CN110944822B - 包括集中加热区和操控区的壳体的粗坯处理单元 - Google Patents

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Abstract

处理单元(4)包括具有加热区(10)的壳体(42)，在加热区中，粗坯沿着预定纵向路径(T)行进，加热区(10)包括沿预定纵向路径(T)分布在加热区(10)中的多个发射器(12)，壳体(42)还包括操控区(14)，操控区包括用于控制发射器(12)的多个控制装置(16)，控制装置与发射器(12)相连，并且控制装置布置成控制由发射器(12)射出的辐射。操控区(14)与加热区(10)相对延伸，控制装置(16)沿预定纵向路径(T)分布在所述操控区(14)中。

Description

包括集中加热区和操控区的壳体的粗坯处理单元
技术领域
本发明涉及通过吹塑或拉伸吹塑由塑料材料制的粗坯制造中空体如容器。
术语“粗坯”是指通过塑料材料在模具中注射、挤压压缩或以其他方式获得的预成型件，或者是用已经过至少第一成型操作并将经过至少第二成型操作的预成型件获得的中间的中空体。
本发明更确切地涉及粗坯处理，例如热处理(加热)或去污。粗坯处理通常在装有多个电磁辐射源的处理单元(在加热的情况下通常称为“炉”)内依次通过来进行，被驱动自转的粗坯行经过辐射源前方。
背景技术
电磁辐射可以通过单色或伪单色电磁辐射源例如激光二极管获得，这类辐射源的发射光谱基本上在红外域中延伸。这种加热的效率和性能使得可以对粗坯进行更快和更具选择性的加热。
呈发射器集中的电磁辐射源由控制装置操控，每个控制装置均由供电装置供电，从而需要大幅冷却以避免过热和运行故障。这种冷却例如通过可强制对流进行冷却的巨大风扇获得。集中控制装置、供电装置和冷却部件的组件被安装在机柜中，该机柜被布置在加热区的旁边和外部，该加热区包括发射器，粗坯行经过发射器的前方。实际上，冷却不应干扰加热区的气氛，也不应干扰粗坯加热，如果将风扇布置在加热区的壳体中则会发生这类干扰。
处理单元的这种架构已经在图1中示出，其中加热区由附图标记1表示，并且机柜由附图标记2表示。如从该图中可以看到的，机柜2需要与加热区几乎一样大的空间，这使得处理单元非常笨重。
此外，这种架构需要长电缆来将控制装置连接到相应的辐射源。因此，电缆中的欧姆损耗增加，这导致处理单元中能量过度消耗以补偿这些损耗。此外，电缆的长度要求设置用于控制装置和发射器之间连接的接线盒，这进一步增加了电缆的长度。此外，这种架构不允许精确测量发射器端部处可能产生的电压漂移，这种漂移是发射器冷却不良的迹象。
发明内容
本发明的目的之一是通过提出缩减体积的处理单元克服上述缺点。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于处理塑料材料制的空心体粗坯的处理单元，处理单元包括具有加热区的壳体，在加热区中，粗坯沿着预定纵向路径行进，所述加热区包括多个发射器，每个发射器包括多个单色或伪单色电磁辐射源，所述多个发射器沿预定纵向路径分布在所述加热区中，所述壳体还包括操控区，操控区包括用于控制发射器的多个控制装置，控制装置与发射器相连，并且控制装置布置成控制由所述发射器射出的辐射，其中，操控区与加热区相对地延伸，控制装置沿预定纵向路径分布在所述操控区中。
通过沿预定纵向路径分布控制装置，可以将操控区与加热区布置在相同的壳体中，这大大减小了处理单元的尺寸。通过减小尺寸，还允许使用较短的连接电缆，从而减少欧姆损耗，因此减少处理单元能耗，并可以测量发射器端部处可能存在的电压漂移。
按照根据本发明的处理单元的其他特征：
