CN111132812B

CN111132812B - 用于加热塑料预制件的方法和设备

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Publication number: CN111132812B
Application number: CN201880051390.1A
Authority: CN
Inventors: 迪特尔·芬格; 托马斯·基青格
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: EP3672779A1; WO2019038441A1; US20200307064A1; CN111132812A; EP3672779B1; DE102017119492A1; US11648725B2

Abstract

本发明涉及一种用于加热塑料预制件(10)的方法，所述塑料预制件(10)沿着预先确定的传输路径(P)传输，并且在所述传输期间进行加热。沿着所述传输路径设置具有至少一个第一加热元件(4)的至少一个第一加热节段以及具有至少一个第二加热元件(14)的至少一个第二加热节段。通过第一温度测量装置(6)在所述传输路径(P)的开始区域之中或之前测量所述塑料预制件(10)的实际温度(T_I)，根据所述塑料预制件(10)的所述实际温度(T_I)，控制所述至少一个第一加热元件(4)以使得所述塑料预制件(10)在通过所述至少一个第一加热元件(4)加热后具有预先确定的目标温度(T_S)。

Description

用于加热塑料预制件的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于加热塑料预制件的方法和设备（apparatus）。

背景技术

在现有技术中，已知塑料预制件在烤箱中加热后，在变形装置（transformingdevice）（例如所谓的拉伸吹塑机）中变形为容器。相应的加热装置或烤箱通常具有特定数量的加热元件，例如在塑料预制件的运行方向上依次排列的加热器盒。在某些情况下，在该加热装置或烤箱的出口处设置有温度测量装置，例如用于非接触测量塑料预制件温度的测温仪（pyrometer）。这种测量一方面是为了将高质量的瓶子传递给下面的机器，例如拉伸吹塑机。此外，该温度可用于重调（readjust）加热功率（heating power）的操作变量，从而保持塑料预制件在该过程中的温度稳定。

通过这个烤箱的传输时间（transit time）大约是20秒。这会导致死区时间（deadtime）。由于这个死区时间，最早只有在20秒后才能开始调节扰动变量（disturbancevariable）。在这段时间内，容器的质量仍然不能得到保证。在最坏的情况下，他们将不得不被丢弃。特别是在生产开始时，必须进行假设，即假设特定的预制件温度。然而，在实际操作中，实际温度与假设的温度相差甚远，这时加热装置或烤箱需要很长时间才能将处理过程得到最佳调节。在这种情况下，扰动变量是例如塑料预制件的不同温度，这些温度特别是由容器的不一致存储引起的。此外，由于建筑内部缺乏初步的温度控制，也会产生不同的温度。

发明内容

因此本发明的目的是实现更快的温度控制，或者在重调的情况下，缩短停机时间。

根据本发明，该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。有利实施例和修改是从属权利要求的主题。

在根据本发明的用于加热塑料预制件的方法中，塑料预制件沿着预先确定的传输路径传输，并且在所述传输期间进行加热。在这种情况下，沿着所述传输路径设置至少一个具有至少一个第一加热元件且优选多个第一加热元件的第一加热节段（section）以及具有至少一个第二加热元件且优选多个第二加热元件的第二加热节段。

根据本发明，通过第一温度测量装置，在所述传输路径的开始区域（startregion）之前或之中测量所述塑料预制件的实际温度，并且根据（as a function of）所述塑料预制件的实际温度，至少控制第一加热元件或所述多个第一加热元件中的一个（通常是所述第一加热节段的至少一个加热元件）和/或至少所述第一加热元件以使得所述塑料预制件在通过所述第一加热元件或所述多个第一加热元件加热后具有预先确定的目标温度。

优选在实际加热开始之前测量温度，即特别是在相关塑料预制件到达第一加热元件或一组第一加热元件（a group of first heating elements）之前。然而，可以想象的是，可以在所述塑料预制件已经通过特定数量的加热元件之后，测量所述温度。

特别地，所述开始区域是所述塑料预制件整个传输路径的前半部分（half），优选所述塑料预制件整个传输路径的第一个三分之一，优选优选所述塑料预制件整个传输路径的第一个四分之一，尤其优选优选所述塑料预制件整个传输路径的第一个八分之一。

