CN102233667A - 具有表面冷却剂流的用于预制件的加热装置 - Google Patents

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Abstract

具有表面冷却剂流的用于预制件的加热装置。本发明涉及一种加热装置，其用于在拉伸吹制装置或吹塑成形装置加工预制件之前使预制件升温。本发明还涉及一种用于冷却预制件的表面和/或辐射源的方法。该加热装置包括至少一个用于产生使预制件的口部区域冷却的口部冷却剂流的部件、至少一个用于产生使预制件的表面冷却的表面冷却剂流的部件以及至少一个用于产生使IR辐射源冷却的辐射源冷却剂流的部件。根据本发明，该加热装置包括至少一个用于控制表面冷却剂流的量和/或流动方向的机械能调的调整装置。优选地，该机械能调的调整装置是可根据空气流的体积来调节和/或控制的。

Description

具有表面冷却剂流的用于预制件的加热装置
技术领域
本发明涉及用于预制件的加热装置和用于冷却预制件和/或用于预制件的加热装置中的辐射源的方法，该加热装置用于在拉伸吹制装置或吹塑成形装置中加工预制件之前使所述预制件升温，所述加热装置包括加热通道，所述加热通道具有用于沿着输送路线移动所述预制件的输送部件，在所述加热通道的至少一侧配置有IR辐射源。
背景技术
为了制造塑料瓶，使用由例如PET等热塑性材料制成的所谓的预制件。预制件通常是注射成形的部件，其被加热到所需的成型温度，然后在拉伸吹制装置或吹塑成形装置中被吹塑成形为期望形状。
在目前所采用的处理中，预制件被轴保持于加热装置，该轴位于输送链的连杆的转动轴承上。在加热装置中，多个具有枢轴的链连杆被连接以形成环形周向输送链。炉(oven)的直侧壁的外侧壁包括加热部件，尤其是IR辐射源，其将所需的热施加到预制件。在内侧和底部配置有反射器，以最大程度地利用IR(Infrared)辐射。空气经由与加热部件相对配置的反射器的槽(slot)被吹入到炉中，以冷却预制件的表面，从而防止在预制件的表面外壳(mantle)区域燃烧
此外，IR辐射源的插座(socket)必须被遮蔽，以免过热，这通常通过独立的空气流来实现。
通过另一空气流保护预制件的口部，使免过热。因为口部区域过热后，在后续的吹塑成形加工中口部区域可能会变形，因此这是必要的。所生产的具有变形的口部区域的容器不能被使用。为了保护预制件的口部区域，可以使用冷却板，由此冷却板被配置在与预制件的口部区域相同的高度。冷却板遮蔽该口部区域，防止来自辐射源的整个辐射直接照射口部区域。已知的冷却板通常具有辐射吸收特性。
由于持续升高的能量价格，机器及设备的高功效显得越来越重要。已知的是加热通道的收缩(constriction)能够提高加热过程中的能量使用效率。
使加热通道变窄的主要缺点是IR辐射源彼此更加靠近，这会导致球管(bulb)的温度急剧升高。该温度能够升高到其极限温度，甚至更高。这会导致球管损坏并导致降低寿命。
因此，除需要冷却预制件外，还需要冷却辐射源。
EP 1 413 420 A1描述了一种用于加热预制件的方法和装置，通过该方法和装置冷却预制件的表面。冷空气从平行于预制件的长度方向配置的槽吹入。该槽的特征是永久地固定的将冷空气导向预制件的表面的导板。
D E 23 52 926A1示出了一种装置，通过该装置预制件的表面在加热期间必须被冷却。这里，冷却剂的出口通过槽或多个孔而实现。
发明内容
本发明的目标是实现一种改进的、高能效的用于冷却预制件的表面和/或用于冷却辐射源的部件，以使所需的加热能量长期最优化。
通过如下加热设备和方法达到所述目标。
本发明涉及一种加热装置，其用于在拉伸吹制装置或吹塑成形装置中加工预制件之前使预制件升温。所述加热装置包括加热通道，该加热通道具有用于沿输送路线移动预制件的输送部件。预制件优选地在输送期间绕其纵向轴线转动。
