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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung von Vorformlingen
aus einem thermoplastischen Material, bei dem die Vorformlinge mindestens
bereichsweise und mindestens zeitweise eine Mikrowellenstrahlung
ausgesetzt werden.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zur Temperierung von Vorformlingen aus einem
thermoplastischen Material, die mindestens einen Mikrowellengenerator
sowie mindestens eine von einer Wandung begrenzte Heizzone aufweist.
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Derartige
verfahren und Vorrichtungen werden beispielsweise zur Temperierung
von vorformlingen verwendet, die nach einer thermischen Konditionierung
durch ein Blasverfahren in einen Behälter umgeformt werden. Beispielsweise
werden bei einer derartigen Behälterformung
Flaschen aus Kunststoff hergestellt.
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Bei
einer Behälterformung
durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen
Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephthalat),
innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen
zugeführt.
Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung
sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte
Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert
wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den
zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische
Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE-OS 43 40 291 erläutert.
Die einleitend erwähnte
Einleitung des unter Druck stehenden Gases umfaßt auch die Druckgaseinleitung in
die sich entwickelnde Behälterblase
sowie die Druckgaseinleitung in den Vorformling zu Beginn des Blasvorganges.
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Der
grundsätzliche
Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung
wird in der DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung
der Vorformlinge werden in der DE-OS 23 52 926 erläutert.
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Innerhalb
der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie
die geblasenen Behälter
mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert
werden. Bewährt
hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die
die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber
auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung
von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung
von Spreizdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings
einführbar
sind, gehören
ebenfalls zu den verfügbaren
Konstruktionen.
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Eine
Handhabung von Behältern
unter Verwendung von Übergaberädern wird
beispielsweise in der DE-OS 199 06 438 bei einer Anordnung des Übergaberades
zwischen einem Blasrad und einer Ausgabestrecke beschrieben.
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Die
bereits erläuterte
Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren,
bei denen die Vorformlinge zunächst
in einem Spritzgußverfahren
hergestellt, anschließend
zwischengelagert und erst später
hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen
werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren,
bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen
Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert
und anschließend
aufgeblasen werden.
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Im
Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche
Ausführungsformen
bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet
sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen.
Es ist aber auch möglich,
relativ zueinander verschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei
ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur
Behälterformung
aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete
Platten als Formträger
verwendet.
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Vor
einer Durchführung
der Beheizung werden die Vorformlinge typischerweise auf Transportdorne
aufgesteckt, die den Vorformling entweder durch die gesamte Blasmaschine
transportieren oder die lediglich im Bereich der Heizeinrichtung
umlaufen. Bei einer stehenden Beheizung der Vorformlinge derart,
daß die
Mündungen
der Vorformlinge in lotrechter Richtung nach unten orientiert sind,
werden die Vorformlinge üblicherweise
auf ein hülsenförmiges Hal terungselement
des Transportdornes aufgesteckt. Bei einer hängenden Beheizung der Vorformlinge,
bei der diese mit ihren Mündungen
in lotrechter Richtung nach oben orientiert sind, werden in der
Regel Spreizdorne in die Mündungen
der Vorformlinge eingeführt,
die die Vorformlinge festklemmen.
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Ein
wesentliches Problem bei der Verwendung von konventionellen Infrarot-Strahlern
zur Beheizung der Vorformlinge besteht darin, daß der überwiegende Strahlungsanteil
bereits in der unmittelbaren Nähe
der Oberfläche
des Vorformlings in wärme
umgesetzt wird und daß eine
Temperierung der inneren Wandungsbereiche des Vorformlings nur durch
Wärmeausbreitung
innerhalb des thermoplastischen Materials erfolgt. Da das thermoplastische Material
ausgeprägte
thermisch isolierende Eigenschaften aufweist, ergibt sich für eine ausreichende Wärmeausbreitung
ein Zeitbedarf für
die Beheizung der Vorformlinge von etwa 20 Sekunden. Zur Vermeidung
einer Überhitzung
der Oberflächenbereiche
des Vorformlings erfolgt gleichzeitig zur Beheizung auch ein Anblasen
mit Kühlluft.
Hieraus resultiert ein relativ hoher Energieaufwand für die Durchführung der
Beheizung.
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Zur
Unterstützung
einer möglichst
gleichmäßigen aktiven
Beheizung der Vorformlinge durch die Wanddicke des Vorformlings
hindurch ist es ebenfalls bekannt, alternativ oder ergänzend zu
einer Beheizung mit Infrarotstrahlern auch eine Beheizung mit HF-Strahlung
bzw. Mikrowellenstrahlung durchzuführen.