在这种情况下，传输路径优选地划分为传输节段，特别是划分为第一和第二加热节段。这里的第一和第二加热节段包含至少一个第一和至少一个第二加热元件，并且优选第一和第二加热元件。因此，第一加热节段特别用于对所有塑料预制件施加特定的均匀目标温度。实际需要的加热是在第二传输或加热节段实现的。在这种情况下，达到目标温度的传输节段和轮廓成形（profiling）发生的传输节段也可以具有不同的长度。达到目标温度的区段优选短于轮廓成形或单独加热发生的节段。

在优选的方法中，所述塑料预制件在加热后变形，特别是变形成塑料容器，例如塑料瓶，特别是吹塑成塑料容器。然而，在这种情况下，这种变形尤其可以通过吹气（blowair）来实现，但是通过液体产品尤其是通过将要引入的饮料来变形也是可以想象的。

因此，优选地，所述塑料预制件的所述传输路径也具有两个节段。特别地，所述加热装置是红外烤箱，也就是说，所述单个加热元件优选为红外加热元件。特别优选地，所述加热装置具有多个第一和第二加热元件（其中，如上所述，所述第一加热元件优选地设置在所述第一加热节段中，所述第二加热元件设置在所述第二加热节段中）。此外，所述塑料预成型件在其加热过程中也可以旋转，特别是围绕其自身的纵轴或纵向旋转。然而，除了红外烤箱外，还可以想象加热是通过微波进行的，也就是说，特别是通过微波炉。

在这种情况下，所述加热装置可以有固定的激活器和/或谐振器（activator orresonator），通过它传输塑料预制件。

在另一优选方法中，预先确定至少两个目标值设置。在这种情况下，可以想象，第一目标值设置（特别是目标温度）是在温度均衡（temperature equalisation）结束后预先确定的。在这种情况下，可以例如在塑料预制件的偏转区域中预先确定第一目标值设置，但是也可以在第一加热节段的区域中预先确定第一目标值设置，例如在第一加热元件的区域中。因此，第一目标值设置可以发生在烤箱正面的所述加热元件的区域中，例如在第一加热节段的中心（在此由烤箱正面形成）。

因此，本发明提出，所述塑料预制件的实际温度已经在所述加热装置的进口（inlet）（或开始区域）处或之前测量。然后，控制装置可以优选地确定所述塑料预制件的实际温度与烤箱进口的假定温度（assumed temperature）之间的差值，并且这样就可以计算使所述塑料预制件达到规定的（defined）开始水平(starting level )（特别是在第一加热节段的末端（end））所需的能量。然后使用至少一个第一加热元件和优选多个第一加热元件以产生该开始水平。这样，可以假定在所述轮廓成形中的均匀开始条件。在这种情况下，优选可以设想，在第一加热元件的情况下，控制操纵变量以便主要引入确定的能量：

E = c * m * ΔJ

在这种情况下，c是比热容，m是质量，ΔJ是所述塑料预制件目标温度值和实际温度值之间的温差值。

此外，引入的能量可以计算如下：

E = P * t * η_Ofen * α

在这种情况下，P表示至少所述第一加热元件的加热功率，t表示所述第一加热元件之前的停留时间（residence time），η_Ofen表示烤箱的有效性，α表示所述塑料预制件的吸收度（degree of absorption）。

所述塑料预制件的特定材料常数和类型参数是塑料预制件的特定热容、质量和吸收度。这三个值可以组合成与接头类型相关的材料常数（joint-type dependent materialconstant）：

k_Mat = c * m / α = P * t * η_Ofen * ΔJ^-1

这个方程是由上述多个方程得到的。

优选地，通过进一步的方法来确定塑料预制件的所述材料常数。为此，塑料预制件优选在烤箱中由规定的加热功率供给特定的停留时间，并且测量烤箱进口和出口处的塑料预制件温度。在这种情况下，塑料预制件优选地在温度测量装置之前，尤其是直接（directly）在温度测量装置（例如，特别但不限于测温仪）之前停止在烤箱的出口处。利用温度梯度可以得出塑料预制件厚度的结论。此外，为了精确测定材料常数，优选提供一定的均衡时间，这样不仅确定了表面温度，而且由于表面温度往往更高，因此特别是会导致错误的测量结果。

