DE102005061334B4 - Stretch blow molding and stretch blow molding method - Google Patents
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Abstract
Streckblasanlage zum Streckblasen von Kunststoffbehältern aus Preforms, mit einer einen Erwärmungsabschnitt bildenden Mehrzahl von Infrarotstrahlungsquellen, welche Infrarotstrahlung mit einem wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 μm und 1,5 μm emittieren, und einem bezüglich der durchlaufenden Preforms gegenüber den Infrarotstrahlungsquellen angeordneten Gegenreflektor, wobei die Mehrzahl von Infrarotstrahlungsquellen eine Leuchtdiodenanordnung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiodenanordnung Leuchtdioden bzw. Laserdioden (5) mit einer Emissionswellenlänge im Bereich zwischen 0,85 μm und 1,0 μm umfasst und der Gegenreflektor (23) ein Reflexionsvermögen bei der Emissionswellenlänge von über 99,9% insbesondere von mehr als 99,99%, hat, wobei die Leuchtdioden als Matrix (3) mit Zeilen und Spalten angeordnet sind und wobei die Zeilen einzeln ansteuerbar sind und die Leuchtdiodenanordnung und der Gegenreflektor (23), zusammen mit den Preform-Aufnahmen zugeordneten Fuß- und Kopfreflektoren (19, 21) und optional einem diesen gegenüberliegend angeordneten Kopf- bzw. Fußreflektor einen im Wesentlichen geschlossenen Strahlungsraum (15) bilden.Stretch blow molding apparatus for stretch blow molding of plastic containers from preforms, comprising a plurality of infrared radiation sources forming a heating section, which emit infrared radiation having a substantial active component in the near infrared region, in particular in the wavelength range between 0.8 μm and 1.5 μm, and one with respect to the continuous preforms arranged opposite the infrared radiation sources counter-reflector, wherein the plurality of infrared radiation sources comprises a light emitting diode array, characterized in that the light emitting diode array comprises light emitting diodes or laser diodes (5) having an emission wavelength in the range between 0.85 microns and 1.0 microns and the counter reflector (23) has a reflectivity at the emission wavelength of more than 99.9%, in particular more than 99.99%, wherein the light-emitting diodes are arranged as matrix (3) with rows and columns and wherein the rows are individually controllable and the light-emitting diode arrangement and the Counter-reflector (23), together with the preform receptacles associated foot and head reflectors (19, 21) and optionally a head or foot reflector arranged opposite this form a substantially closed radiation space (15).
Description
Die Erfindung betrifft eine Streckblasanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Streckblasen von Kunststoffbehältern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The invention relates to a stretch blow molding machine according to the preamble of claim 1 and to a method for stretch blow molding plastic containers according to the preamble of claim 9.
Getränkeflaschen aus streckgeblasenem PET (Polyethylenterephthalat) bilden einen großen und expandierenden Teilmarkt des Marktes der Getränkeverpackungen. Diese Marktstellung haben sie wesentlich dank ihrer sehr guten Gebrauchseigenschaften – insbesondere des extrem geringen Leergewichts im Verhältnis zum Füllvolumen – und der leichten und kostengünstigen Herstellbarkeit erreicht. Es gibt eine Mehrzahl großer Anbieter, die in hartem Wettbewerb zueinander stehen und daher einem starken Kostendruck ausgesetzt sind. Dieser zwingt zur immer weiter fortschreitenden Rationalisierung des Herstellungsverfahrens. Im Vordergrund hierbei stehen verkürzte Maschinenzykluszeiten und Energieeinsparungen.Stretch-blown PET (polyethylene terephthalate) beverage bottles are a large and expanding sub-market of the beverage packaging market. They have achieved this market position substantially thanks to their very good performance properties - in particular the extremely low empty weight in relation to the filling volume - and the easy and cost-effective manufacturability. There are a large number of large suppliers who are in fierce competition and are therefore exposed to heavy cost pressure. This forces the ever-increasing rationalization of the manufacturing process. The focus here is on shortened machine cycle times and energy savings.
