durch den Handgriff 67 und die Schraube 66 kann die Stellung der Kästen 57 von ausserhalb des Ofens 11 jeder Packungsgrösse angepasst werden.
Auf die Oberseite der auf dem Band 14 transportierten Packungen wird Luft aus einem oberen Luftkasten 72 durch eine Stirnplatte 71 gerichtet. Der obere Luftkasten 72 ist an der Decke 31 des Ofens 11 mittels Schrauben 73 und 74 aufgehängt, welche bei 75 und 76 schraubbar mit der Decke 31 verbunden sind und durch Gewindeteile 77 und 78 verlaufen, die sich in der Oberseite des Gehäuses 79 des oberen Luftkastens 72 befinden. Die Schrauben 73 und 74 sind über Zahnräder 81 und 82 in einer Kette 83 miteinander verbunden und können mit einem Handgriff 84 gleichzeitig bewegt werden. Durch Drehen des Handgriffs 84 kann die Lage des Kastens 72 in senkrechter Richtung eingestellt werden.
Die Stirnplatte 71 ist mittels Bolzen 85 und Befestigungsarmen 86 am Gehäuse angebracht und auf gleiche Weise wie die Stirnplatten 59 mit einer Anzahl von die Luft ausrichtenden Öffnungen 87 versehen.
Die eine Seite des oberen Luftkastens 72 liegt dicht an die Trennwand 47 an. Durch Öffnungen 90, die in der Trennwand 47 oberhalb des Bodenteils 55 angebracht sind, wird Luft in den Luftkasten 72 eingelassen.
Damit die Grösse der Öffnung konstant bleibt, ist das an die Trennwand 47 grenzende Ende des Luftkastens 72 mit zwei senkrechten Wandteilen 88 und 89 versehen.
Der Wandteil 88 verläuft angrenzend an die Trennwand 47 senkrecht von der Oberseite des Luftkastens 72 nach oben und der Wandteil 89 angrenzend an die Trennwand 47 senkrecht vom Boden des Luftkastens 72 nach oben. Der Wandteil 89 endet kurz vor der Oberseite des Luftkastens 72 und bildet so eine Öffnung 91. Die Öffnung 91 deckt sich in jeder Stellung des Luftkastens 72 mit der Öffnung 90. Der Wandteil 88 verhindert den Austritt von Luft aus dem oberen Teil der Öffnung 90, wenn der Luftkasten 72 in abgesenkter Stellung ist.
Demnach bleibt die Grösse der in den Luftkasten 72 führenden Öffnung unabhängig von der Stellung des Luftkastens 72 konstant. Die Stirnplatte 71 des Luftkastens 72 bildet die Decke des Tunnels 13 in der Luftrückführkammer 46.
Die Seiten des Tunnels 13 in der Luftrückführkammer 46 werden von Sieben 92 und 93 gebildet, welche vom Boden 36 zwischen der Trennwand 47 und der Endwand 33 nach oben verlaufen und direkt an die Seiten des oberen Luftkastens 72 angrenzen. Die in den Tunnel 13 eingedrückte Luft geht durch das Sieb 92 und 93 in die Luftrückführkammer 46, wo sie in die Ansaug öffnung 49 des Gebläses 21 gezogen wird. Die Siebe 92 und 93 sind leicht entfernbar in senkrechten, an der Wand 33 angebrachten Rinnen 94 und an der Wand 47 angebrachten Rinnen 95 angeordnet. Durch die Siebe 92 und 93 wird verhindert, dass Fremdstoffe in den Luftstrom gelangen.
Die Geschwindigkeit der die richtunggebenden Öffnungen 87 in der Stirnplatte 71 oder die richtunggebenden Öffnungen 69 in der Stirnplatte 59 passierenden Luft wird in erster Linie einfach durch die Konstruktion bestimmt, d. h. die Geschwindigkeit ist die Funktion des Luftvolumens, das einen Luftkasten in einer Zeiteinheit passiert, dividiert durch die Gesamtgrösse der Öffnungen. Wenn die Gesamtgrösse der Öffnungen relativ klein ist, so dass eine relativ hohe Luftgeschwindigkeit erzeugt wird, wird ein beträchtlicher Rückdruck in den Luftkästen und in der Luftzuführkammer 45 erzeugt, wodurch eine proportional gleiche Luftmenge durch die einzelnen Kästen und durch die einzelnen Öffnungen der Stirnplatten dieser Kästen gedrückt wird.