当设置新程序或新配方时，优选地在每种情况下执行所述材料常数。在这种情况下，优选地，所述材料常数的确定可以由操作员特别通过菜单启动或开始。

所述确定的材料常数优选用于通过确定所述第一加热元件的加热功率和/或所述停留时间来进行温度补偿。在这种情况下，可以通过以下关系来确定停留时间：

P * t = k_Mat * Δθ/ η_Ofen

在这种情况下，优选地，对于能量的穿透（penetration），所述加热功率和所述停留时间在每种情况下都因另一个值的不利而变化（varied to the disadvantage of theother value）。短的停留时间会造成较高的加热功率，并且有可能在预制件的厚度上产生剧烈的温度梯度。较低的加热功率获得以下结论：对于塑料预制件的初步温度控制，需要更多的加热元件，因此实际的轮廓成形加热元件将弃用（lost）。

在优选方法中，首先由一个第一加热元件加热所述塑料预制件，然后由至少一个第二加热元件加热所述塑料预制件。

所述加热元件优选地固定设置，并且所述塑料预制件传输经过这些加热元件。所述塑料预制件的加热在传输过程中进行。然而，塑料预制件也有可能与加热元件一起传输。因此，例如，可以在第一组加热元件中对加热元件进行预回火（pre-temper），然后在第二组加热元件中轮廓成形所述塑料预制件。

在另一优选方法中，通过第二温度测量来测量所述塑料预制件的第二实际温度，并且优选地将根据所述塑料预制件的所述第二实际温度来控制所述第二加热元件。因此例如，可以在烤箱的出口处或出口之后确定所述塑料预制件的温度，并且可以根据所述开始温度来设置所述第二加热元件的所述轮廓成形。

如上所述，优选地确定所述塑料预制件的材料常数。这尤其优选地以上述方式发生，其中，在所述材料常数的确定中，优选地，将从以下一组参数中选择的至少一个参数纳入考虑：所述塑料预制件的质量、所述塑料预制件的吸收系数和/或塑料预制件的比热容。

尤其优选地，在所述塑料预制件的加热过程中考虑所述材料常数。

在另一优选方法中，还确定所述塑料预制件的长度。例如，可以通过随后的拉伸吹塑机来确定该长度。在这种情况下，假设所述塑料预制件具有均匀的长度。所述预制件长度是另一个参数，其取决于所述塑料预制件。如前所述，所述参数可与其他材料常数联合确定，例如通过将塑料预制件移动到吹塑站或拉伸吹塑机中。在这种情况下，在正常操作中用于膨胀所述塑料预制件的拉伸杆有可能以减小的力（reduced force）向下移动，直到所述拉伸杆被所述塑料预制件的底部停止为止。所述塑料预制件的长度可以从这个实际位置确定。该参数还可以作为底部加热元件（例如可移动底部瓷砖）位置的预设值。在这种情况下，操作员不再需要自己确定这些参数。

此外，所述塑料预制件的长度还可用于停用（deactive）所述加热元件的那些区域，其对所述塑料预制件没有影响，例如甚至会辐射到底部瓷砖下面。总的来说，用这种方法可以平衡温度波动，提高容器的质量。

此外，本发明还涉及一种用于加热塑料预制件的设备，具有沿预先确定的传输路径传输所述塑料预制件的传输装置，其中所述传输装置具有用于支撑所述塑料预制件的多个支撑件。此外，所述设备具有沿着所述传输路径设置的至少一个第一加热元件，和沿着所述传输路径设置在所述第一加热元件的下游的至少一个第二加热元件。

根据本发明，所述设备具有第一温度测量装置，用于测量所述塑料预制件在传输路径之前或的开始区域（beginning）的实际温度；以及控制装置，用于根据所述温度测量装置测量的所述塑料预制件的温度至少控制所述第一加热元件。所述设备特别优选地具有多个第一加热元件和/或多个第二加热元件。所述设备特别优选地具有多个第一和多个第二加热元件。尤其优选地，这些加热元件可单独控制。在另一优选实施例中，该装置具有计算单元，用于将塑料预制件温度纳入考虑，以计算将塑料预制件加热到特定目标温度所需的能量。

