CN106079384A - 采用可调底部反射器通过微波加热塑料型坯的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于加热塑料型坯(10)的设备(1)，其包括：产生微波的微波发生装置(2)；以及谐振器装置(6)，该谐振器装置形成了容置空间(62)，塑料型坯(10)可以被引入该容置空间(62)内，从而由谐振器装置(6)内的微波作用而被加热；其中，设备(1)具有反射器元件(8)，该反射器元件(8)至少部分地设置在容置空间(62)内，并且该反射器元件(8)适用于在塑料型坯(10)的底部(10a)的方向上传导微波。根据本发明，所述反射器元件(8)相对于容置空间(62)是可移动的，并且所述设备(1)具有驱动装置(64)，该驱动装置(64)用以相对于容置空间(62)移动反射器元件(8)。

Description

采用可调底部反射器通过微波加热塑料型坯的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种加热塑料型坯的设备和方法。这种方法和设备在现有技术中已被知晓。

背景技术

在饮料生产行业中，已知的是，所谓的塑料型坯首先被加热，然后由此被加热的塑料型坯在特定的吹塑模具中被延展，以形成塑料容器。在现有技术已知的设备中，该塑料型坯被输送经过一炉子，并在其中通过红外线辐射而被加热。然而最近，已经发生了部分转变，就是采用微波取代红外光线来加热塑料型坯。

为了采用微波加热塑料型坯，塑料型坯进入谐振器(resonator)或是作用器(applicator)。从申请人的现有技术可知，例如，为了加热塑料型坯的穹隆部，在谐振器或作用器内使用底部反射器(base reflector)，以使微波场与该穹隆部的几何结构相适配。

该反射器元件的形状影响着作用器的电场。通过改变场来确定或影响塑料型坯对微波辐射的吸收率，并且由此确定或影响作用在穹隆部上的温度曲线的位置和形状。

发明内容

本发明的目的是提高该加热过程中的精确度，另外，还旨在提高控制和/或监测这些加热过程的能力。根据本发明，这些目的通过独立权利要求的主题而实现。有利的实施例和进一步的改进形成了从属权利要求的主题。

根据本发明的一用于加热塑料型坯的设备，其具有：至少一个产生微波的微波发生装置，以及一谐振器装置，该谐振器装置形成了一容置空间，塑料型坯可以被引入该容置空间内以由谐振器装置内的微波作用而被加热。此外，该设备具有至少一个反射器元件，该反射器元件至少部分地设置在容置空间内，并且适用于传导和/或反射微波，例如，在塑料型坯的底部方向上。

根据本发明，反射器元件相对于容置空间是可移动的，并且该设备具有一驱动装置，该驱动装置用以相对于容置空间移动反射器元件。优选地，反射器元件是自动移动的。

因此，与现有技术形成对照的是，本发明提出不仅具有所述的反射器元件，而且该反射器元件还以可移动的方式被设置，特别地，被设置为通过驱动来实现可移动。凭借这种驱动，塑料型坯的加热过程可以以一种极精确的方式被设定。例如，反射器元件可以通过它自己的驱动来设定位置。在这样的情况下，与塑料型坯位置的机械耦合也是可以想到的。但还可能地和优选地，底部反射器元件与塑料型坯的移动是独立可控的。

有利地，至少一个微波发生装置选自一组微波发生装置，该一组微波发生装置包括磁控管、速调管或固态源。特别有利的，该微波发生装置是被称为磁控管的装置。有利地，该设备还具有一传导装置，该传导装置将微波发生器产生的微波传导到谐振器装置或作用器。特别的，其可以是但不限于波导。

有利地，谐振器装置设置在一可移动的承载架上。有利地，该可移动的承载架是一可旋转的承载架。在一进一步有利的实施例中，该设备具有多个这种谐振器装置，各谐振器装置被设置在一常规的承载架上。