Zur weiteren Regulierung der Luftgeschwindigkeit können Dämpfvorrichtungen mit den zu den Luftkästen führenden Öffnungen oder mit den Stirnplatten verbunden werden.
Es wurde gefunden, dass sich die mit hoher Geschwindigkeit aus den Stirnplatten austretende Luft in einer Entfernung zerteilt, die von der Grösse der Öffnung und der Nähe der benachbarten Öffnungen abhängig ist. Bei Öffnungen von 6,35 mm Durchmesser, die in einem Abstand ihrer Mittelpunkte von 19,05 mm angeordnet sind, bleibt der Luftstrahl über eine Entfernung von 50,8 mm von der Stirnplatte bestehen. Zur vollen Ausnutzung der hohen Geschwindigkeit der Luftstrahlen sollten die FrontpIatten also etwa auf einen Abstand von 50 mm an die Seiten oder die Oberfläche der auf dem Band 14 hindurchgeführten Packungen herangebracht werden. Es wurde gefunden, dass zur Erzielung einer maximalen Beständigkeit des Luftstrahles die Dicke der Stirnplatten im Bereich der Öffnungen genau so gross oder grösser als der Durchmesser der einzelnen Öffnungen sein muss.
Die in Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsform weicht in zwei Punkten von der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform des Schrumpftunnels ab. Die eine Abweichung besteht darin, dass die Stirnplatten der Luftkästen oder Speicherkammern mit Schlitzen anstelle von Löchern versehen sind. Die zweite Abweichung besteht darin, dass die Luft mit hoher Geschwindigkeit von unterhalb des Förderbandes 14 auf den Boden der verpackten Artikel gerichtet wird. Es ist offensichtlich, dass die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Lochplatten auch durch geschlitzte Platten ersetzt werden können und dass der Schrumpftunnel auch so beschaffen sein kann, dass die Luft von oben, von den Seiten und von unten und ebenso gut von oben und von den Seiten oder nur von oben und von unten auf die Packung gerichtet werden kann.
Bei einem Schrumpftunnel, in welchem die Luft von unten auf den verpackten Artikel gerichtet wird, weist der Boden 36 unterhalb des Förderbandes 14 eine längliche Öffnung auf, in welche eine Stirnplatte 101 eingesetzt ist. An der Unterseite des Bodens 36 ist ein unterer Luftkasten oder eine untere Speicherkammer 102 befestigt. In den Luftkasten 102 wird Luft zu beiden Seiten des Tunnels 13 über Durchgänge 103 eingebracht, welche von Öffnungen 104 im Bodenteil 55 der Luftzuführkammer 45 durch entsprechende Öffnungen im Boden 36 in den unteren Luftkasten 102 führen. Zur Einstellung eines dem Luftdurchgang durch die Stirnplatte 71' des oberen Luftkastens 72 proportionalen Luftdurchganges durch die Stirnplatte 101 kann im Durchgang 103 eine Dämpfvorrichtung 105 angebracht werden.
Da der untere Luftkasten 102 unterhalb des Bodens 36 liegt, kann er in Richtung des Förderbandes 14 eine beliebige Länge annehmen, ohne dass die Grundkonstruktion des Schrumpftunnels dabei verändert wird. Die Stirnplatte 101 ist über ihre ganze Länge etwa genau so breit wie das Band 14, wobei das Band, wie bereits erwähnt wurde, mit geeigneten Öffnungen versehen ist, um den mit hoher Geschwindigkeit einwirkenden Luftstrom ungehindert durchzulassen.