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Aus
der US-PS 3,830,893 ist es bereits bekannt, Vorformlinge aus Nitridlpolymeren
mit Mikrowellen zu erwärmen.
Die Vorformlinge werden hierbei durch Hohlleiter mit rechteckigem
oder runden Querschnitt hindurch transportiert und dabei erwärmt. Der
gesamte Bereich des Vorfozmlingskörpers wird hierbei mit einer
homogenen Temperaturverteilung versehen. Im gesamten Hohlleiterbereich wird
eine vergleichsweise geringe elektrische Feldstärke des Mikrowellenfeldes bereitgestellt.
Derartige geringe Feldstärken
sind zur Temperierung von Nitrilpolymeren ausreichend, bei einer
Vielzahl von thermoplastischen Materialien mit schwacher Mikrowellenabsorbtion
sind derartige Verfahren und Vorrichtungen aber nicht anwendbar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend
genannten Art derart zu verbessern, daß mit geringem maschinenbaulichen Aufwand
eine qualitativ hochwertige Beheizung bei gleichzeitig hohen Durchsatzraten
unterstützt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß durch
die Mikrowellenstrahlung ein Wärmeprofil
in der Wandung des Vorformlings erzeugt wird, daß der Vorformling in mindestens
einer von einer Wandung begrenzten Heizzone beheizt wird, die lediglich
einen Teilbereich des Vorformlings aufnimmt und daß während mindestens
eines Teiles der Temperierung eine Relativbewegung zwischen dem
Vorformling und der Heizzone erzeugt wird.
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Weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der
einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß hohe Durchsatzraten
bei einfachem konstruktiven Aufbau unterstützt werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Heizzone derart dimensioniert ist, daß sie lediglich einen Teilbereich
des Vorformlings aufnimmt und daß eine Positioniereinrichtung zur
Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Vorformling und der
Heizzone benachbart zur Heizzone angeordnet ist.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
und die Vorrichtung ist es möglich,
auch im Bereich von Vorformlingen aus schwach absorbierenden Kunststoffen
ein feinabstimmbares Temperaturprofil zu generieren. Die Mikrowellen
weisen eine hohe Eindringtiefe in das Material des Vorformlings
auf, so daß eine volumetrische
Erwärmung
der Vorformlinge unterstützt
wird. Es kann hierdurch ein günstiges
radiales Temperaturprofil in der Wandung des Vorformlinges erzeugt
werden. Aufgrund einer hohen Umsetzrate der aufgewendeten Energie
in Wärmeenergie
innerhalb der Vorformlingswandung wird die Effizienz der Beheizung
wesentlich erhöht.
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Die
Effektivität
der Heizung läßt sich
weiterhin dadurch erhöhen,
daß die
Mikrowellenstrahlung in einem Teilbereich der Heizzone konzentriert
wird.
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Insbesondere
kann eine Verkürzung
der Heizdauer trotz Verwendung eines gering dimensionierten Mikrowellengenerators
dadurch erreicht werden, daß der
Vorformling im Bereich der konzentrierten Mikrowellenstrahlung angeordnet
wird.
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Ein
typisches Anwendungsgebiet wird dadurch definiert, daß der Vorformling
mit Mikrowellenstrahlung im Frequenzbereich von 0,8 bis 12 GHz temperiert
wird. Hierzu kann wahlweise ein Mikrowellengenerator mit vorbestimmter
fester Frequenz oder mit variabler Frequenz verwendet wird.
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Hinsichtlich
der maschinenbaulichen Realisierung erweist es sich als vorteilhaft,
daß der
Vorformling relativ zu einer ortsfest angeordneten Heizzone bewegt
wird.
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Gemäß einer
weiteren Erfindungsvariante ist auch daran gedacht, daß die Heizzone
relativ zum Vorformling bewegt wird.
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Die
Erzeugung eines gewünschten
Temperaturprofils wird insbesondere dadurch unterstützt, daß die Relativbewegung
zwischen dem Vorformling und der Heizzone in Richtung einer Vorformlingslängsachse
durchgeführt
wird.
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Zur
Verkürzung
der Heizzeit wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Vorformling von mehreren Heizzonen
gleichzeitig temperiert wird.
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Die
Durchführung
eines kontinuierlichen Heizprozesses wird dadurch erleichtert, daß mehrere Heizzonen
in einer Transportrichtung des Vorformlings zeitlich nacheinander
vom Vorformling durchlaufen werden.