在这种情况下，优选地，各谐振器装置均具有上文所述类型的反射器元件。优选地，这些反射器元件相对于其对应的谐振器装置和/或容置空间是可移动的。优选地，移动反射器元件的驱动装置还被分配给各个谐振器装置。优选地，这些驱动装置是相互独立可控的，以使各反射器元件的相对移动也是相互独立可控的。照此方式，各谐振器装置的单独调整是可能的。

在一进一步有利的实施例中，该设备具有移动装置，该移动装置将塑料型坯引入到谐振器装置内。特别地，该移动装置适用于将塑料型坯沿其轴向方向引入谐振器装置。有利地，该移动装置具有一电动机驱动，并且特别地，是一线性马达。

优选地，移动反射器元件的驱动装置具有一驱动，该驱动选自一组驱动，该组驱动包括电动驱动(特别地，电动机驱动)、气动驱动、液压驱动或是磁驱动。特别优选的，该驱动具有一线性马达。

在一进一步有利的实施例中，该设备还具有一检测装置，该检测装置检测表征反射器元件相对于容置空间的相对位置的值。其可以是光学检测装置，但优选地，该值可以由反射器元件的驱动装置的控制器(例如，由伺服马达的控制器)直接确定。优选地，在控制反射器元件的位置时，也可以考虑这个值。

优选地，根据塑料型坯在其轴向方向上的移动，反射器元件的移动也是可控的。这意味着，在一特定的塑料型坯的加热过程中，还可以通过反射器元件相对于容置空间的移动来改变塑料型坯和反射器元件之间的距离。例如，可以想到的是，塑料型坯被推入谐振器，例如以速度v1垂直向下移动，并且在同一时间段内，反射器元件以一不同的速度v2垂直向下移动。照此方式，在塑料型坯加热时，塑料型坯与反射器元件之间的距离以速度v2-v1而被改变。

优选地，因此，反射器元件相对于容置空间的移动与塑料型坯相对于容置空间的移动是独立可控的。然而，可以想到的且优选地，设置一控制装置以防止在任何情况下发生塑料型坯和反射器元件之间的碰撞。

在一进一步有利的实施例中，特别地，通过改变反射器元件的位置来调整塑料型坯上的微波分布。优选地，还可以改变塑料型坯各部分的温度分布。

在一进一步有利的实施例中，该设备还具有一附加加热装置，该加热装置是红外线加热装置。例如，该红外线加热装置可以设置在微波加热装置的上游。照此方式，由于采用微波加热已经经过了预热的塑料型坯比微波加热室温下的塑料型坯更有效，因此设备的效率被提高了。

在一进一步有利的实施例中，将塑料型坯变形为塑料容器的一装置(特别地，一吹塑机，特别优选地，一拉伸吹塑机)设置在加热装置的下游。

为了加热塑料型坯而容置塑料型坯的容置空间的底部可以是封闭的，但也可能是容置空间以两个相对侧壁开启。然而，有利地，容置空间的一圆周壁在塑料型坯的圆周方向上完全环绕着塑料型坯。

在一进一步有利的实施例中，塑料型坯与反射器元件在塑料型坯的轴向方向上的距离是可变的。这意味着，特别地，反射器元件可以向靠近塑料型坯的穹隆部或是远离塑料型坯的穹隆部移动。

有利地，至少在塑料型坯加热时，反射器元件设置在塑料型坯的封闭端下方，也就是说，在塑料型坯的穹隆底部下方。在这种情况下，优选地，反射器元件可能对中地设置在塑料型坯下方。除了此处所述的反射器元件在塑料型坯的轴向方向上的移动之外，然而，作为替代方式或附加方式，其他移动也是可以想到的，例如，垂直于塑料型坯轴向方向的移动，或者反射器元件的倾斜或是旋转。