-操控区还包括至少一个供电装置，供电装置布置成用于向至少一个控制装置供电。
-操控区还包括至少一个冷却回路，冷却流体在冷却回路中循环，供电装置贴靠所述冷却回路以冷却供电装置。
-冷却流体与加热区隔离，使得冷却流体所提取的热量不会加热所述加热区的气氛。
处理单元的架构通过使供电装置与冷却回路直接接触，可以使供电装置有效冷却。因此，冷却不是通过笨重的风扇强制对流实现的，而是通过传导实现的，这使得可以不干扰加热区中的气氛。
根据处理单元的另一特征，冷却流体是载热液体。根据该特征，在操控区中没有空气循环，因此没有空气逸入加热区的气氛中并扰乱加热区的风险。此外，这种液体也可以用于冷却加热区的发射器。因此，单一个载热液体源就可以允许对操控区和加热区进行冷却。
按照根据本发明的处理单元的另一特征，供电装置连接到至少两个控制装置，以便给所述至少两个控制装置供电。
通过使用一个供电装置给多个控制装置供电，可以将供电装置集中在一个特定区中，这为冷却提供了便利。
因此，可以设置成将两个控制装置和供电装置安装在机箱里，所述机箱贴靠冷却回路。
按照根据本发明的处理单元的另一特征，供电装置由三级别功率因数校正式三相整流电路形成。
这种供电装置使得可以在保持大于0.9的功率因数和小于10％的总谐波失真的同时为多个控制装置供电。此外，供电装置还具有缩减尺寸，因为它仅包括有限数量的线圈(英语为self)，而线圈是最笨重的电子器件。
按照根据本发明的处理单元的其他特征：
-每个控制装置连接到两个发射器，所述两个发射器彼此串联连接，使得每个控制装置控制由两个发射器射出的辐射；
-辐射源是激光二极管。
根据另一方面，本发明涉及一种用于处理塑料材料制的空心体粗坯的处理单元，处理单元包括具有加热区的壳体，在加热区中，粗坯沿着预定纵向路径行进，所述加热区包括多个发射器，每个发射器包括多个单色或伪单色电磁辐射源，其中所述多个发射器沿预定纵向路径分布在所述加热区中，并且每个发射器具有辐射发射面和与辐射发射面相对的背面，处理单元具有与预定纵向路径平行的竖直的后平面，后平面大体经过部分或全部背面，其中所述壳体还包括操控区，操控区包括用于控制发射器的多个控制装置，控制装置与发射器相连，并且控制装置布置成控制由所述发射器射出的辐射，其特征在于，操控区与加热区相对并且紧邻加热区延伸，控制装置沿预定纵向路径分布在所述操控区中；并且，操控区至少部分地在后平面一侧、背离粗坯行进路径水平地延伸。
根据另一实施例，发射器在预定纵向路径的仅一侧上纵向延伸。这使得处理单元尺寸更紧凑。
根据另一实施例，发射器在预定纵向路径的两侧纵向延伸。
根据又一实施例，操控区没有在加热区下方水平延伸。这使得处理单元的加热区不会受到操控区引起的热损耗的干扰。这也允许具有一个没有热惯性的加热区，并允许在发射器停止时使加热区保冷。
根据又一实施例，操控区所在的高度低于发射器的高度。这使得发射器和操控区的可接近性得到加强。这也使得可以彼此独立地在发射器上或操控区内进行维护。
根据处理单元的其他特征：
-操控区还包括至少一个供电装置，供电装置布置成用于向至少一个控制装置供电。
-操控区还包括至少一个冷却回路，冷却流体在冷却回路中循环，供电装置贴靠所述冷却回路以冷却供电装置。
-冷却流体与加热区隔离，使得冷却流体所提取的热量不会加热所述加热区的气氛。
处理单元的架构通过使供电装置与冷却回路直接接触，可以使供电装置有效冷却。因此，冷却不是通过笨重的风扇以强制对流实现的，而是通过传导实现的，这使得可以不干扰加热区中的气氛。
根据处理单元的另一特征，冷却流体是载热液体。根据该特征，在操控区中没有空气循环，因此没有空气逸入加热区的气氛中并扰乱加热区的风险。此外，这种液体也可以用于冷却加热区的发射器。因此，单一个载热液体源就可以允许对操控区和加热区进行冷却。