Bei der Stimplattenkonstruktion mit Spaltöffnungen oder Schlitzen wie die Platten 71' und 101 in Fig. 5 und 6 werden die Luftdurchgänge dadurch erhalten, dass man Rillenelemente 106 in bestimmten, Spaltöffnungen 107 bildenden Abständen in einem Rahmen (nicht dargestellt) anordnet. Bei diesen geschlitzten Stirnplatten wird wie bei den gelochten Stirnplatten ein gewünschter, gerichteter Luftstrom erhalten, wenn die Wandstärke in der Spaltöffnung genau so gross oder grösser als die Breite des Spaltes ist. So besitzt eine typische geschlitzte Stirnplatte beispielsweise 75,75 mm breite Rillenelemente, 9,50mm breite Spaltöffnungen und 12,70mm dicke Wände in den Spaltöffnungen.
Es wurde gefunden, dass mit einer solchen Stirnplatte unabhängig von der Richtung des Luftdurchganges durch dieselben gleich gut gerichtete Luftströme von hoher Geschwindigkeit erhalten werden. Zur Erzielung einer gleichmässigen Schrumpfung ist es jedoch zweckmässig, die Spalten quer zum Transportweg der Packungen den gleichen Luftvorhang passieren müssen. Die geschlitzten Stirnplatten haben gegenüber den in Fig. 1 bis 4 gezeigten gelochten Stirnplatten den Vorteil, dass die bei Betrieb der Anlage durch die Schlitze gepressten Luftstrahlen oder -kaskaden über eine Entfernung von etwa 116 mm gegenüber 50,8 mm bei den gelochten Platten bestehen bleiben. Dieser Unterschied beruht wahrscheinlich darauf, dass bei den geschlitzten Platten die Störung durch benachbarte Luftstrahlen geringer ist als bei den gelochten Platten.
Die Abwandlung der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Grundkonstruktion des Schrumpftunnels zu der in Fig. 5 und 6 gezeigten Schrumpftunnelkonstruktion mit einer Luftzufuhr von unten ist verhältnismässig gering. Aus diesem Grunde sind bei beiden Konstruktionen die gleichen Bezugszahlen für die gleichen Bauteile eingesetzt worden. Bei der zweiten Konstruktion sind die Durchgänge 103, welche dem unteren Luftkasten 102 Luft zuführen, angrenzend an die Seitenwände 34 und 35 angeordnet, so dass ein zusätzlicher Einbau von seitlichen Luftkästen 57, wie sie in Fig. 2 und 3 gezeigt sind, möglich ist. Bei gleichzeitiger Verwendung eines unteren Luftkastens und seitlicher Luftkästen werden im Bodenteil 55 zusätzliche Öffnungen zur Speisung dieser Luftkästen angebracht.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Schrumpftunnels liegt darin, dass eine weitgehende Rückführung der Heizluft möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Rückweg der Luft durch den Tunnel 13 und die Luftrückführkammer 46 völlig frei und ungehindert ist und dass alle Teile der Luftzuführkammer und der entsprechenden Luftkästen, in welchen sich die Luft unter Druck befindet, nach aussen völlig abgedichtet sind. Hierdurch ist es möglich, im Vergleich zur Luftmenge im Schrumpftunnel sehr grosse Luftmengen bei verhältnismässig niedrigem Energieverbrauch zum Erhitzen der Luft im Kreislauf zu führen. Durch die Zirkulation des grossen Luftvolumens wird die Bildung überhitzter Stellen vermieden und die gesamte Luft im Schrumpftunnel auf einer gleichmässigen Temperatur gehalten.
Die Verwendung von mit Öffnungen versehe nen Stirnplatten zur Stauung des zirkulierenden grossen Luftvolumens bewirkt die Bildung eines beträchtlichen statischen Druckes hinter den Stirnplatten. Dadurch erhält die durch die Öffnungen der Stirnplatten entweichende Luft eine hohe Geschwindigkeit. Durch das grosse Volumen der im Kreislauf geführten Luft und den hinter den Stirnplatten entstehenden Druck werden also Luftstrahlen oder -kaskaden von hoher Geschwindigkeit erzeugt, welche die Oberfläche der Packungen bespülen.