在一进一步有利的实施例中，该设备具有一传感器装置，该传感器装置用于检测表征塑料型坯的加热特征的至少一个参数和/或表征将要被加热的塑料型坯的特征的一般而言的一物理参数。在现有技术中，反射器元件距塑料型坯的距离是固定设置的，或者具有一固定的设定值。在机械耦合的情况下，该值由装配部件(例如，各塑料型坯或各类型塑料型坯的环形件和保持件的组合)实现，或者形成一具有确定设置值的可调节的耦合件。

如果如此处所述，反射器元件具有其自己的驱动，则塑料型坯和反射器元件之间的距离是变化的。

在一进一步有利的实施例中，该设备具有一旋转装置，以使塑料型坯绕着其轴线旋转。这意味着，在塑料型坯被加热时，其还可以相对其轴向方向旋转。在这样的情况下，可以想到的是，塑料型坯的温度随着转动位置的变化也是可以被检测的。照此方式，如果需要，还可以确定塑料型坯在其圆周方向上的温度曲线。

现有技术中可以想到的是，如果塑料型坯发生变化(材料组分，几何结构，温度)，那么吸收性能也可能变化。如果固定预设距离或是固定预设位置，那么一变化的温度曲线就会由此被应用，而其可能会对后续过程步骤(特别是后续变形过程或是吹塑过程)造成负面影响。

因此，本发明提出了用于影响场的反射器元件，该反射器元件可以通过一不同的驱动移动，通过该方式，反射器元件在该过程中的位置也是可以被调整的。因此，反射器元件的位置与一种类型的塑料型坯就不是固定关联的，而是在过程中(也就是说，在加热过程中和/或在加热各塑料型坯的过程之间)可以改变的。

在一进一步有利的实施例中，该设备具有一传感器装置，该传感器装置检测表征塑料型坯加热特征的至少一个参数。在该实施例中，随着下文将会描述的更多细节，在此提出根据塑料型坯的相应特征或是确定的值来改变或调整反射器元件的位置。优选地，所述传感器装置是一温度测量装置，该温度测量装置检测，优选地以一非接触方式检测，塑料型坯的温度。因此可能的是，采用适合的传感器，使用控制值和调整值，来改变反射器元件相对于塑料型坯的位置。作为温度传感器的替代或是附加，也可以使用一功率传感器。

在一进一步有利的实施例中，该设备具有一控制驱动装置的控制装置，并且该控制装置适用于根据表征塑料型坯加热特征的至少一个值控制反射器元件的移动。由此提出，特别是在加热时，反射器元件和塑料型坯之间的距离也是与所述参数(例如，塑料型坯的温度)相关的，并且因此是被控制的。

如所述的，反射器元件和塑料型坯之间的距离的调整优选地发生在塑料型坯的加热过程中。然而，此外还有可能的是，控制装置控制引入塑料型坯的移动或者通常地塑料型坯在加热过程中在其轴向方向上的移动。

优选地，控制装置是一调节装置。在这种情况下，优选地，温度是一输入变量，反射器元件和塑料型坯之间的距离是一输出变量或一调节变量。

在一进一步有利的实施例中，反射器元件具有一圆形的和/或环形的横截面。在这种情况下，优选地，该圆形或环形的平面与塑料型坯的轴向方向垂直。优选地，反射器元件具有一回转对称横截面。在一进一步优选的实施例中，反射器装置由金属制成。特别优选地，反射器装置是一金属环形件。

在这种情况下，反射器装置可以被设置在一承载架上(特别是一非金属承载架)。

在一进一步有利的实施例中，该设备具有一输送装置，该输送装置沿一预定的输送路径输送谐振器装置。在这种情况下，优选地，该输送装置具有一承载架，在该承载架上设置有多个谐振器装置。特别优选地，其可以是一可旋转的承载架。

本发明还涉及一加热塑料型坯的方法，其中，将要被加热的塑料型坯被引入一谐振器装置的一容置空间内，并在该容置空间内由微波至少间歇性地作用而被加热；其中，微波通过至少一个反射器元件被反射到塑料型坯的预定区域上，该反射器元件部分地设置在容置空间内。