按照根据本发明的处理单元的另一特征，供电装置连接到至少两个控制装置，以便给所述至少两个控制装置供电。
通过使用一个供电装置给多个控制装置供电，可以将供电装置集中在一个特定区中，这为冷却提供了便利。
因此，可以设置将两个控制装置和供电装置安装在机箱中，所述机箱贴靠冷却回路。
按照根据本发明的处理单元的另一特征，供电装置由三级别功率因数校正式三相整流电路形成。
这种供电装置使得可以在保持大于0.9的功率因数和小于10％的总谐波失真的同时为多个控制装置供电。此外，供电装置还具有缩减尺寸，因为它仅包括有限数量的线圈(英语为self)，而线圈是最笨重的电子器件。
按照根据本发明的处理单元的其他特征：
-每个控制装置连接到两个发射器，所述两个发射器彼此串联连接，使得每个控制装置控制由两个发射器射出的辐射；
-辐射源是激光二极管。
本发明还涉及一种用于处理塑料材料制的空心体粗坯的处理设备，处理设备包括至少一个如前所述的第一处理单元，并包括至少一个第二处理单元，第二处理单元布置成对粗坯施加另一种处理，所述处理设备包括用于在第一处理单元和第二处理单元之间传输信号的至少一个通信装置，所述通信装置为第一处理单元的发射器的至少两个控制装置共用。
通过仅经过单一个通信装置来使第一处理单元和设备其他处理单元之间的通信获得简化，这使得进一步减小第一处理单元操控区的尺寸。
附图说明
通过阅读参照附图进行并以示例给出的下述描述，进一步体现出本发明的其他特征和优点，其中：
-图1是根据现有技术的处理设备的示意性透视图，
-图2是根据本发明的处理设备的示意性透视图，
-图3是根据本发明的处理单元的示意性透视图，
-图4是图3中处理单元的操控区的冷却装置的示意性透视图，
-图5是操控区架构的流程图形式的示意图，
-图6是形成操控区供电装置的电路的一部分的电子示意图。
具体实施方式
参照图2描述塑料材料制粗坯的处理单元4，处理单元布置成将粗坯暴露于单色或伪单色电磁辐射，例如以将这些粗坯加热到粗坯具有延展性并可以被成型成容器的温度。因此，处理单元4例如是构成粗坯处理设备6的一部分的炉，处理设备包括用于将处理单元4中加热过的粗坯成型以形成容器的成型单元8。这种处理设备及其成型单元例如吹塑单元是已知的，在此不再详细描述。
处理单元4包括加热区10，在加热区中，粗坯沿着预定纵向路径T行进，以便暴露于单色或伪单色电磁辐射，如图3所示。为此，加热区10包括多个发射器12，每个发射器包括多个单色或伪单色电磁辐射源，例如激光二极管。发射器12沿着粗坯行进的预定纵向路径T延伸。因此，发射器12例如沿着路径T分布在路径T的两侧上，使得粗坯沿路径T在发射器12的两壁之间行进。已知地，粗坯当在发射器12的壁之间行进时可以被驱动自转。加热区10的这种布置是已知的，在这里将不再详细描述。对于加热区布置示例的详细描述，本领域技术人员可以例如参考文献WO-2013/076415和WO-2015/140424。
处理单元4包括操控区14，该操控区将用于操控发射器12的必要元件集中在一起。所谓操控发射器12，是指对由形成发射器12的单色或伪单色电磁辐射源发射的电磁辐射进行调节，以允许将特定的温度型廓应用于粗坯。
操控区14包括电连接到发射器12的多个控制装置16(图5)或英语称为driver。例如，一个控制装置16可以被布置为操控两个串联连接的发射器12。然而，可以理解一个控制装置16可以被布置为操控单一个发射器或多于两个的发射器。控制装置16也沿着预定纵向路径T分布，使得操控区14与加热区10相对地即紧邻加热区沿着预定纵向路径T延伸。这可使电连接简化和可使处理单元4更紧凑。例如，发射器12的一部分或全部可以水平插置在操控区14和粗坯纵向路径之间，换言之，操控区可以相对于所述路径朝在发射器后面的方向水平地延伸。特别地，操控区14还可以在加热区下方竖向延伸，即沿处理单元4高度在加热区之下延伸，这极大地减小了处理单元4的尺寸，如可通过比较图1和图3可以看到这一点。