在这种情况下，这些加热元件优选地沿着所述塑料预制件的所述传输路径一个位于另一个之后地设置。这些加热元件优选地沿着所述塑料预制件的所述传输路径的直段一个位于另一个之后地设置。在这种情况下，这些单独的加热元件可以优选地具有一个或多个红外辐射器，其尤其优选地以在垂直方向设置成一个在另一个之上。在这种情况下，也可以根据所述塑料预制件的长度来关闭或打开这些红外辐射器中的单个红外辐射器。

用于传输所述塑料预制件的传输装置优选地具有循环传输装置（circulatingtransport means），例如特别是传输链，其上设置有用于支撑所述塑料预制件的多个支撑件。此外，还可以提供支撑轮，在其上设置单独的支撑件。

所述支撑件优选地具有内部夹持装置，所述内部夹持装置适于接合各个塑料预制件的口部以对其进行支撑。

特别优选的是，所述设备具有旋转装置，以便使所述塑料预制件关于（withrespect to）它们的纵轴旋转。在这种情况下，这些塑料预制件的旋转尤其优选地发生在塑料预制件通过所述加热装置的传输期间。

在一个有利的实施例中，所述设备具有第二温度测量装置，其测量所述塑料预制件的实际温度，特别是在所述传输路径的末端处或之后，并且优选地还具有控制装置，其根据所述第二温度测量装置测量的所述塑料预制件的温度控制至少所述第二加热元件或设置在第一加热节段中的加热元件。

在这种情况下，所述第二温度测量装置也可能在操作期间用于控制，特别是用于调节负责轮廓成形的烤箱的部分。此外，该第二温度测量装置还可以用于，特别是在使用单个预制件（并且优选地也与第一温度测量装置交互（interaction））的校准运行期间，确定其材料常数。

因此，该第二温度测量装置特别用于在所述塑料预制件转移到后续机器部件（component）（例如拉伸吹塑机）之前对所述塑料预制件进行轮廓成形或达到所需的实际温度。特别地，该第二温度测量装置还可用于执行所述设备的校准，即特别是为了确定温差ΔJ，该温差进而可用于确定所述塑料预制件的所述材料常数。

在另一优选实施例中，在每种情况下，至少一个加热元件和优选多个加热元件具有多个辐射单元或加热单元，其尤其优选地在要加热的塑料预制件的纵向上一个位于另一个之上地设置。这些加热单元优选可以彼此独立地控制。通过这种方式，可以沿塑料预制件的纵向供应或加热塑料预制件，并改变温度分布（temperature profile）。这些辐射单元优选地沿着所述塑料预制件的传输路径延伸。

换言之，至少一个第一加热元件和/或至少一个第二加热元件形成在所述塑料预制件的纵向上一个位于另一个之上的多个加热区。在这种情况下，优选至少一个加热元件和优选多个加热元件形成至少3个这样的加热区，优选至少4个这样的加热区，优选至少5个这样的加热区，尤其优选至少6个这样的加热区。

因此，例如，可以激活单个加热元件的特定加热区，而停用其他加热元件。这些不同的加热区也可以用不同的功率运行。

在优选实施例中，所述温度测量装置使得所述塑料预制件的根据其纵向的温度测量成为可能。因此，也可以将所述塑料预制件的所述温度确定为根据所述塑料预制件在其纵向上的位置。因此，所述温度测量装置可能具有多个传感器元件，这些传感器元件在将要加热的所述塑料预制件的纵向上设置成一个位于另一个之上或者一个位于另一个之后。这样，所述塑料预制件的温度确定也可以根据所述塑料预制件的垂直位置。