根据本发明，反射器元件相对于容置空间的几何位置至少间歇性地改变。

因此，关于该方法还提出，反射器元件和容置空间之间的相对位置，以及特别是反射器元件和塑料型坯之间的相对位置至少是间歇性地改变。可能的是，该相对位置在在加热过程中是变化的，但是还有可能的是，在加热过程后，也会发生变化。

在一进一步有利的方法中，表征塑料型坯特征和/或塑料型坯的一物理性质的特征的值被确定，并且根据该值，反射器元件的几何位置也被控制和/或被调整。优选地，该物理性质是塑料型坯的温度。在这种情况下，有利的可能是，塑料型坯的温度以一非接触的方式被检测。

优选地，物理性质被多次确定和/或连续确定。特别优选地，该物理参数(例如温度)还根据另一变量(例如将要被加热的塑料型坯的轴向方向)确定。照此方式，该变量的曲线(例如温度曲线)是可以被记录的。

然而，另外，也可以根据其他参数(例如塑料型坯的横截面)和/或塑料型坯相对于谐振器装置的位置记录该物理性质。在一进一步有利的实施例中，至少一个测量值(其表征物理性质)或者多个测量值被储存。因此有利地，上述设备具有一记忆装置，其用于储存表征物理性质的测量值，例如温度值。优选地，一控制装置可以读取这些储存的值，以控制驱动装置。此外还有可能的是，这些测量值根据反射器元件和塑料型坯之间的距离被记录，通常根据反射器元件在容置空间内的位置被记录。

在一优选的变化例中，在该过程中，反射器元件和塑料型坯之间的距离根据塑料型坯的温度和/或根据当前功耗(current power consumption)和/或根据谐振器装置内的场强而被设定。照此方式，可以提高该过程的可变性、效率和稳定性。

在一进一步优选的方法中，一确定的温度曲线被应用于塑料型坯的预定区域，特别地但不限于，塑料型坯的穹隆部，与反射器元件和塑料型坯之间的恒定距离相比，其优选地具有更多的变化性。

该变化性可以通过(或者如果需要的话)一确定的曲线来改善与加热均匀性相关的加热结果，并由此更好的利用塑料型坯穹隆部内的大量材料。

根据本发明所述的反射器元件的附加变化性，可以提高作用器或谐振器装置的效率，因为功率消耗通过金属环形件或反射器元件的距离而被优化和调节了。另外，还可以提高该过程的稳定性，因为谐振器装置内或作用器内的场强可以通过调节距离而保持恒定，并且通过这种方式，优选地，能够避免形成等离子的场强。

然而，还可能的是，反射器元件位置的调整发生在不同的塑料型坯的加热过程之间。在这种情况下，可以想到的是，输入能量的分布，也就是说，塑料型坯的加热，通过适当的传感器装置在加热过程中和/或加热过程后被记录。

通过比较实际曲线和期望曲线，优选地，偏差被检测到，并且通过修改过程参数，尤其是通过改变反射器元件和塑料型坯之间的距离，来为接下来的塑料型坯(也就是说下一个加热过程)补偿该偏差。

因此优选地，至少一个测量确定的值与至少另一个值(特别地，是一储存值)进行比较。

在这种情况下，可以想到的是，这些过程参数与能量输入数值密切相关，也就是说，为加热过程的子区段确定加热时间、能量值或温度值是可能的。

另外，在本申请中，反射器元件距塑料型坯的距离在这个调节中也被考虑。在这种方式下，不仅是能量值而且其分布也被调整。

通过改变曲线，尤其是在塑料型坯的穹隆部，(后续的)加热步骤可以以一改变的方式被应用到一颈部区域。优选地，还调整其他过程参数，例如子区段的加热时间、能量值和温度值。在这种方式下，一期望的温度曲线可以以确定的方式被应用在整个塑料型坯上。通过这种方式，也可以想到的是，对塑料型坯无法仅通过调整塑料型坯的单个区域的能量值而被补偿的变化做出反应。