Durch dieses Bespülen wird die Wärmeübertragung wesentlich beschleunigt und durch die hohe Kapazität der grossen Luftmenge die Folie sehr schnell auf ihre Schrumpftemperatur erhitzt (ohne dass die Luft wesentlich abkühlt), wodurch unter Verwendung von Luft, die lediglich auf die gewünschte Schrumpftemperatur erwärmt ist, ein sehr schnelles und gleichmässiges Schrumpfen der Folie erzielt wird. Durch die im Vergleich zu bekannten Schrumpftunneln verhältnismässig niedrige Lufttemperatur und den durch die hohe Schrumpfgeschwindigkeit bedingten schnellen Transport der Packungen durch den Tunnel wird praktisch jede Möglichkeit ausgeschaltet, dass der Packungsinhalt erwärmt oder die Verpackungsfolie beschädigt wird.
Hot air tunnel for treating objects that are at least partially packaged in shrink film
The shrink packaging technology has achieved great importance in the field of flexible packaging in recent years. In this technique, the article to be packaged is loosely wrapped in a bag or envelope made of flexible plastic film, which can be shrunk by heating so that the bag or envelope lying loosely around the article shrinks directly onto the contents of the package and forms a tight and attractive package. Unless a special effect is desired for whatever reason, the shrinking of the film is best carried out under conditions in which all parts of the film are uniformly heated to the shrinking temperature and as little heat as possible is transferred to the contents of the pack.
If the shrinking temperature is below 1000 C, the shrinking can be carried out by immersing the pack in boiling water. However, the hot water process can only be used if the pack is tightly sealed before shrinking. For films with a shrink temperature of over 100 "C, solutions such as ethylene glycol solutions with a higher boiling point can be used instead of water. However, this makes the shrinking process more expensive and increases the risk of contamination of the contents of the pack in the event of leaks in the seal or holes in the film.
To eliminate these difficulties and to be able to use the shrink-wrapping technique also for unsealed packs, hot-air shrink tunnels were developed. Such tunnels generally consist of a box-like housing with a conveyor belt for passing the packaged articles through and a device for heating the air contained therein, e.g. B. one or more fans, which promote air over hot resistance wires. In all known hot air shrink tunnels, the air velocity in the area of the pack passage is relatively low. When using relatively slightly shrinking films, satisfactory, if not ideal, results can be achieved in such tunnels with moderately heated air.
Since the heat transfer from the air to the film is relatively slow, the product often heats up faster than the film, so that the product is excessively heated at least at the points of contact with the film and the film is wrinkled at the points of contact with the Product shrinks unevenly.
In the known tunnels, the only way to improve the heat transfer is to increase the air temperature. Such a measure can indeed improve the shrinkage at the points of contact of the film with the product, but difficulties arise at the points where the film does not touch the product. The film can then be slightly overheated at these points, so that its physical properties are impaired or even melted. The known hot-air shrink tunnels can therefore only be used to a limited extent for many films. In general, the narrower the area in which the film shrinks without melting, the greater the problem.
This applies in particular to polypropylene, for example, which has to be heated to 1490 ° C. in order to achieve the above shrinkage and melts at around 171 ° C.
To overcome these difficulties, the invention proposes a hot air tunnel for treating at least partially shrink-wrapped objects, consisting of a box-shaped housing with a passage for the packs passing through on a transport device and a circulation device for hot air, which is characterized in that the Walls of the passage are formed by plates which can be displaced parallel to the housing walls and which have passage openings for the hot air which acts directly on the surface of the packs.
In this shrink tunnel, the amount of heat available for transfer to the film is increased in that the distance between the hot air passage openings and the surface of the pack can be kept as small as possible. In order to maintain its heat content, the air is advantageously returned to a closed circuit system. In order to break up and blow away the standing air layer surrounding every solid object like a pack and to bring the hot air into close contact with the film for rapid heat transfer, the hot air can be directed at high speed directly onto the pack in the form of jets or cascades.