Die Herstellung von PET-Flaschen erfolgt in einem zweistufigen Prozess. Zunächst werden durch Spritzgießen aus einer PET-Masse Vorformlinge, die sogenannten Preforms, hergestellt. In einem zweiten Arbeitsgang werden diese Preforms in einer relativ kurzen Zeitspanne auf eine Verstrecktemperatur von etwa 110°C erwärmt, und schließlich werden sie im erwärmten Zustand einer Streckblasform zugeführt, in der schließlich unter Zuführung von Druckluft ins Innere der Preform der Behälter (die Flasche) ausgeformt wird.The production of PET bottles takes place in a two-stage process. First of all, preforms, known as preforms, are produced by injection molding from a PET mass. In a second operation, these preforms are heated in a relatively short period of time to a drawing temperature of about 110 ° C, and finally they are fed in the heated state of a stretch blow mold, in the finally under supply of compressed air into the interior of the preform of the container (the bottle) is formed.
Es ist bekannt und heute üblich, zur Durchwärmung der Preforms Erwärmungsstrecken einzusetzen, die mit Infrarotstrahlern ausgerüstet sind und von den Preforms durchlaufen werden. Weiterhin ist der Einsatz von langgestreckten Halogenlampen mit einer Strahlungscharakteristik bekannt, die einen wesentlichen Wirkanteil im Bereich des nahen Infrarot hat. Diese Verfahren und Anordnungen sind dem Einsatz mittel- und langwelliger Infrarotstrahlung insofern überlegen, als dass schwerpunktmäßig im nahen Infrarot liegende Strahlungsspektrum in vorteilhafter Weise auf die Transmissionscharakteristik von Kunststoffen allgemein und PET speziell angepasst ist.It is known and customary today to use for the heating of the preforms heating sections, which are equipped with infrared radiators and are passed through by the preforms. Furthermore, the use of elongated halogen lamps with a radiation characteristic is known, which has a significant active component in the near infrared range. These methods and arrangements are superior to the use of medium and long-wave infrared radiation in that the focus of the near infrared radiation spectrum is advantageously adapted to the transmission characteristics of plastics in general and PET.
Eine spezielle Vorrichtungs- und Verfahrenslösung dieser Art ist in der auf die Anmelderin zurückgehenden
Die
Die
Die
Die
Die
Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anlage und das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass der Energieeinsatz für die Erwärmung der Preforms verringert, die Anlage verkleinert und die Wartungszyklen verlängert und hierdurch die Herstellungskosten der Kunststoffbehälter weiter verringert werden.Based on this prior art, the invention has the object to improve the known system and the known method to the effect that the energy used for the heating of the preforms, reduces the plant and extends the maintenance cycles and thereby further reduces the cost of manufacturing the plastic container become.
Diese Aufgabe wird durch eine Streckblasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a stretch blow molding with the features of claim 1 and a method having the features of claim 9. Advantageous developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, zur Erzeugung der vorteilhaft wirksamen Strahlung im Bereich des nahen Infrarot Strahlungsquellen mit einem inhärent hohen Wirkungsgrad einzusetzen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, besonders langlebige Strahlungsquellen einzusetzen, die eine erhebliche Verlängerung der Wartungszyklen der Streckblasanlage ermöglichen. Diese Überlegungen münden in dem Gedanken, zur Erzeugung der Wirkstrahlung eine Leuchtdiodenanordnung hoher Leistung vorzusehen.The invention includes the essential idea to use for generating the advantageous effective radiation in the range of near infrared radiation sources with an inherently high efficiency. It further includes the idea of using particularly long-lived radiation sources, which allow a considerable extension of the maintenance cycles of the stretch blow molding. These considerations lead to the idea of providing a high-power light-emitting diode arrangement for generating the effective radiation.