每个控制装置16由供电装置18供电。有利地，一个供电装置18为至少两个控制装置16供电。根据图5所示的实施例，该供电装置18为六个控制装置16供电。使供电装置18为多个控制装置16共用的事实使得可以将在处理单元4运行期间发热的器件集中在单独一个位置，从而有助于其冷却，如后所述。
供电装置18由三级别功率因数校正式三相整流电路形成，在图6中示出了其中一个级别。瑞士联邦理工学院(ETH)的J.W.科勒、M.哈特曼和T.弗里艾德利在出版物《Three-Phase PFC and AC-AC Converter Systems》(《三相PFC和AC-AC转换器系统》)(第67-101页，出自ACDC-ACAC APEC 2011研讨会)中详细描述了这种电路。
这样的电路使得可以向控制装置16提供直流电，而电路内部的电压不超过400V。在不接地的情况下进行三相工作，这样允许在中性点系统没有提供电路可连接的可用中性线的国家/地区中使用处理单元4。这种无中性点的系统被称为IT，表示“isolépar rapportàla terre(不接地)”。借助电容器20产生人工中性点。如图6所示，每一级别仅包括唯一的线圈22，从而通过限制器件数量，使电路不大冗杂且成本更低。电路的器件可以固定在公共的底板上，这样允许有效冷却，这将在后面予以描述。
就性能而言，该电路允许具有大于0.9、例如大于0.95的功率因数，这不会损害电力的生产和传输。因此电路效率高。此外，电路的总谐波失真小于10％，即电路几乎不产生谐波。
一组控制装置16及其相关的供电装置18以及该组所必需的所有连接(图5所示)可以布置在安装在框架26上的机箱24中，至少一个冷却回路28也安装框架26上，如图3所示。
根据图中所示的实施例，一个机箱24允许操控十二个发射器12，每个控制装置16操控两个发射器，并且一个供电装置18为六个控制装置16供电。
在每个机箱24中，可以集成如图5所示的架构。如上所述，一个机箱因此包含控制装置16例如六个控制装置16、以及其供电装置18。此外，一组电致发光二极管17允许将机箱24的运行状态告知操作人员。该架构还包括插件架底(fond de panier)19，其允许管控电连接，以将控制装置16连接到供电装置18并分配由供电装置18发出的功率信号和由控制装置16发出的控制信号。机箱24包括待连接到电网的直流电源插座21，该插座连接到DC-DC转换器23，从而可将电网的直流电压调整成与插件架底19和形成供电装置18的电路的电子器件兼容的电压。该架构还包括无中性点的三相电源插座25，用以向供电装置18供电。该架构还包括连接器27，其可以将控制装置16和供电装置18的微处理器连接到通信盒，这将在后面予以描述。
如图3所示，多个机箱24彼此相邻地沿预定路径T的方向安装，并且可以设置多层机箱24，以便可以操控设置在加热区10中的所有发射器12。根据图3所示的实施例，设置了两层机箱24，它们彼此叠置，每层都沿预定路径T的方向延伸。
每个机箱24抵靠冷却回路28安装，使得设置在机箱中的供电装置18贴靠冷却回路28。由于如上所述将在处理单元4的运行期间会变热的器件集中在单独一个位置，并且将供电装置18的器件安装在例如形成机箱底部的底板上且底板贴靠在冷却回路28上，因而这样的安装变得容易。