The air temperature therefore only needs to be slightly above the desired shrinkage temperature. Because of the rapid heating, the pack can be passed through the shrink tunnel very quickly so that the product is not significantly heated. The very even heating of the film to its shrinking temperature also results in very attractive, smooth packs.
In the shrink tunnel according to the invention, the hot air can be directed directly onto the top and both sides of the pack, or onto the top and bottom of the pack, or simultaneously on all sides. Adjustment devices that can be operated from the outside are preferably provided for moving the plates with the passage openings for the hot air and during operation. Due to its compact and effective embodiment, the tunnel according to the invention is superior to the known shrink tunnels in terms of manufacture and sale.
The shrink tunnel according to the invention is explained below with reference to the accompanying drawings, for example; show it:
1 shows an overall perspective view of the shrink tunnel according to the invention;
FIG. 2 shows a vertical section taken parallel to the front along the line 2-2 in FIG. 4; FIG.
3 shows a vertical section taken parallel to the side wall along the line 3-3 in FIG. 4;
Figure 4 is a plan view with the insulating blanket removed;
5 shows a vertical section as in FIG. 2, but through a different embodiment;
6 shows a vertical section like FIG. 3, but through the embodiment according to FIG. 5.
The shrink tunnel according to the invention basically consists of an oven 11 (FIG. 1) which is mounted on a base plate 12 and is provided with a tunnel 13 for guiding the packs through. A conveyor belt 14 is used to transport the packs through the tunnel 13. The conveyor belt 14 can either be connected to a packaging system or, as shown, consist of a separate conveyor belt 14 that runs over rollers 15 and 16 which are attached to struts 17 and 18 which extend from the base plate 12. The belt 14 is fed back below the base plate 12. The base plate 12 is mounted on a suitable base such as a four-legged frame 19 at the desired height.
The furnace 11 is equipped on the inside with a fan 21 which is driven by a fan motor 22 which is fastened outside on the top of the furnace 11 by means of a holding device 23. The conveyor belt 14 is moved by a conveyor belt drive 24, which preferably consists of a motor 25 and a reduction gear 26, which are arranged on a base 27 fastened to the frame 19. On one side of the furnace 11 there is a junction box 28 which contains the controls for the fan motor and the drive motor as well as the temperature controller for the heating sources. A thermometer 29 attached to the oven 11 is used to read the air temperature in the oven.
The furnace 11 consists of a closed box-like housing with a ceiling 31, two end walls 32 and 33, two side walls 34 and 35 and a bottom 36. The ceiling 31 and the walls 32, 33, 34 and 35 are provided with an insulating layer to to prevent heat dissipation from the inside to the outside or at least keep it as low as possible; The ceiling and walls can expediently consist of three layers, i.e. h an inner and an outer metal layer 37 and 3Pj and an intermediate layer 39 made of insulating material. The furnace 11 is expediently assembled using a frame 41 made of angle iron, to which the ceiling and wall panels are fastened with holding devices.
The base plate 12 consists of composite, relatively deep U-irons which are connected to one another in a suitable manner. The oven 11 is attached to the base plate 12 by means of angles 43 which run along the lower edge of the side walls 34 and 35. The entrance and exit of the tunnel 13 consist of openings 44 of suitable height and width, which are located in the end walls 32 and 33 adjacent to the base plate 12 and in the middle between the side walls 34 and 35. The openings 44 can optionally be provided with a flexible curtain (not shown) which closes the openings and keeps the loss of hot air from the furnace 11 low. The conveyor belt 14 runs through the openings 44 on the floor 36 of the furnace 11 or on a suitable sliding device arranged thereon.
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, in which the air is directed onto the packs only from above and from the sides, the belt 14 can consist of a conventional, temperature-resistant conveyor belt. In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, in which the air is directed onto the packs from below, a perforated band, for example a wire mesh band, must be used.