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Die
Generierung einer vorteilhaften Feldverteilung innerhalb der Heizzone
kann dadurch unterstützt
werden, daß im
Bereich der Heizzone zwei Mikrowellen überlagert werden. Grundsätzlich kann aber
auch lediglich eine Mikrowelle verwendet werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist daran gedacht, daß mindestens
zwei Mikrowellen gleicher Frequenz überlagert werden.
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Darüber hinaus
ist es auch möglich,
daß mindestens
zwei Mikrowellen unterschiedlicher Frequenz überlagert werden. Diese Mikrowellen
unterschiedlicher Frequenz können
von einer Mehrzahl von Mikrowellengeneratoren erzeugt werden.
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Eine
Beschädigung
des Mikrowellengenerators durch Rückreflexion kann dadurch vermieden werden,
daß von
der Heizzone in Richtung auf den Mikrowellengenerator zurückreflektierte
Mikrowellenstrahlung abgeleitet wird.
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Hinsichtlich
typischer Anwendungen erweist es sich als vorteilhaft, daß durch
die Mikrowellenstrahlung ein Tempera turprofil im Material des Vorformlings
in Richtung der Vorformlingslängsachse
erzeugt wird.
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Alternativ
oder ergänzend
ist es auch möglich,
daß durch
die Mikrowellenstrahlung ein Temperaturprofil im Material des Vorformlings
in Umfangsrichtung erzeugt wird.
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Ein
besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet besteht darin, daß der temperierte
Vorformling im Anschluß an
die Beheizung mit den Mikrowellen durch einen Blasformungsprozeß in einen
Behälter umgeformt
wird.
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Eine
Optimierung des Heizvorganges kann dadurch erfolgen, daß während der
Durchführung der
Mikrowellenbeheizung eine Impedanzanpassung durchgeführt wird.
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Die Änderung
von Materialparametern als Folge der Aufheizung kann dadurch berücksichtigt werden,
daß die
Impedanzanpassung in Abhängigkeit
von einer gemessenen Dielektrizitätskonstante des Vorformlings
durchgeführt
wird.
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In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Eine
perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von
Behältern
aus Vorformlingen,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
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3 eine
Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung
zur Blasformung von Behältern,
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4 eine
modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter Heizkapazität,
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5 eine
schematische Darstellung der Kopplung eines Mikrowellengenerators
mit einer Heizzone unter Verwendung typischer Kopplungselemente,
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6 eine
gegenüber 5 abgewandelte Anordnung,
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7 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen im Bereich der Heizzone angeordneten Vorformling,
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8 einen
Längsschnitt
durch einen Vorformling, der gleichzeitig in eine Mehrzahl von Heizzonen
eingeführt
ist,
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9 eine
Darstellung einer Anordnung mit einer Mehrzahl hintereinander und
beabstandet angeordneter Heizzonen,
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10 ein
Diagramm zur Veranschaulichung mehrerer blasfähiger Temperaturprofile und
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11 eine
feldartige Anordnung einer Mehrzahl von Heizzonen zur gleichzeitigen
Beheizung einer Vielzahl von Vorformlingen.
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Der
prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen
(1) in Behälter
(2) ist in 1 und in 2 dargestellt.
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Die
Vorrichtung zur Formung des Behälters (2)
besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (3), die
mit einer Blasform (4) versehen ist, in die ein Vorformling
(1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein
spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung
eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (4)
und zur Ermöglichung
eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht
die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und
einem Bodenteil (7), das von einer Hubvorrichtung (8)
positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich
der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9)
gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine
Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es
ist aber auch möglich,
den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel
direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
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Zur
Ermöglichung
einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9)
ein Anschlußkolben
(10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft
zuführt
und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9)
vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber
auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
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Eine
Reckung des Vorformlings (1) erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel
mit Hilfe einer Reckstange (11), die von einem Zylinder
(12) positioniert wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform
wird eine mechanische Positionierung der Reckstange (11) über Kurvensegmente
durchgeführt,
die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten
ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn
eine Mehrzahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden
Blasrad angeordnet sind
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem
derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anordnung
von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder
(13) wird die Reckstange (11) zunächst vor
Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens
(14) des Vorformlings (1) gefahren. Während des
eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (13) mit
ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder
(13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder
(16) oder über
eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht,
den Sekundärzylinder
(16) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer
Führungsrolle
(17), die während
der Durchführung
des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle
Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird
vom Sekundärzylinder
(16) gegen die Führungsbahn
gedrückt.