在加热通道的至少一个侧壁上配置有IR辐射源。预制件的在其移动通过加热通道期间的转动确保预制件的整个外周通过辐射被均匀地加热处理。
该加热装置包括至少一个用于产生使预制件的口部区域冷却的口部冷却剂流的部件、至少一个用于产生使预制件的表面冷却的表面冷却剂流的部件以及至少一个用于产生使IR辐射源冷却的辐射源冷却剂流的部件。
根据本发明，该加热装置包括至少一个用于控制表面冷却剂流的量和/或流动方向的机械能调的调整装置。
优选地，该机械能调的调整装置是能根据空气流的体积来调节和/或控制的。
根据一个优选实施方式，能调的调整装置用于从表面冷却剂流分离出辐射源冷却剂流。具体地，这意味着，代替通常的用于产生表面冷却剂流和辐射源冷却剂流的两个冷却剂流产生装置，仅需要一个冷却剂流产生装置。因此，能够减少装置的生产和维护成本。另外，能够产生更紧凑的设计并且能够节能。
辐射源冷却剂流的分离出是通过例如至少一个、优选通过至少两个空气引导片(air guiding flap)实现的。这些空气引导片被配置在表面冷却剂流的供给管道中。空气引导片能够随意调整，从而调节表面冷却剂流和辐射源冷却剂流的量。具体地，根据表面冷却剂流的空气流体积的量来调节该至少一个空气引导片。
经由第一供给管道和对立反射器中的开口槽将表面冷却剂流导向预制件的表面，从而冷却预制件的表面。辐射源冷却剂流经由第二供给管道被定向为沿着辐射源、优选地被定向为沿着辐射源插座流动，以冷却辐射源。
根据另一优选实施方式，加热装置包括表面冷却系统，机械能调的调整装置包括表面冷却剂流用的冷却剂缝。冷却剂缝优选地被配置在加热通道的与对立辐射源中的IR辐射源所在侧相反的一侧，由此每一个IR辐射源均被配置成与一个冷却剂缝相对。
根据本发明，冷却剂缝是机械能调的。具体地，冷却剂缝的开口是可调的。例如，冷却剂缝的交点或长度是可调的。另外，可以改变冷却剂缝的高度，从而调整冷却剂缝之间的距离。
根据一个实施方式，各冷却剂缝可独立地调整。根据另一可选实施方式，多个冷却剂缝组合成所谓的冷却区域，由此冷却区域中的所有冷却剂缝被一起调整和调节。
可设置优化的冷却板以冷却辐射源。该冷却板优选地配置在辐射源的上方高度与预制件的口部大致相同的位置处。冷却板的下侧面面对辐射源。冷却板的下侧面表现出优异的热辐射反射性。为此，使用高抛光轻质金属表面或类似表面、涂覆有高反射层的表面或其它本领域技术人员公知的具有高反射性的表面。由于高反射表面，更多的辐射被冷却板反射，而较少的辐射被冷却板吸收，由此使冷却板温升较小。替代地，热能被反射回加热通道并且也用于使预制件升温。
利用冷却板的下侧面的特殊轮廓，IR辐射能够被更有效地利用。冷却板的下侧面的轮廓可以具体地设计成使辐射反射回预制件。为此，冷却板的下侧面可以是凹曲面、斜面等。曲面和斜面的结合也可用于使热辐射沿期望的方向反射。
利用这样的冷却板，能够提高加热装置的辐射源冷却系统的能效。冷却板可以单独使用或者与上述能调的调整装置组合使用。
本发明还涉及一种用于冷却加热装置中的预制件的表面和/或IR辐射源的方法以及一种表面冷却方法。根据本发明，可通过至少一个机械能调的调整装置来调节表面冷却剂流的量和/或流动方向。调整装置的特性在上面已经详细说明过，因此不再重复。
本发明可用于微波炉、循环炉、线性炉、静态炉等。此外，可使用独立的加热室(heating pocket)，其中，各预制件在独立的加热室中被选择性地调温。
附图说明
在下面的段落中，附图进一步示出了本发明的示例性实施方式及其优点。图中各元件的尺寸比例不必然反应实际的尺寸比例。应当理解，在某些情况下，本发明的各方面还可以被夸张或放大，以有助于理解本发明。
图1示出了用于加热预制件的加热装置的示意图(根据现有技术)。
图2示出了加热通道和加热单元(根据现有技术)。