附图说明

从附图中可以看出进一步的优点和实施例，附图中：

图1示出了根据本发明的设备的示意图；

图2示出了根据本发明的方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于加热塑料预制件10的设备1。该设备1具有传输装置2，该传输装置2具有用于支撑塑料预制件10的多个支撑件22。这个传输装置在这里设计成椭圆形的传输链。附图标记4涉及多个第一加热元件（优选为第一加热节段的部件），例如加热器盒。附图标记14涉及多个第二加热元件（为第二加热节段的部件）或加热器盒。相应地，附图标记G1指代第一加温节段（即第一加热节段），附图标记G2指代第二加温节段（即第二加热节段）。

附图标记P指代可分为第一路径节段P1和第二路径节段P2的所述塑料预制件的整个传输路径。在沿着第一路径节段P1传输期间，塑料预制件由加热元件4加热，在第二路径节段P2传输期间，塑料预制件由加热元件14加热。塑料预制件的纵向（未示出）在此垂直于绘制平面（drawing plane）延伸，即塑料预制件以垂直方向传输，其口部朝上。然而，塑料预制件的口部向下的传输也是可以想象的。

附图标记6指代第一温度测量装置，例如测温计，该测温仪非接触地检测温度，更精确地检测塑料预制件在加热开始时的实际温度T_I，即这里特别是在塑料预制件由第一加热元件4加热之前的温度T_I。附图标记20标识用于控制所述第一加热元件4的控制装置。在这种情况下，如上所述，使用由所述温度测量装置6确定的预制件温度或塑料预制件温度来控制加热元件4。附图标记T_S指代塑料预制件通过第一路径节段后应达到的目标温度。

此外，还提供了处理器装置21，其从所述塑料预制件的所述实际温度开始并考虑所述塑料预制件的目标温度，计算达到所述目标温度所需的加热功率。所述控制装置优选地也适用于在确定所述加热功率时考虑所述塑料预制件的传输速度。

所述控制装置20或任选地还包括另一控制装置，所述控制装置适用于控制单个加热元件4。在这种情况下，这种控制的方式可以使塑料预制件在加热装置的出口达到所需的目标温度。

附图标记18指代了其中塑料预制件从第一传输节段P1转移到第二传输节段P2的偏转区域。在这个区域，不对塑料预制件进行加热。附图标记30指代了将已经加热的塑料预制件传输到另一个机器（plant）的传输装置，例如特别是拉伸吹塑机（未示出）（烘箱是其中的一个部件）。

附图标记16指代设置在所述传输路径的末端的另一温度测量装置，由此确定所述塑料预制件的开始温度。因此，可以确定烤箱进口和出口之间的塑料预制件的温差，从而特别可以计算如上所述的材料常数。

因此，可以沿着第一传输节段P1将塑料预制件加热到均匀的温度，并且在第二传输节段P2中对塑料预制件进行各个温度的单独的轮廓成形。在这种情况下，也有可能这种轮廓成形已经在第一加热节段中发生，特别是在第一加热节段的末端区域中单独发生。

图2示出了根据本发明的方法的另一示意图。这里将认识到，加热装置具有多个加热元件或加热箱，在所述示例中，总共有43个加热元件，这些加热元件沿着塑料预制件的传输路径一个位于另一个之后地设置，并且通过这些加热元件传输单个塑料预制件。

在这种情况下，这些单个的加热元件中的每一个都具有多个加热区（zone），这些加热区在所述塑料预制件的纵向上一个位于另一个之上地设置。在这种情况下，这些加热区可以由热辐射器形成，所述热辐射器在塑料预制件的纵向上一个位于另一个之上地设置。在这里可以认识到，在每种情况下，加热区6-9或这些加热区的热辐射器都被停用。特别是在这种情况下，对较短的塑料预制件加热，其不能延伸到加热区6-9的区域中。

在其余的加热区中，相应的加热元件或加热箱部分激活，部分未激活。例如，在第4加热区，几个加热元件未激活。这意味着塑料预制件在位于与该加热区相对应的垂直位置受到的加热比在位于另一垂直位置时受到的加热要小。这样，在塑料预制件的纵向上也可以应用变化的温度分布。

因此，在图2中所示的示例中，在所述塑料预制件的纵向的中心区域的加热强度小于下部和上部区域。

此外，应认识到，在所示示例中，从加热元件9+10发生按照加热温度分布的轮廓塑形。因此，在开始区域，也就是说在加热元件1-8的区域中，塑料预制件被均匀地加热，其中在加热区域1-5中，在每种情况下，加热元件1-4激活，加热元件5-8停用。