Der Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen
(18).
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Nach
einem Schließen
der im Bereich von Trägern
(19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6)
erfolgt eine Verriegelung der Träger
(19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (20).
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Zur
Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungsabschnittes (21)
des Vorformlings (1) ist gemäß 2 die Verwendung
separater Gewindeeinsätze
(22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
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2 zeigt
zusätzlich
zum geblasenen Behälter
(2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1)
und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23).
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3 zeigt
den grundsätzlichen
Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24)
sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend
von einer Vorformlingseingabe (26) werden die Vorformlinge
(1) von Übergaberädern (27, 28, 29)
in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang
der Heizstrecke (24) sind Heizelemente (30) sowie
Gebläse
(31) angeordnet, um die Vor formlinge (1) zu temperieren.
Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1)
werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich
die Blasstationen (3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen
Behälter
(2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (32)
zugeführt.
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Um
einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2)
umformen zu können,
daß der
Behälter
(2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit
von innerhalb des Behälters
(2) abgefüllten
Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle
Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge
(1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte
Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften
erzielt werden.
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Als
thermoplastisches Material können
unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind
beispielsweise PET, PEN oder PP.
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Die
Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges
erfolgt durch Druckluftzuführung.
Die Druckluftzuführung
ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit
einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase
unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird.
Während
der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im
Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft
mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
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Aus 3 ist
ebenfalls erkennbar, daß bei der
dargestellten Ausführungsform
die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente
(33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht
und entlang von Umlenkrädern
(34) geführt
sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung
eine im wesentlichen rechteckförmige
Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden im Bereich der dem Übergaberad
(29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung
der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes
Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei
vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet.
Grundsätzlich
sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
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Zur
Ermöglichung
einer möglichst
dichten Anordnung des Übergaberades
(29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander
erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im
Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24)
drei Umlenkräder
(34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die
kleineren Umlenkräder
(36) im Bereich der Überleitung
zu den linearen Verläufen
der Heizstrecke (24) und das größere Umlenkrad (34)
im unmittelbaren Übergabebereich
zum Übergaberad
(29) und zum Eingaberad (35). Alternativ zur Verwendung
von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise
auch möglich,
ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
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Nach
einem fertigen Blasen der Behälter
(2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus
dem Bereich der Blasstationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad
(28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke
(32) transportiert.
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In
der in 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24)
können
durch die größere Anzahl von
Heizelementen (30) eine größere Menge von Vorformlingen
(1) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31)
leiten hier Kühlluft
in den Bereich von Kühlluftkanälen (39)
ein, die den zugeordneten Heizelementen (30) jeweils gegenüberliegen
und über
Ausströmöffnungen
die Kühlluft
abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungsrichtung
für die
Kühlluft
im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge
(1) realisiert.
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5 zeigt
den prinzipiellen Aufbau eines Heizelementes (30). Das
Heizelement (30) weist einen Mikrowellengenerator (41)
auf, der typischerweise als ein Magnetron ausgebildet ist. Der Mikrowellengenerator
(41) kann über
die Reihenschaltung eines Zirkulators (42) und eines Tuners
(43) an eine Heizzone (44) angekoppelt sein.
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Der
Zirkulator (42) dient zur Verhinderung einer Rückstrahlung
von Mikrowellen in den Mikrowellengenerator (41). Gegebenenfalls
von der Heizzone (44) reflektierte Mikrowellenstrahlung
wird über
den Zirkulator (42) in eine Wasserlast (45) abgeleitet
und dort absorbiert. Der Zirkulator (42) und der Tuner
(43) können
als Hohlleiter ausgebildet sein. Ebenfalls ist eine Ausbildung als
Koaxialleiter möglich.
Der Zirkulator (42) weist eine Gestaltung ähnlich zu
einem T-Stück
auf, wobei der mittlere Schenkel des T-Stückes in die Wasserlast (42)
einmündet.
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Die
Aufnahme von Mikrowellenenergie durch den Vorformling (1)
ist wesentlich von den dielektrischen Eigenschaften des Materials
des Vorformlings (1) abhängig. Diese dielektrischen
Eigenschaften sind temperaturabhängig
und verändern
sich während
der Durchführung
der Beheizung. Unter Verwendung des Tuners (43) ist es
möglich,
eine Impedanzanpassung durchzuführen
und hierdurch während
des Heizprozesses auch bei sich ändernden
dielektrischen Eigenschaften des Vorformlings (1) den Heizvorgang
zu optimieren und hierdurch sowohl den Wirkungsgrad hinsichtlich
der eingesetzten Energie zu maximieren als auch die erforderlich
Heizdauer zu minimieren.