Leucht- bzw. Laserdioden zeichnen sich durch eine hohe Strahlungsausbeute in einem gewünschten Wellenlängenbereich, bezogen auf die zugeführte elektrische Leistung, aus und sind ausgesprochen langlebig. Ihrem Einsatz in einer Anwendung der hier in Rede stehenden Art stand bisher die Überlegung entgegen, dass damit hinreichende Strahlungsdichten auf den Preforms nicht realisierbar seien, dieses Vorurteil konnte aber durch die Überlegungen und Untersuchungen der Erfinder widerlegt werden. Hierzu trägt auch das Vorsehen eines auf die Emissionswellenlänge der LEDs abgestimmt hocheffizienten Gegenreflektors bei. Luminous or laser diodes are characterized by a high radiation yield in a desired wavelength range, based on the supplied electrical power, and are extremely durable. Their use in an application of the type in question so far was contrary to the consideration that thus sufficient radiation densities on the preforms are not feasible, but this prejudice could be refuted by the considerations and investigations of the inventors. The provision of a highly efficient counter-reflector tuned to the emission wavelength of the LEDs also contributes to this.
Die vorgeschlagene Leuchtdioden-Lösung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Länge des Erwärmungsabschnittes so weit zu verkürzen, dass dieser auf einem Blasrad üblicher Abmessungen einer Streckblasanlage Platz findet. Eine gesonderte, vorgeschaltete Erwärmungsstrecke mit dem entsprechenden Platzbedarf kann damit entfallen, was eine erhebliche Verringerung des Platzbedarfes der Gesamtanlage und damit verbundene Kosteneinsparungen erbringt. In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Erwärmungsabschnitt im Wesentlichen nur 1 m Länge oder weniger hat.The proposed light-emitting diode solution advantageously makes it possible to shorten the length of the heating section to such an extent that it can fit on a blowing wheel of conventional dimensions of a stretch blow molding machine. A separate, upstream heating section with the corresponding space requirement can be dispensed with, resulting in a significant reduction in the space requirement of the entire system and associated cost savings. In a preferred embodiment, it is provided that the heating section has substantially only 1 m in length or less.
Der Erfindungsgedanke zeichnet sich dadurch aus, dass die Leuchtdiodenanordnung Leuchtdioden bzw. Laserdioden mit einer Emissionswellenlänge im Bereich zwischen 0,85 μm und 1,0 μm umfasst und der Gegenreflektor ein Reflexionsvermögen bei der Emissionswellenlänge von über 99,9%, insbesondere von mehr als 99,99%, hat. Fortgebildet werden kann dieser Gedanken dadurch, dass auch auf der LED-Anordnung (in Zwischenräumen zwischen den LED-Emissionsflächen) hochgradig reflektierende Abschnitte eines Trägers bzw. einer Abdeckung vorgesehen sind, so dass unter Nutzung mehrfacher Reflexionen eine möglichst vollständige Ausnutzung der emittierten Strahlung erfolgt.The idea of the invention is characterized in that the light-emitting diode arrangement comprises light-emitting diodes or laser diodes having an emission wavelength in the range between 0.85 μm and 1.0 μm and the counter-reflector a reflectivity at the emission wavelength of more than 99.9%, in particular more than 99 , 99%, has. This idea can be further developed by providing highly reflective sections of a carrier or a cover on the LED arrangement as well (in the interspaces between the LED emission surfaces) so that as complete utilization of the emitted radiation takes place using multiple reflections.
Das vorteilhafte sehr hohe Reflexionsvermögen des Gegenreflektors (und wahlweise der den LEDs benachbarten zusätzlichen Reflektorabschnitte) lässt sich zweckmäßigerweise durch eine wellenlängenselektiv reflektierende dichroitische Beschichtung eines geeigneten Trägers (etwa aus Aluminium mit sehr hoher Oberflächengüte) erreichen.The advantageous very high reflectivity of the counter-reflector (and optionally of the additional reflector sections adjacent to the LEDs) can be expediently achieved by a wavelength-selective reflective dichroic coating of a suitable carrier (for example of aluminum with a very high surface quality).