图3示出了具有表面冷却系统和辐射源冷却系统的加热通道和加热单元的第一实施方式。
图4也示出了根据图3的第一实施方式的加热通道和加热单元，这里绘出了冷却剂流。
图5示出了用于调节体积流(volume flow)的空气引导片的不同设置。
图6示出了具有表面冷却系统的加热通道和加热单元的第二实施方式。
图7示出了第二实施方式的表面冷却系统的细节。
图8示出了加热通道和加热单元以及具有优化的冷却板的辐射源冷却系统。
图9示出了优化的冷却板。
附图标记说明
10    表面冷却系统
12    辐射源冷却系统
20    预制件
22    口部
30    加热装置/炉
30a   第一线性加热范围
30b   反向部
30c   第二线性加热范围
31    加热通道
33    加热单元
35    IR辐射源
38    热辐射
41    对立反射器
42    底部反射器
43    背侧反射器
50    口部冷却剂流
52    表面冷却剂流
52a   表面冷却剂流支流
54    辐射源冷却剂流
60    冷却板(现有技术)
61    优化的冷却板
62    下侧面
70    表面冷却系统的供给管道
72    辐射源冷却系统的供给管道
75    空气引导片/百叶窗片
80    冷却剂缝/开口
110   输送部件
112   锯齿星形件
114   连续输送部件
116   排出星形件
120   抓取器/保持器
122   输送链
S     抽吸力
具体实施方式
本发明的相同或等同的元件由同一附图标记表示。此外，为了清楚，仅提供与用于说明各图相关的附图标记。应当理解，所述的实施方式仅仅是示例，并不是想要限制所记载的范围。
图1示出了用于使预制件20升温的加热装置30的示意图。预制件20由输送部件110输送，通过锯齿星形件112调整所需要的距离，然后预制件20进入炉或加热装置30。
具体地，由连续输送部件114将预制件20输送通过炉30。预制件20由被配置于连续环形输送链122的抓取器或保持器120取走。预制件20首先被输送通过线性加热范围(line)30a，从而经过所谓的加热单元33(参见图2)。IR辐射源均匀地分布在这些加热单元33中，以围绕预制件20的整个外壳表面区域使预制件20完全地升温。经过炉30的端部的反向部30b之后，预制件20在第二线性加热范围30c中被反向输送，在该第二线性加热范围30c，预制件20被调温到最终温度。加热单元33还包括反射器(见图2)，以使辐射损失最小化。辐射源发出的未用于使预制件20升温的辐射被反射器反射回来，由此不会完全损失。
在预制件20移动通过炉30期间，优选地，预制件20绕其纵向轴线转动，以实现全周均一的升温。
随后，加热后的预制件20被移送到排出星形件116，并被继续移动到拉伸吹制装置。
图2示出了根据现有技术的加热通道和加热单元。用于加热预制件20的IR辐射源被配置在所谓的加热单元33中。在加热通道31的底部配置有底部反射器42，在加热通道31的与加热单元33所在侧相反的一侧配置有对立反射器(counter reflector)41，以最佳地利用辐射能量。背侧反射器43配置在IR辐射源35的后方。
提供三个冷却剂流，以防止预制件20和辐射源35过热。口部冷却剂流50防止预制件20的口部22过热。表面冷却剂流52冷却预制件20的外壳表面区域，辐射源冷却剂流54专门冷却辐射源35的插座。根据现有技术，三个冷却剂流50、52、54分别由独立的送风机(未示出)产生，因此能够被独立调节或调整。因为所需的空间量和成本，所以使用三个独立的送风机对系统是不利的。
图3和图4示出了具有预制件表面冷却系统10和辐射源冷却系统12的加热通道31和加热单元33的第一实施方式。特别地，图4示出了已经在图2的技术背景中描述过的三个冷却剂流50、52、54。