在一进一步有利的方法中，通过布置反射器元件和/或改变该布置而将一温度曲线应用于塑料型坯上。例如，该温度曲线可以应用在塑料型坯的圆周方向和/或轴向方向上。

在一进一步有利的方法中，在加热过程中改变反射器元件相对于容置空间的几何位置。在这种方式下，单个塑料型坯可以以一快速且单独的方式被加热。

进一步的有益效果和实施例将在附图中表明。

附图说明

图1为现有技术的一设备的示意图。

图2为本发明的一设备的示意图。

图3显示了温度和反射器元件与塑料型坯的距离之间的关系的图线。

图4a为显示了塑料型坯的加热的第一图线。

图4b为显示了塑料型坯的加热的第二图线。

附图标记说明：

1 设备

2 微波发生装置

4 传导装置，波导

6 谐振器装置

8 反射器元件

10 塑料型坯

10a 穹隆部

10b 承载环

12 传感器装置

14 控制装置

16 功率测量装置

18 谐振器装置的圆周壁

62 谐振器装置的容置空间

64 驱动装置

L 轴向方向

K 曲线

P 双向箭头(反射器元件的移动)

TP 温度曲线

F 微波场

具体实施方式

图1为一塑料型坯10的加热过程的示意图。该塑料型坯10具有一承载环10b和一穹隆部10a。附图标记6表示谐振器装置整体，塑料型坯10沿其轴向方向L被推入该谐振器装置。因此，附图标记62表示用于容置塑料型坯10的一容置空间。在这个容置空间内设置有一反射器元件8，比如，前文所述的金属环。

一微波发生装置2(例如一磁控管)产生微波，微波经由一传导装置4(例如一波导)到达谐振器装置6。如图1所示，现有技术并没有公开反射器元件8相对于塑料型坯或者相对于容置空间62的移动。箭头F以一高度示意性的方式指出了用于加热塑料型坯10的微波场。

图2为本发明的一设备1的示意图。在该设备1中设有一驱动装置64，通过该驱动装置64，反射器元件8也能够在轴向方向L上移动，并且由此可以向靠近塑料型坯的方向或是远离塑料型坯10的方向移动。该驱动装置64可以是例如一线性马达。

附图标记12表示一第一传感器装置，该传感器装置测量一表征塑料型坯特征(尤其是温度)的参数。该传感器装置可以是例如一高温计。一控制装置14控制驱动装置64，并由此也控制反射器元件8沿着双向箭头P的移动。

另外，还设置了一功率测量装置16，其用于测量谐振器装置6内部或是容置空间62内的微波功率。

附图标记18表示谐振器装置6的一圆周壁。特别地，其绕着塑料型坯10的轴向方向L延伸。从该圆周壁开始并且又直接指向反射器元件的箭头F又显示了反射器元件在塑料型坯10(更具体地，是朝着其穹隆部10a)的方向上反射的微波。

图3显示了塑料型坯10的温度与塑料型坯10和反射器元件8之间的距离的关系(曲线K)。也是基于这样的测量结果，提高整个加热过程的稳定性是可能的。在该加热过程中，通过调节所述距离来保持谐振器装置6内的场强恒定，从而如上所述的，避免形成等离子的场强。

图4a和图4b再次显示了反射器元件8位置的调整(相对于容置空间和/或塑料型坯)，但是该图中没有显示驱动装置。如前所述，本发明的一个概念依赖于这样的事实：反射器元件8距塑料型坯的距离包括在该调整中。在该实施例中，首先，在图4b所示的反射器元件8的一给定位置对塑料型坯10的加热进行测量。特别地，由此记录基于塑料型坯10的轴向方向L的一温度曲线TP。