Eine weitere Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Ewärmungsstrecke wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass die Leuchtdiodenanordnung und der Gegenreflektor zusammen mit den Preform-Aufnahmen zugeordneten Fußreflektoren und einem diesen gegenüberliegend angeordneten Kopfreflektor einen im Wesentlichen geschlossenen Strahlungsraum bilden. In einer solchen Anordnung geht auch im Fußbereich der Preforms und über diesen kaum Strahlung und keine Strahlungswärme verloren. Auch die Oberflächen der Fußreflektoren und des Kopfreflektors können in vorteilhafter Weise in Abstimmung auf die Emissionswellenlänge der LEDs hochreflektierend ausgeführt sein. Eine funktionsmäßig analoge Ausführung einer Streckblasanlage mit hängenden Preforms sieht vor, dass deren Aufnahmen als Kopfreflektoren des Strahlungsraumes wirken, während vorzugsweise (also optional) ein Fußreflektor zusätzlich vorgesehen ist, um den Strahlungsraum noch besser abzuschließen.A further increase in the overall efficiency of the heating section is achieved according to the invention in that the light-emitting diode arrangement and the counter-reflector form a substantially closed radiation space together with foot reflectors associated with the preform receivers and a head reflector arranged opposite thereto. In such an arrangement, even in the foot region of the preforms and over this hardly any radiation and no radiant heat is lost. The surfaces of the foot reflectors and the head reflector can be carried out highly reflective in an advantageous manner in coordination with the emission wavelength of the LEDs. A functionally analogous embodiment of a stretch blow molding with suspended preforms provides that their recordings act as head reflectors of the radiation space, while preferably (ie optionally) a foot reflector is additionally provided in order to complete the radiation space even better.
Zur Erhöhung der Standzeit der Erwärmungsstrecke ist des weiteren von Vorteil, dass ein mechanischer Träger der Leuchtdiodenanordnung Mittel zur Flüssigkeits- und/oder Gasstromkühlung aufweist. Auch die übrigen mit Strahlung beaufschlagten Komponenten der Anordnung können aktiv gekühlt sein, dieses Erfordernis ist aber nach Maßgabe der konkreten Reflexionseigenschaften und Temperaturprofile der einzelnen Komponenten differenziert zu erfüllen.To increase the service life of the heating section, it is furthermore advantageous that a mechanical carrier of the light-emitting diode arrangement has means for liquid and / or gas stream cooling. The other components of the arrangement which are exposed to radiation can also be actively cooled, but this requirement must be met in a differentiated manner in accordance with the specific reflection properties and temperature profiles of the individual components.
Eine erfindungsgemäße geometrische Ausführung der vorgeschlagenen Anordnung sieht vor, dass die Leuchtdiodenanordnung eine flächige matrixartige Anordnung von Leuchtdioden aufweist, deren Höhe im Wesentlichen mindestens der Höhe der Preforms entspricht. Weiter von Vorteil ist, wenn mindestens ausgewählte Zeilen der matrixartigen Leuchtdiodenanordnung einzeln ansteuerbar sind, um die Höhe des erzeugten Strahlungsfeldes an verschiedene Preform-Höhen anzupassen. So kann etwa ein Sub-Array der LEDs, dessen Höhe der minimalen Höhe von mit der Streckblasanlage verarbeiteten Preforms entspricht, insgesamt ansteuerbar sein, während über diesem Sub-Array liegende weitere LED-Zeilen zur Anpassung des Strahlungsfeldes auf die Verarbeitung höherer Preforms einzeln ansteuerbar sein können.A geometrical embodiment of the proposed arrangement according to the invention provides that the light-emitting diode arrangement has a planar matrix-like arrangement of light-emitting diodes whose height substantially corresponds at least to the height of the preforms. It is also advantageous if at least selected rows of the matrix-like light-emitting diode arrangement can be controlled individually in order to adapt the height of the generated radiation field to different preform heights. Thus, for example, a subarray of the LEDs whose height corresponds to the minimum height of preforms processed with the stretch blow molding unit can be controlled in total, while further LED rows lying above this subarray can be individually controlled to adapt the radiation field to the processing of higher preforms can.