The upper part of the furnace 11 is divided into two chambers by a partition wall 47, which runs vertically between the side walls 34 and 35 from the ceiling 31 to approximately the level of the openings 44, an air supply chamber 45 and an air return chamber 46. The supply chamber 45 is provided with a bottom part 55 which runs horizontally between the side walls 34 and 35, the end wall 32 and the partition wall 47 approximately at the level of the opening 44 of the tunnel 13. At the top of the air return chamber 46 is a fan 21, which consists of a conventional centrifugal fan with a rotor 48, an air intake opening 49 and an air discharge opening 51.
The discharge opening 51 is connected to a matching opening in the partition wall 47, so that all of the air passing through the fan 21 is forced into the upper part of the air supply chamber 45. The fan 21 has a capacity with which the entire volume of air contained in the furnace 11 can be circulated many times per minute. A suitable blower can, for example, circulate 40, 80 or more air volumes of the oven 11 per minute. In general, the air in the supply chamber 45 is moved downwards and in the return chamber 46 upwards.
In the middle of the air supply chamber 45 there is a number of heating elements 53 which are arranged in such a way that all of the air passing through the chamber 45 comes into contact with their heating surface. The heating elements 53 preferably consist of resistance heating ribs which are arranged horizontally next to one another between the side walls 34 and 35. An arrangement of six 1500 watt heating fins was found to be sufficient for a device 60 cm high, 60 cm wide and 75 cm long. Due to the almost complete recirculation of the air in the furnace 11, after the desired temperature has been reached, relatively little additional heat is required to keep the furnace at this temperature. The entire air in the furnace 11 thus remains essentially at the same temperature once it has been brought to the desired temperature.
The heating elements 53 are connected to a power supply for the shrink tunnel via a heat-insulating junction box 54 attached to the outside of the side wall 35. The junction box 54 can be included in the junction box 28 or attached separately. To regulate the power supply to the heating elements 53, conventional temperature regulators (not shown) are provided, the sensors of which are located in the lower part of the air supply chamber 45. The power supply to the heating elements 53 can be set up in such a way that a number of the heating elements are switched off when the desired temperature is reached and the temperature is controlled with the remaining heating elements in order to avoid greater temperature fluctuations.
On the underside of the bottom part 55 there is an air box 57 on both sides of the belt 14. The two side air boxes 57 are largely the same and consist of a closed housing 58 with an open top and a removable end plate 59. The end plate 59 is attached by bolts 61 Fastening arms 62 attached, which extend from the side walls of the box 57. The side air boxes 57 can be moved on rails 63, which are located on the underside of the bottom part 55, in the lateral direction towards the center line of the belt 14 and away from it. The upper edges of the side walls of the box 57 and the face plate 59 adjoin the underside of the bottom part 55, so that this forms the ceiling of the box 57. The bottom part 55 is provided with openings 64 and 65, so that air can get into the air box 57 through the bottom part 55.
The openings 64 and 65 are arranged in such a way that they are open independently of the lateral displacement of the air boxes. On the side walls 34 and 35 there is a screw 66, which can be seen on the outside with a handle 67 and extends through the rear walls of the air boxes 57 into the same, where it is connected to a threaded part 68. With the help of these screws, the lateral displacement of the oven 11 located handles 67 can be adjusted independently.
The face plate 59 is relatively thick and is provided with a number of spaced apart openings 69, which act as nozzles which direct the air flowing through in a certain direction. The openings 69 can be oriented either horizontally or at an angle, for example downwards as shown. Since the side air boxes 57 closely adjoin the underside of the bottom part 55, largely all of the air entering from the air supply chamber 45 through the openings 64 and 65 passes through the openings 69 in the end plate 59 of the corresponding air box 57 and is directed towards the corresponding sides of the packs that are passed on the belt 14.
When the device is used, the boxes 57, which can be moved over the belt 14, are brought into a position in which the end plates 59 are located close to the sides of the packages which are guided past on the belt 14. By means of the handle 67 and the screw 66, the position of the boxes 57 from outside the oven 11 can be adapted to any package size.