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Die
Impedanzanpassung unter Verwendung des Tuners (43) kann
entweder gesteuert oder geregelt unter Einbeziehung einer Impedanzmessung
erfolgen. Eine Messung einer aktuellen Impedanz kann unter Verwendung
von Diodenelementen durchgeführt
werden. Eine Temperaturmessung kann unter Verwendung typischer Infrarot-Sensoren
erfolgen. Eine qualitativ hochwertige Temperaturmessung ist insbesondere
deshalb möglich,
da im wesentlichen nur der Vorformling und nicht benachbart zum
Vorformling angeordnete Bauelemente erhitzt werden und hierdurch
Streustrahlungen weitgehend vermieden werden.
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Die
Heizzone (44) ist als ein Einkoppelsystem für die Mikrowellenstrahlung
ausgebildet. Im Bereich der Heizzone (44) wird ein Mikrpwellenfeld
hoher Leistungsdichte erzeugt. Die hohe Leistungsdichte kann beispielsweise
durch eine Reduktion der Höhe
des Hohlleiters, durch dielektrische oder metallische Hilfskörper und/oder
durch eine geeignete Formgebung von Wandungen der Heizzone (44)
erfolgen. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird eine Resonatorkammer mit einer E010-Resonanz verwendet. Bei
Verwendung einer einzelnen Heizzone (44) wird eine Höhe des Hohlleiters
um 30% und bei Verwendung eines Stapels von Heizzonen (44)
wird eine Höhe
des Hohlleiters um 60% reduziert. Durch diese konstruktiven Maßnahmen
läßt sich
eine Steigerung der Leistungsdichte um den Faktor 2 bzw. um den
Faktor 9 erzielen.
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6 veranschaulicht
eine Ausführungsvariante
zur Anordnung in 5. Der Zirkulator (42)
ist hier mit einer angekoppelten Wasserlast (45) realisiert.
Zwischen dem Zirkulator (42) und dem Tuner (43)
ist eine Analyseeinheit (46) angeordnet. Durch die Heizzone
(44) hindurch erstreckt sich eine Antenne (47).
Hinter dem Tuner (43) ist ein Übergangselement (48)
zur Ermöglichung
eines Überganges
vom Hohlleiter zu einem Koaxialleiter angeordnet. Das Übergangselement
(48) ist von einem Kurzsschlußschieber (49) abgeschlossen.
Ein weiterer Anschluß der
Heizzone (44) mündet über ein
weiteres Übergangselement
(50) in einen Hohlleiter (51), der an einen Kurzschlußschieber
(52) und eine Wasserlast (53) angeschlossen ist.
Auch bei dieser Anordnung erfaßt
die Analyseeinheit (46) die Impedanz des Mikrowellensystems
und der Tuner (43) und die Kurzschlußschieber (49, 52)
passen die Impedanz des Mikrowellengenerators (41) an die
vorliegende Mikrowellenstrecke an.
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7 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Vorformling (1), der im Bereich der Heizzone
(44) angeordnet ist. Der Vorformling (1) wird
beim dargestellten Ausführungsbeispiel
sowohl um eine Vorformlingslängsachse
(54) herumbewegt, als auch in Richtung der Vorformlingsachse
(54) positioniert. Das dargestellte Ausführungsbeispiel
zeigt eine stationär angeordnete
Heizzone (44), die bereichsweise von einer Wandung (55)
umschlossen ist. Die Heizzone (44) ist kammerartig ausgebildet
und weist zwei Öffnungen
(56, 57) auf, die an eine Außendimensionierung des Vorformlings
(1) angepaßt
sind. Typischerweise weisen die Öffnungen
(56, 57) eine kreisartige Gestaltung auf und sind
mit einem Durchmesser versehen, der etwas größer als ein Außendurchmesser des
Vorformlings (1) ausgebildet ist.
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Nach
einem Einfahren des Vorformlings (1) in die Heizzone (44)
bildet sich eine innerhalb der Heizzone (44) herrschende
Feldverteilung als Temperaturprofil auf dem Vorformling (1)
ab. Durch eine Bewegung des Vorformlings (1) relativ zur
Heizzone (44), vorzugsweise mit variabel einstellbarer
Geschwindigkeit, kann ein genau justierbares Temperaturprofil entlang
der Vorformlingslängsachse
(54) erzeugt werden.