从现有技术已知的表面冷却系统10用的大空气体积流52能够用于提供辐射源冷却系统12用的空气流54。根据图示的实施方式，一个送风机同时为表面冷却系统10的供给管道70和辐射源冷却系统12的供给管道72供给空气。
根据本发明，用于冷却预制件20的表面冷却剂流(第二冷却剂流)52能够被机械能调的调整装置控制。在图示的实施方式中，通过所谓的空气引导片75来进行表面冷却剂流52的调节或控制。这些空气引导片例如被配置在表面冷却系统10的供给管道70中。
空气引导片75能够调整，由此调节两个空气流52、54的各自量。特别地，根据表面冷却系统10的空气体积流52调节空气引导片或百叶窗片(blind flap)75。
由于共用一个已经存在的用于表面冷却剂流52的送风机，所以不必设置单独的用于产生辐射源冷却剂流54的送风机。由此能够降低成本。此外，能够用最小空间要求构建整个空气供应系统。
表面冷却剂流52被供给管道70引导，以冷却预制件20的表面。供给管道72引导辐射源冷却剂流54，以通过并冷却辐射源35，特别是冷却辐射源的插座。
空气流54不是从后方吹到辐射源插座上，而是从加热装置30的底部吹出来并且向上流动，从而经过辐射源插座的后方。
由于表面冷却系统10的空气流52和辐射源冷却系统12的空气流54不再从相反的方向进入，因此这也是有利的。因此，二者不会彼此干扰并且流动方向的动力能够被充分利用。
另外，三个冷却剂流50、52和54能够结合，然后一起被排出。如果口部冷却剂流50的速度大于另外两个冷却剂流52、54的速度，则产生对空气流动具有有利效果的抽吸力S。
辐射源冷却剂流54还能够被分(split)成用于冷却辐射源球管的支流和用于冷却辐射源插座的支流。
图5示出了用于调节体积流的空气引导片75的不同设置。空气引导片或百叶窗片75将整个空气流的体积流52分成两部分52a、54。第一部分被用作用于冷却预制件(未示出)的表面的冷却剂流支流52a。第二部分被用作用于冷却辐射源(未示出)的冷却剂流54。
优选地，频繁地控制整个空气流的体积流52的调节。因此，两个冷却剂流52、54可以根据空气引导片75的调整和供给到系统的空气的量而可变地调整和/或调节。
图5的(A)绘出了空气引导片75完全打开、从而冷却剂流52的大部分被用作表面冷却剂流支流52a的情形。仅少量的冷却剂流52被供给管道(未示出)自动地分出作为辐射源冷却剂流54。
图5的(B)绘出了空气引导片75被调整成一角度、从而整个冷却剂流52的一部分被分出作为辐射源冷却剂流54的情形。
图5的(C)绘出了空气引导片75完全关闭供给管道或几乎完全关闭供给管道、因此整个冷却剂流52不用作或仅少量冷却剂流52被用作表面冷却剂流支流52a的情形。取而代之，所有或大部分的空气52被分支为辐射源冷却剂流54。
优选地，关闭后的空气引导片75不完全切断表面冷却剂流支流52a用的供给管道(见图5的(C))。这也可通过与图3和图4的比较而看出。
根据本发明的优选实施方式，空气引导片75的调整被连动地控制和/或调节。根据本发明的另一实施方式，各个空气引导片75能够被独立地调整。
图6示出了具有加热单元33的加热通道31以及也能够用作辐射源冷却系统12的表面冷却系统10的第二实施方式。
根据该实施方式，通过沿长度方向排列的与辐射源35相对的冷却剂流52实现表面冷却系统10。冷却剂流52从所谓的冷却剂缝(开口)80吹入。开口的截面积和/或开口的长度优选地能够调整。而且，冷却剂缝80的高度相对于彼此是可调的。
通过这些可能的调整，空气流52能够被调节以冷却预制件20的表面。各冷却剂缝80的开口能够独立调节。可选地，多个冷却剂缝80被集中在所谓的冷却部中，并且冷却部中所有的冷却剂缝80被连动地控制和/或调节。