图4中更具体地示出冷却回路28。冷却回路28例如由金属板30形成，金属板中设置有用于使载热流体循环的通道32。如图3和图4所示，金属板30例如设置成在一层中的所有机箱24下延伸，并且通过形成安装在金属板30上的机箱24的底部的底板以密封的方式封闭通道32。因此，底板直接与在通道32中循环的载热流体接触，这可以有效地冷却供电装置18。
通道32通过入口34和出口36连接至载热流体供给回路38，该载热流体回路本身连接至载热流体源(未示出)。载热流体是例如载热液体，例如水。载热液体的使用可以避免气体在操控区14中的任何循环，从而避免这种气体干扰加热区10的气氛的各类风险，特别是不会因为载热流体提取出的热量而加热所述加热区10的气氛。因此，使用载热液体使得不必像使用载热气体时那样将加热区10与操控区14气密隔离。此外，应该注意的是，发射器12通常也被载热液体冷却。因此，可使用相同的载热流体供给回路38来为操控区14的冷却装置28和发射器的冷却装置进行供给。因此，在冷却装置28中使用载热液体可以简化处理单元4，同时提供对供电装置18的有效冷却。
根据图3和图4中所示的实施例，冷却装置28对于每层机箱24均包括一个金属板30。
根据替代实施例，通道32可以直接在机箱24的底板中制成，使得冷却装置28被集成于机箱24。
操控区14与处理设备6的其余部分之间的通信通过用于传输信号的通信装置40予以保证，该通信装置40将控制装置16连接至设备的其他处理单元例如成型单元8的控制装置。这样的通信装置40例如由连接到机箱24的通信盒形成，如图3所示。更具体地，如上所述，通信盒连接至机箱24的连接器27。这种通信装置40允许管控在多个控制装置16与设备的其他处理单元的控制装置之间的通信。例如，一个控制盒连接到三个机箱24以管控这些机箱24的控制装置16的通信。这种架构可以进一步减小操控区14的尺寸。
因此，如上所述的操控区14可以设置在加热区10附近，例如设置在同一壳体42中，如图2所示。因此，如图3所示，相同的框架26可以用作支撑操控区14的元件和加热区10的元件。因此简化了处理单元4的结构。
用于处理塑料材料制的空心体粗坯的处理单元4，包括具有加热区10的壳体42，在加热区中，粗坯沿着预定纵向路径T行进，所述加热区10包括多个发射器12，每个发射器包括多个单色或伪单色电磁辐射源，其中所述多个发射器12沿预定纵向路径T分布在所述加热区10中，并且每个发射器具有辐射发射面和与辐射发射面相对的背面，处理单元4具有与预定纵向路径平行的竖直的后平面，后平面大体经过部分或全部背面，其中所述壳体42还包括操控区14，操控区包括用于控制发射器12的多个控制装置16，控制装置与发射器12相连，并且控制装置布置成控制由所述发射器12射出的辐射。操控区14与加热区10相对并且紧邻加热区10延伸，控制装置16沿预定纵向路径T分布在所述操控区14中，操控区至少部分地在后平面一侧、背离粗坯行进路径水平地延伸。
有利地，发射器12在预定纵向路径T的一侧上纵向延伸。
在变型中，发射器12在预定纵向路径T的两侧纵向延伸。
有利地，操控区14不在加热区10下方水平延伸。
有利地，操控区14所在的高度低于发射器12的高度。
连接控制装置和发射器12的电缆的长度因此可以大大减小，因此可以使用1至2米长的电缆。因此，这些电缆中的欧姆损耗大大降低了。此外，这些电缆的长度允许测量每个发射器12端子处的电压漂移。这种测量是可能的，因为它们之间的两个发射器的串联是在操控区内完成的，而不是像在操控区与加热区远离的情况中那样偏置到外置的接线盒中。对每个发射器12端子处的电压漂移的测量允许控制发射器12端子处的异常电压变化。例如，电压下降是发射器12冷却不良的征兆。因此，根据本发明的处理单元4可以通过为对可能的故障进行检测提供便利而改善处理单元的运行。