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8 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der eine Mehrzahl von Heizzonen (44) stapelartig in Richtung
der Vorformlingslängsachse
(54) hintereinander angeordnet sind. Auch bei einer derartigen
Anordnung kann entweder der Vorformling (1) relativ zu den
Heizkammern (44) oder die Heizkammern (44) relativ
zum Vorformling (1) bewegt werden.
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Die
Leistungseinbringung in den Vorformling (1) kann über verschiedene
Verfahren reguliert werden. Grundsätzlich erweist es sich als
vorteilhaft, einen Mikrowellengenerator (41) mit steuerbarer
Leistung zu verwenden. Ein weiterer Steuerparameter ist die Vorgabe
der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Vorformling (1)
und der Heizkammer (44). Bei einer variablen Geschwindigkeitsvorgabe
ist es beispielsweise möglich,
durch niedrigere Bewegungsgeschwindigkeiten lokal höhere Temperaturen
zu erzeugen. Ebenfalls ist es möglich,
den Tuner (43) dafür
zu verwenden, um durch eine Impedanzveränderung den Leistungsfluß in der
Zuführung
zu variieren. Bei einer Stapelung einer Mehrzahl von Heizkammern
(44) erfolgt die Impedanzänderung zweckmäßigerweise
in allen verwendeten Zuführungen.
Bei einer Verwendung von mehreren Heizzonen (44) neben-
oder übereinander
erfolgt eine Minimierung der hochfrequenztechnischen Kopplung der
einzelnen Heizzonen (44).
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9 zeigt
eine Anordnung, bei der eine Mehrzahl von Heizzonen (44)
in einer Transportrichtung (58) der Vorformlinge (1)
hintereinander angeordnet sind. Die einzelnen Heizzonen (44)
weisen jeweils einen Abstand relativ zu einander auf. Die Vorformling
(1) werden bei dieser Ausführungsform mit ihren Vorformlingslängsachsen
(54) in Transportrichtung (58) bewegt. Eine Anordnung
der Vorformlinge (1) kann auf Transportelementen (59)
erfolgen. Auch bei dieser Ausführungsform
wird eine Relativbewegung zwischen den Vorformlingen (1)
und den Heizzonen (44) durch die Transportgeschwindigkeit
der Vorformlinge (1) und/oder eine Bewegung der Heizzonen
(44) generiert. Insbesondere ist daran gedacht, die Heizzonen
(44) voneinander unabhängig zu
bewegen.
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10 zeigt
eine Zusammenstellung von blasfähigen
Temperaturprofilen. Der Verlauf (60) zeigt die Temperaturverteilung über die
Produktlänge für den geblasenen
Behälter
(2), der Verlauf (61) die entsprechende Temperaturverteilung
nach der Durchführung
der Mikrowellenbeheizung für
den Vorformling (1) und der Verlauf (62) die hierzu
korrespondierende Temperaturverteilung bei Verwendung einer konventionellen
Infrarotheizung statt der erfindungsgemäßen Mikrowellenbeheizung. Es
ist insbesondere zu erkennen, daß durch die Mikrowellenbeheizung
eine unerwünschte
Temperierung des Mündungsbereiches
des Vorformlings im Längenbereich von
0 bis 20 mm deutlich vermindert werden kann.
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11 zeigt
eine feldartige Anordnung einer Vielzahl von Heizzonen (44),
um eine parallele Beheizung einer Vielzahl von Vorformlingen (1)
zu ermöglichen.
Hierdurch wird die Temperierung einer sehr hohen Anzahl von Vorformlingen
je Zeiteinheit unterstützt.
Durch die erfindungsgemäßen Heizelemente
(30) ist es insbesondere möglich, innerhalb der Heizzone
(44) eine lokale Konzentrierung der Mikrowellen hervorzurufen.
Es ist hierdurch möglich, die
entsprechende Konzentration der Mikrowellen gerade in demjenigen
Bereich eines Innenraumes der Heizzone (44) vorzunehmen,
in dem der Vorformling (1) angeordnet ist. Durch diese
Konzentration ist es möglich,
die resultierende Heizzeit zu minimieren, ohne extrem leistungsstarke
Mikrowellengeneratoren (41) zu verwenden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können zur
Temperierung der Vorformlinge (1) sowohl IR-Strahler als
auch Mikrowellen verwendet werden. Besonders bevorzugt ist eine
Beheizung eines der Mündung
des Vorformlings (1) gegenüberliegenden Bodenbereiches
mit IR-Strahlung, um auch hier genügend Wärmeenergie anzubringen.