Air is directed from an upper air box 72 through a faceplate 71 onto the top of the packages transported on the belt 14. The upper air box 72 is suspended from the ceiling 31 of the furnace 11 by means of screws 73 and 74 which are screwably connected to the ceiling 31 at 75 and 76 and extend through threaded parts 77 and 78 which extend in the top of the housing 79 of the upper air box 72 are located. The screws 73 and 74 are connected to one another in a chain 83 via toothed wheels 81 and 82 and can be moved simultaneously with a handle 84. By turning the handle 84, the position of the box 72 can be adjusted in the vertical direction.
The face plate 71 is attached to the housing by means of bolts 85 and fastening arms 86 and is provided with a number of air-directing openings 87 in the same way as the face plates 59.
One side of the upper air box 72 lies tightly against the partition wall 47. Air is let into the air box 72 through openings 90 which are made in the partition wall 47 above the bottom part 55.
So that the size of the opening remains constant, the end of the air box 72 adjoining the partition 47 is provided with two vertical wall parts 88 and 89.
The wall part 88 runs adjoining the partition wall 47 perpendicularly from the top of the air box 72 upwards and the wall part 89 adjoining the partition wall 47 perpendicularly from the bottom of the air box 72 upwards. The wall part 89 ends shortly before the top of the air box 72 and thus forms an opening 91. The opening 91 coincides with the opening 90 in every position of the air box 72. The wall part 88 prevents air from escaping from the upper part of the opening 90, when the air box 72 is in the lowered position.
Accordingly, the size of the opening leading into the air box 72 remains constant regardless of the position of the air box 72. The end plate 71 of the air box 72 forms the ceiling of the tunnel 13 in the air return chamber 46.
The sides of the tunnel 13 in the air return chamber 46 are formed by screens 92 and 93 which extend upward from the floor 36 between the partition wall 47 and the end wall 33 and directly adjoin the sides of the upper air box 72. The air forced into the tunnel 13 passes through the sieve 92 and 93 into the air return chamber 46, where it is drawn into the suction opening 49 of the fan 21. The screens 92 and 93 are easily removable and arranged in vertical channels 94 attached to the wall 33 and channels 95 attached to the wall 47. The screens 92 and 93 prevent foreign matter from entering the air stream.
The velocity of the air passing through the directional openings 87 in the faceplate 71 or the directional openings 69 in the faceplate 59 is primarily determined simply by the design; H. the speed is the function of the volume of air that passes through an air box in a unit of time, divided by the total size of the openings. If the overall size of the openings is relatively small, so that a relatively high air velocity is generated, a considerable back pressure is generated in the air boxes and in the air supply chamber 45, whereby a proportionally equal amount of air through the individual boxes and through the individual openings of the end plates of these boxes is pressed.
To further regulate the air speed, damping devices can be connected to the openings leading to the air boxes or to the end plates.
It has been found that the air exiting the face plates at high speed breaks up at a distance that depends on the size of the opening and the proximity of the adjacent openings. With openings of 6.35 mm diameter, which are arranged at a distance of their centers of 19.05 mm, the air jet remains over a distance of 50.8 mm from the face plate. In order to fully utilize the high speed of the air jets, the front panels should therefore be brought up to a distance of approximately 50 mm from the sides or the surface of the packs guided through on the belt 14. It has been found that, in order to achieve maximum resistance of the air jet, the thickness of the end plates in the area of the openings must be exactly as large or greater than the diameter of the individual openings.
The embodiment shown in FIGS. 5 and 6 differs in two points from the embodiment of the shrink tunnel shown in FIGS. 1 to 4. One difference is that the end plates of the air boxes or storage chambers are provided with slots instead of holes. The second variation is that the air is directed at high speed from below the conveyor belt 14 onto the bottom of the packaged articles. It is obvious that the perforated plates shown in FIGS. 1 to 4 can also be replaced by slotted plates and that the shrink tunnel can also be designed so that the air can flow from above, from the sides and from below and equally well from above and from can be directed at the pack from the sides or only from above and below.