图7示出了表面冷却系统10的第二实施方式的细节。为了简便起见，仅示出了一个冷却剂缝80和一个辐射源35。
因为可调整和/或可调节的冷却剂缝80被配置成正对辐射源35并且预制件20在输送通过加热通道31期间转动，所以预制件20的具有最高热辐射的部位被来自冷却剂缝80的表面冷却剂流52冷却。
图6除示出了反射器41(对立反射器)、42(底部反射器)和43(背侧反射器)之外还示出安装在加热通道31中的用于防止不期望的热输入到预制件20的口部区域22的冷却板60(从现有技术中已知并且例如在图3和图4中示出)。因为预制件20的口部区域22已经包括预制螺纹，因此这是必要。该螺纹不能变形，否则不能再确保其功能。对于某些温度曲线(temperatureprofile)来说也需要冷却板60，特别是当期望温度曲线出现特别尖锐的边缘时。特别地，此时，该边缘以下的辐射应当仅被引入预制件中。
位置最高的辐射源35(未示出)优选地被置于冷却板60的紧下方，从而高强度的辐射撞击冷却板60。冷却板60吸收该辐射的大部分。冷却板60被口部冷却剂流50冷却并且所吸收的热被排到周围环境中。被冷却板60吸收的能量损失掉了，这对整个设备的能效产生负面影响。
图8示出了加热通道31和加热单元33以及具有优化的冷却板61的辐射源冷却系统，图9仅示出了优化的冷却板61。
优化的冷却板61被特别定制成将大部分的辐射反射回加热通道31(见图8)和/或使其不吸收辐射和/或将辐射释放到周围环境中。通过使优化的冷却板61的下侧面62具有高反射的表面或通过冷却板61的下侧面62的其它特殊定制来达到该效果。为了提高下侧面62的反射性能，可使下侧面62包括高抛光表面或高反射层。还可以用例如陶瓷等合适的材料制造冷却板61。由于吸收了较少的辐射且反射了更多的辐射，因此冷却板的温升减小。辐射不被冷却板61吸收，而是被反射回加热通道31(见图8)，因此能够被用于使预制件20升温(见图8)。
还可以通过冷却板61的下侧面62的特殊形状来实现更好的利用IR辐射。冷却板61的下侧面62可以特别设计成使入射的辐射沿预制体20的方向反射(见图8)。下侧面62的设计可以是例如斜面、凹曲面或具有相应特性的其它设计。
图9示出了曲面与斜面的结合，以允许位置最高的辐射源35能设置得更高。这有时是必须的，以获得上面已经叙述的温度曲线的特别尖锐的边缘。
通过所述的两个变型例，能够实现现有的IR辐射的更好且更贴近目标的反射，从而对设备的整体效率产生积极的影响。
已经参照优选实施方式说明了本发明。但是，本领域技术人员可以想到在不脱离所附权利要求书的保护范围的情况下进行修改和变型。

Claims (15)

1.一种加热装置(30)，其用于在拉伸吹制装置或吹塑成形装置中加工预制件(20)之前使所述预制件(20)升温，所述加热装置(30)包括加热通道(31)，所述加热通道(31)具有用于沿着输送路线移动所述预制件(20)的输送部件(34)，在所述加热通道(31)的至少一侧配置有IR辐射源(35)，所述加热装置(30)包括至少一个用于产生使所述预制件(20)的口部区域(22)冷却的口部冷却剂流(50)的部件、至少一个用于产生使所述预制件(20)的表面冷却的表面冷却剂流(52)的部件以及至少一个用于产生使所述IR辐射源(35)冷却的辐射源冷却剂流(54)的部件，其特征在于，所述加热装置(30)包括至少一个用于控制所述表面冷却剂流(52)的量和/或流动方向的机械能调的调整装置(75、80)。
2.根据权利要求1所述的加热装置(30)，其特征在于，所述机械能调的调整装置(75、80)是能调节和/或能控制的。