Im Hinblick darauf, dass für den eigentlichen Ausformungsvorgang der Kunststoffbehälter die Durchwärmung und vorbestimmte Erweichung der Preforms im Fußbereich von besonderer Bedeutung ist, ist die LED-Anordnung in einem dem Fußbereich der Preforms entsprechenden Bereich zweckmäßigerweise zur Bereitstellung höherer Strahlungsdichten ausgebildet. Sie kann dazu eine zusätzliche Leuchtdiodenzeile oder eine Zeile mit erhöhter Dichte der Leuchtdioden aufweisen. Die Lichtaustrittsflächen einer zusätzlichen LED-Zeile können dabei gegenüber den in einer gemeinsamen Ebene angeordneten Lichtaustrittsflächen des LED-Matrix-Arrays geneigt sein, wodurch die Zeile unterhalb der Fußpunktebene der Preforms zusätzlich angeordnet sein kann und dennoch in den Fußbereich strahlt.In view of the fact that the through-heating and predetermined softening of the preforms in the foot region is of particular importance for the actual molding process of the plastic containers, the LED arrangement in a region corresponding to the foot region of the preforms is expediently designed to provide higher radiation densities. You can have an additional LED array or a line with increased density of light emitting diodes. The light exit surfaces of an additional LED line can be inclined relative to the arranged in a common plane light exit surfaces of the LED array array, whereby the line below the Fußpunktebene the preforms can be additionally arranged and yet radiates into the foot area.
Bevorzugte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens korrespondieren weitgehend zu den oben angesprochenen allgemeinen bzw. Vorrichtungs-Aspekten und werden insoweit hier nicht nochmals erläutert. Es sei aber darauf hingewiesen, dass die vorgeschlagene Lösung zur Erwärmung der Preforms es ermöglicht, im anschließenden Ausformschritt die Druckluft mit einem (gegenüber konventionellen IR-Vorwärmverfahren) um 5 bar oder mehr reduzierten Druck zuzuführen. Unter dem Blickwinkel der Energie- und Kosteneinsparung ist es von Bedeutung, dass ein energetischer Gesamtwirkungsgrad des Erwärmungsschrittes, bestimmt mit einem Standardverfahren, von über 20% realisiert wird.Preferred embodiments of the proposed method largely correspond to the above-mentioned general or device aspects and will not be explained again in this respect. It should be noted, however, that the proposed solution for heating the preforms makes it possible in the subsequent forming step to supply the compressed air with a reduced pressure (compared with conventional IR preheating methods) by 5 bar or more. From the point of view of energy and cost savings, it is important that an overall energy efficiency of the heating step, determined by a standard method, of over 20% is realized.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus den abhängigen Ansprüchen sowie dem nachfolgend anhand der einzigen Figur beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Figur zeigt eine Erwärmungsstrecke
Herzstück der Erwärmungsstrecke ist eine LED-Matrix
Ein (zur besseren Wärmeableitung bevorzugt massiv metallischer) Trägerkörper
Die LED-Matrixanordnung
Die bildliche Darstellung ist insofern vereinfacht, als ein geradliniger Durchlauf der Preforms durch den Strahlungsraum
Insbesondere beim Gegenreflektor
Zweckmäßig ist auch eine vergleichbare Ausbildung der Zwischenräume zwischen den LEDs
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen, insbesondere in beliebigen Kombinationen der Merkmale der abhängigen Ansprüche, möglich.The embodiment of the invention is not limited to this example, but also in a variety of modifications, in particular in any combination of the features of the dependent claims possible.
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