因此，上述处理单元4具有缩减的尺寸，允许减少能量消耗并且具有简化结构。

Claims (14)

1.一种用于处理塑料材料制的空心体的粗坯的处理单元(4)，处理单元包括具有加热区(10)的壳体(42)，在加热区中，粗坯沿着预定纵向路径(T)行进，所述加热区(10)包括多个发射器(12)，每个发射器包括多个单色或伪单色电磁辐射源，其中所述多个发射器(12)沿预定纵向路径(T)分布在所述加热区(10)中，并且每个发射器具有辐射发射面和与辐射发射面相对的背面，处理单元(4)具有与预定纵向路径平行的竖直的后平面，后平面大体经过部分或全部背面，其中所述壳体(42)还包括操控区(14)，操控区包括用于控制发射器(12)的多个控制装置(16)，控制装置与发射器(12)相连，并且控制装置布置成控制由所述发射器(12)射出的辐射，其特征在于，操控区(14)与加热区(10)相对并且紧邻加热区(10)延伸，控制装置(16)沿预定纵向路径(T)分布在所述操控区(14)中；并且，操控区至少部分地在后平面一侧、背离用于粗坯行进的预定纵向路径水平地延伸。
2.根据权利要求1所述的处理单元，其特征在于，发射器(12)在预定纵向路径(T)的仅一侧上纵向延伸。
3.根据权利要求1所述的处理单元，其特征在于，操控区(14)没有在加热区(10)下方水平延伸。
4.根据权利要求1所述的处理单元，其特征在于，操控区(14)所在的高度低于发射器(12)的高度。
5.根据权利要求1所述的处理单元，其特征在于，操控区(14)还包括至少一个供电装置(18)，供电装置布置成用于向至少一个控制装置(16)供电。
6.根据权利要求5所述的处理单元，其特征在于，操控区(14)还包括至少一个冷却回路(28)，冷却流体在冷却回路中循环，供电装置(18)贴靠所述冷却回路(28)以冷却供电装置(18)。
7.根据权利要求6所述的处理单元，其特征在于，冷却流体与加热区(10)隔离，使得冷却流体所提取的热量不会加热所述加热区(10)的气氛。
8.根据权利要求6或7所述的处理单元，其特征在于，冷却流体是载热液体。
9.根据权利要求5所述的处理单元，其特征在于，供电装置(18)连接到至少两个控制装置(16)，以便给所述至少两个控制装置(16)供电。
10.根据权利要求6所述的处理单元，其特征在于，两个控制装置(16)和供电装置(18)安装在机箱(24)中，所述机箱(24)贴靠冷却回路(28)。
11.根据权利要求5所述的处理单元，其特征在于，供电装置(18)由三级别功率因数校正式三相整流电路形成。
12.根据权利要求1所述的处理单元，其特征在于，每个控制装置(16)连接到两个发射器(12)，所述两个发射器(12)彼此串联连接，使得每个控制装置(16)控制由两个发射器(12)射出的辐射。
13.根据权利要求1所述的处理单元，其特征在于，单色或伪单色电磁辐射源是激光二极管。
14.一种用于处理塑料材料制的空心体的粗坯的处理设备，处理设备包括至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的处理单元(4)，并包括至少一个第二处理单元(8)，第二处理单元布置成对粗坯施加另一种处理，所述处理设备包括用于在所述处理单元(4)和所述第二处理单元(8)之间传输信号的至少一个通信装置(40)，所述通信装置(40)为所述处理单元(4)的发射器(12)的至少两个控制装置(16)共用。
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