3.根据权利要求1或2所述的加热装置(30)，其特征在于，通过所述机械能调的调整装置(75、80)能从所述表面冷却剂流(52)分离出辐射源冷却剂流(54)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的加热装置(30)，其特征在于，所述机械能调的调整装置(75、80)包括至少一个空气引导片(75)。
5.根据权利要求1或2所述的加热装置(30)，其特征在于，所述机械能调的调整装置(75、80)包括所述表面冷却剂流(52)用的冷却剂缝(80)，所述冷却剂缝(80)配置在所述加热通道(31)的与所述IR辐射源(35)所在侧相反的一侧，从而每一个IR辐射源被配置成与一个冷却剂缝(80)相对。
6.根据权利要求5所述的加热装置(30)，其特征在于，各冷却剂缝(80)是独立能调的和/或能关闭的和/或高度能调的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的加热装置(30)，其特征在于，所述加热装置(30)包括配置在所述辐射源(35)上方、高度与所述预制件(20)的口部(22)的高度大致相同的位置处的冷却板(61)，所述冷却板(61)具有面向所述辐射源(35)的下侧面(62)，所述冷却板(61)的下侧面(62)具有反射表面和/或所述冷却板(61)的下侧面(62)的轮廓将所述辐射源(35)的热辐射(38)反射到所述加热通道(31)中。
8.根据权利要求7所述的加热装置(30)，其特征在于，所述冷却板(61)的下侧面(62)的轮廓具有凹曲面和/或斜面。
9.一种用于冷却位于加热装置(30)中的预制件(20)的表面和/或IR辐射源(35)的方法，所述加热装置(30)用于在拉伸吹制装置或吹塑成形装置加工所述预制件(20)之前使所述预制件(20)升温，所述加热装置(30)包括加热通道(31)，所述加热通道(31)具有用于沿着输送路线移动所述预制件(20)的输送部件(34)，在所述加热通道(31)的至少一侧配置有IR辐射源(35)，所述加热装置(30)包括至少一个用于产生使所述预制件(20)的口部区域(22)冷却的口部冷却剂流(50)的部件、至少一个用于产生使所述预制件(20)的表面冷却的表面冷却剂流(52)的部件以及至少一个用于产生使所述IR辐射源(35)冷却的辐射源冷却剂流(54)的部件，其特征在于，通过至少一个机械能调的调整装置(75、80)来调节和/或控制所述表面冷却剂流(52)的量和/或流动方向。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面冷却剂流(52)被分流成表面冷却剂流支流(52a)和辐射源冷却剂流(54)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，经由至少一个空气引导片(75)进行所述表面冷却剂流(52)的分流。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面冷却剂流(52)经由冷却剂缝(80)流入，所述冷却剂缝(80)配置在所述加热通道(31)的与所述IR辐射源(35)所在侧相反的一侧，从而每一个IR辐射源被配置成与一个冷却剂缝(80)相对。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，能够调整所述冷却剂缝(80)的截面积和/或长度和/或所述冷却剂缝(80)之间的距离。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，各冷却剂缝(80)能够独立地调整和/或关闭。
15.根据权利要求9或14所述的方法，其特征在于，所述IR辐射源的向上指向的热辐射(38)被高反射性的冷却板(61)反射到所述加热通道(31)中。
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