申请人保留要求在申请文件中公开作为对本发明必不可少的所有特征的权利，只要它们相对于现有技术是单独的或组合起来是新颖的。此外要指出，在各个附图中也已经描述了本身可能是有利的特征。本领域技术人员能够立即认识到，在附图中描述的特定特征也可以是有利的，而无需在该附图中并入其他特征。此外，本领域技术人员认识到，本发明的优点也可以由在各个附图或不同附图中示出的多个特征的组合产生。

附图标记

1 根据本发明的设备

2 传输装置

4 第一加热元件或加热箱

6 第一温度测量装置

10 塑料预制件

14 第二加热元件或加热箱

16 另一温度测量装置

18 偏转区域

20 控制装置

21 处理器装置

22 支撑件

30 传输装置

G1 第一加温节段，第一加热节段

G2 第二加温节段，第二加热节段

P 传输路径

P1 第一路径节段

P2 第二路径节段

T_I 实际温度

T_S 目标温度

Claims

1.一种用于加热塑料预制件（10）的方法，其中所述塑料预制件（10）沿着预先确定的传输路径（P）传输，并且在传输期间进行加热，其中沿着所述传输路径设置具有至少一个第一加热元件（ 4）的至少一个第一加热节段以及具有至少一个第二加热元件（14）的至少一个第二加热节段，其特征在于，通过第一温度测量装置（6）在所述传输路径（P）的开始区域之中或之前测量所述塑料预制件（10）的实际温度（T_I），并且根据所述塑料预制件（10）的所述实际温度（T_I），控制所述至少一个第一加热元件（4）以使得所述塑料预制件（10）在通过所述至少一个第一加热元件（4）加热后具有预先确定的目标温度（T_S）；

确定所述塑料预制件（10）的材料常数，其中在所述材料常数的确定中，将所述塑料预制件的质量、所述塑料预制件的吸收系数和所述塑料预制件的比热容纳入考虑；其中在所述塑料预制件（10）的加热过程中考虑所述材料常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，首先通过所述至少一个第一加热元件（4）加热所述塑料预制件（10），然后通过所述至少一个第二加热元件（14）加热所述塑料预制件（10）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一加热元件（4）和所述第二加热元件（14）固定设置，并且所述塑料预制件（10）传输通过所述第一加热元件（4）和所述第二加热元件（14）。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过第二温度测量装置（16）测量所述塑料预制件（10）的第二实际温度，并且根据所述塑料预制件（10）的所述第二实际温度控制所述至少一个第二加热元件（14）。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定所述塑料预制件（10）的长度。

6.一种用于加热塑料预制件（10）的设备；具有沿预先确定的传输路径（P）传输所述塑料预制件（10）的传输装置（2），其中所述传输装置（2）具有用于支撑所述塑料预制件（10）的多个支撑件；具有沿着所述传输路径（P）设置的至少一个第一加热元件（4），和沿着所述传输路径设置（P）在所述第一加热元件（4）的下游的至少一个第二加热元件（14），其特征在于；所述设备（1）具有第一温度测量装置（6），用于测量所述塑料预制件（10）在所述传输路径（P）的开始区域之前或之中的实际温度（T_I）；以及控制装置（20），用于根据所述第一温度测量装置（ 6）测量的所述塑料预制件的温度至少控制所述第一加热元件（4）；

7.根据权利要求6所述的设备（1），其特征在于，所述设备（1）具有多个第一加热元件（4）和/或多个第二加热元件（14）。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述设备（1）具有第二温度测量装置（16），用于测量位于所述传输路径（P）的一个末端的所述塑料预制件（10）的第二实际温度，所述控制装置根据所述第二温度测量装置（16）测量的所述塑料预制件（10）的温度的控制所述至少一个第二加热元件（14）。

9.根据权利要求 6或7所述的设备，其特征在于，至少一个第一加热元件（4）和/或至少一个第二加热元件（14）形成多个加热区，所述多个加热区在所述塑料预制件（10）的纵向上一个位于另一个之上地设置。