随后如果发现温度分布将要被调整，那么，如上面的子图像(图4a)所示的，反射器元件上升，并且由此反射器元件距塑料型坯10或其穹隆部10a的距离减小。然后，在加热过程后再次测量温度。可以看出的是，在图4b所示的图线中，较少的微波功率到达了穹隆部，并且由此穹隆部仅是被轻度加热了。可以看出的是，在图4a所示的第一图线中，反射器元件8被设置地更靠近塑料型坯10，由此获得了更好的温度分布(参见每个例子中的右手侧子图像)。因此，输入型坯的能量可以被反射器元件的移动变化所影响，特别是，基于反射器元件的移动变化的温度曲线可以被应用于型坯上。

申请人在此保留将本申请文件公开的所有技术特征在其对本发明具实质性作用的情况下写入权利要求的权利，只要其较之单个的现有技术或现有技术的组合是新的。还要指出的是，在单个的附图中已经描述了可能是单独地有利的特征。即使没有结合一幅附图中的进一步的特征，本领域的技术人员也立即知晓，在该附图中描述的一特定的特征也可以是有利地。本领域的技术人员还知晓，通过将单个附图或不同附图中示出的多个特征组合，也可能产生有益效果。

Claims (11)

1.用于加热塑料型坯(10)的设备(1)，其包括：产生微波的微波发生装置(2)；以及谐振器装置(6)，该谐振器装置形成了容置空间(62)，塑料型坯(10)可以被引入该容置空间(62)内，从而由谐振器装置(6)内的微波作用而被加热；其中，设备(1)具有反射器元件(8)，该反射器元件(8)至少部分地设置在容置空间(62)内，并且该反射器元件(8)适用于在塑料型坯(10)的底部(10a)的方向上传导微波；其特征在于：

所述反射器元件(8)相对于容置空间(62)是可移动的，并且所述设备(1)具有驱动装置(64)，该驱动装置(64)用以相对于容置空间(62)移动反射器元件(8)；并且其中，所述设备(1)优选地具有控制驱动装置(64)的控制装置(14)，且该控制装置(14)适用于根据表征塑料型坯(10)的加热特征的至少一个值，来控制反射器元件(8)的移动。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在塑料型坯(10)的轴向方向(L)上，塑料型坯(10)和反射器元件(8)之间的距离是可变的。

3.如前述权利要求中任意一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)具有传感器装置(12)，其用以检测表征塑料型坯(10)的加热特征的至少一个值。

4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述传感器装置(12)是温度测量装置(12)，该温度测量装置(12)检测，优选地,以非接触方式检测，塑料型坯(10)的温度。

5.如前述权利要求中任意一项所述的设备(1)，其特征在于，所述反射器元件(8)具有环形横截面。

6.如前述权利要求中任意一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备具有输送装置，其沿预定的输送路径输送谐振器装置(6)。

7.用于加热塑料型坯(10)的方法，其中：将要被加热的塑料型坯(10)被引入谐振器装置(6)的容置空间(62)内，并在该容置空间(62)内由微波至少间歇性地作用而被加热；其中，微波通过反射器元件(8)被反射到塑料型坯(10)的预定区域上，该反射器元件(8)至少部分地设置在容置空间(62)内；其特征在于：

反射器元件(8)相对于容置空间(62)的几何位置至少间歇性地改变。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，确定表征塑料型坯(10)特征和/或塑料型坯(10)的物理性质特征的至少一个值，并且优选地还根据该值控制反射器元件(8)的几何位置。

9.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，根据塑料型坯(10)的几何尺寸和/或根据时间，确定表征塑料型坯(10)特征和/或塑料型坯(10)的物理性质特征的至少一个值。

10.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，通过布置反射器元件(8)而在塑料型坯上应用温度曲线。

11.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在加热过程中，反射器元件(8)相对于容置空间(62)的几何位置是变化的。