In the case of a shrink tunnel in which the air is directed from below onto the packaged article, the base 36 below the conveyor belt 14 has an elongated opening into which an end plate 101 is inserted. A lower air box or storage chamber 102 is attached to the underside of the floor 36. Air is introduced into the air box 102 on both sides of the tunnel 13 via passages 103 which lead from openings 104 in the bottom part 55 of the air supply chamber 45 through corresponding openings in the bottom 36 into the lower air box 102. In order to set an air passage through the end plate 101 proportional to the air passage through the end plate 71 ′ of the upper air box 72, a damping device 105 can be attached in the passage 103.
Since the lower air box 102 lies below the floor 36, it can assume any length in the direction of the conveyor belt 14 without the basic construction of the shrink tunnel being changed. The front plate 101 is approximately exactly as wide as the belt 14 over its entire length, the belt, as already mentioned, being provided with suitable openings in order to allow the air flow acting at high speed to pass through unhindered.
In the face plate construction with stomata or slits like the plates 71 'and 101 in FIGS. 5 and 6, the air passages are obtained by arranging groove elements 106 in a frame (not shown) at certain intervals that form stitches 107. With these slotted face plates, as with the perforated face plates, a desired, directed air flow is obtained if the wall thickness in the gap opening is exactly as large or greater than the width of the gap. For example, a typical slotted faceplate has 75.75 mm wide groove elements, 9.50 mm wide stomata, and 12.70 mm thick walls in the stomata.
It has been found that with such a faceplate, regardless of the direction of air passage through it, equally well-directed air flows of high speed are obtained. In order to achieve uniform shrinkage, however, it is advisable that the gaps must pass through the same air curtain across the transport path of the packs. The slotted end plates have the advantage over the perforated end plates shown in FIGS. 1 to 4 that the air jets or cascades pressed through the slits during operation of the system persist over a distance of about 116 mm compared to 50.8 mm with the perforated plates . This difference is probably due to the fact that the slotted panels have less interference from neighboring air jets than the perforated panels.
The modification of the basic construction of the shrink tunnel shown in FIGS. 1 to 4 to the shrink tunnel construction shown in FIGS. 5 and 6 with an air supply from below is relatively small. For this reason, the same reference numbers have been used for the same components in both designs. In the second construction, the passages 103, which supply air to the lower air box 102, are arranged adjacent to the side walls 34 and 35, so that additional installation of side air boxes 57, as shown in FIGS. 2 and 3, is possible. If a lower air box and lateral air boxes are used at the same time, additional openings for feeding these air boxes are made in the bottom part 55.
A particular advantage of the shrink tunnel according to the invention is that extensive recirculation of the heating air is possible. This is achieved in that the return path of the air through the tunnel 13 and the air return chamber 46 is completely free and unimpeded and that all parts of the air supply chamber and the corresponding air boxes in which the air is under pressure are completely sealed off from the outside. This makes it possible, in comparison to the amount of air in the shrink tunnel, to heat the air in the circuit with a relatively low energy consumption, very large amounts of air. The circulation of the large volume of air prevents the formation of overheated areas and the entire air in the shrink tunnel is kept at a constant temperature.
The use of front plates provided with openings to stagnate the large volume of air circulating causes the formation of considerable static pressure behind the front plates. This gives the air escaping through the openings in the face plates a high speed. Due to the large volume of the circulating air and the pressure created behind the face plates, air jets or cascades of air are generated at high speed, which wash the surface of the packs.
This flushing accelerates the heat transfer and, thanks to the high capacity of the large amount of air, the film is heated very quickly to its shrinking temperature (without the air cooling down significantly), which makes it very easy to use air that is only heated to the desired shrinking temperature rapid and even shrinking of the film is achieved. The relatively low air temperature in comparison to known shrink tunnels and the rapid transport of the packs through the tunnel due to the high shrinkage speed virtually eliminate any possibility of the pack contents being heated or the packaging film being damaged.