DE102007022386A1 - Heating plastic preforms used in e.g. bottle manufacture, employs annular microwave resonator around region to be heated - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 29 sowie eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 59.The The invention relates to a method according to the preamble of the claim 1, a device according to the preamble of claim 29 and An arrangement according to the preamble of claim 59.
Bei der Herstellung von Kunststoffhohlkörpern wird oftmals ein Verfahren verwendet, bei dem Vorformlinge zuerst erwärmt, und dann verformt werden. Ein besonderes Einsatzgebiet dieser Technik ist z. B. die Herstellung von Lebensmittelbehältern, insbesondere Kunststoffflaschen, die aus Vorformlingen hergestellt werden. Diese Vorformlinge werden dazu erwärmt und anschließend zu Behältern ausgeformt. Der Erwärmungsvorgang wird meist mit Infrarotstrahlung oder naher Infrarotstrahlung vollzogen. Ein Nachteil dieser Erwärmungsvorrichtungen mit Infrarot ist der, dass der Wirkungsgrad der Erwärmungsvorgänge mit ca. 20% nur sehr gering ist.at The production of plastic hollow bodies often becomes a process used in which preforms are first heated, and then deformed. A particular application of this technique is z. B. the production of food containers, in particular plastic bottles made from preforms become. These preforms are heated to and then to containers formed. The heating process is usually done with infrared or near infrared radiation. A disadvantage of these heating devices with infrared is that of the efficiency of heating operations with about 20% is very low.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung bzw. eine Anordnung zu schaffen, mit der es auf energiesparende Weise möglich ist, Kunststoffvorformlinge zu erwärmen.It is therefore an object of the invention, a method, a device or to create an arrangement with which it is energy-saving Way possible is to heat plastic preforms.
Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung durch der Merkmale des Anspruchs 29 und die Aufgabe bezüglich der Anordnung durch die Merkmale des Anspruchs 59.The Task regarding of the procedure is solved by the features of claim 1, the task with respect to Device by the features of claim 29 and the task in terms of the arrangement by the features of claim 59.
Das Verfahren dient zur Erwärmung von Vorformlingen, wobei unter Vorformlingen hauptsächlich aus Kunststoff bestehende Körper zu verstehen sind, die nach der Erwärmung umgeformt, insbesondere geblasen bzw. streckgeblasen werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um Kunststoffvorformlinge, aus denen Behälter für die Lebensmittelindustrie, insbesondere Flaschen für die Getränkeindustrie hergestellt werden. Meist handelt es sich bei dem Kunststoff um einen thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise um PET. Einsetzbar sind aber auch andere Materialien, wie z.B. PET-Derivate/Copolyester, andere Polyester, Polyamide, Polyacryle, Polykarbonate, Poyvinyle (wie PVC; EVOH; PVA) oder Polyolefine. Hauptaugenmerk bei der Auswahl von Kunststoffen muss dabei auf eine gute Anregbarkeit gelegt werden. Ein Maß für eine solche gute Anregbarkeit ist ein hoher dielektrischer Verlustfaktor. Das heißt, es sind auch Kunststoffe erwärmbar, die zwar selbst keinen hohen dielektrischen Verlustfaktor haben, aber durch Zugabe von Additiven oder gezielten Veränderungen am Kunststoff einen solchen erhalten.The Process is used for heating of preforms, among preforms mainly from Plastic existing body to be understood, which formed after heating, in particular blown or stretch blown. Preferably, these are Plastic preforms making up containers for the food industry, especially bottles for the beverage industry getting produced. Mostly the plastic is um a thermoplastic, preferably PET. usable but are also other materials, such. PET derivatives / copolyesters, others Polyesters, polyamides, polyacrylics, polycarbonates, polyvinyls (such as PVC; EVOH; PVA) or polyolefins. Main focus in the selection of plastics must be placed on a good excitability. A measure of such good excitability is a high dielectric loss factor. The is called, it is also possible to heat plastics which do not have a high dielectric loss factor themselves, but by adding additives or targeted changes obtained on the plastic such.
Diese Kunststoffvorformlinge bestehen aus einem Mündungseinem Rumpf- sowie einem Bodenbereich, wobei der Mündungsbereich vorzugsweise ein Gewinde sowie eine oder mehrere Wulste aufweist, wobei zumindest eine Wulst vorzugsweise als Tragring ausgebildet ist. In den meisten Fällen ist es nicht erwünscht, dass der obere Teil des Vorformlings, also der Mündungsbereich, mit erwärmt wird, da dieser Bereich schließlich nicht umgeformt werden soll. Zu verformende Vorformlinge sind daher oft in verschieden Bereiche aufgeteilt, die entweder gar nicht oder nur wenig erwärmt werden sollen. Ein wenig bzw. nicht zu erwärmender Bereich kann aber auch einer sein, der sehr dünn ist und daher nicht viel verformt werden braucht.These Plastic preforms consist of a mouth as well as a hull Ground area, the mouth area preferably has a thread and one or more beads, wherein at least one bead is preferably formed as a support ring is. In most cases it is not desirable that the upper part of the preform, so the mouth area is heated with, since this area finally should not be reshaped. To be deformed preforms are therefore often divided into different areas, either not at all or only a little heated should be. A little or not to be heated area but can also to be one who is very thin is and therefore does not need much deformation.
Es versteht sich von selbst, dass die zu erwärmenden Bereiche der Vorformlinge mit der neuen Erwärmungsmethode wie bisher komplett in einem Schritt erwärmt werden können, wobei eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin besteht, dass die zu erwärmende Bereiche der Vorformlinge schrittweise bzw. abschnittsweise erwärmt werden. Schrittweise bedeutet dabei, dass der zu erwärmende Bereich der Vorformlinge zeitlich nacheinander Schritt für Schritt erwärmt wird. Der Vorformling ist dabei in mehrere Teilbereiche – vorzugsweise 3 bis 9 – unterteilt, die aufeinanderfolgend erwärmt werden.It It goes without saying that the areas of the preforms to be heated with the new heating method as previously can be heated completely in one step, where a preferred embodiment of the invention is that the to be heated Areas of the preforms are heated gradually or in sections. gradually means that the to be heated Area of the preforms in chronological succession step by step heated becomes. The preform is in several sub-areas - preferably 3 to 9 - divided, which heats in succession become.
Unter einer Abschnittsweisen Erwärmung wird verstanden, dass zwar der zu erwärmende Bereich gleichzeitig erwärmt wird, jedoch bezüglich eines Höhen- oder Dickenprofils unterschiedlich. Außerdem kann mit einer abschnittsweisen Erwärmung auch eine bezüglich des Umfangs der Vorformlinge unterschiedliche Erwärmung verstanden werden. Durch eine umfänglich unterschiedliche Erwärmung ist es möglich, verschiedene Formen von Behältern, wie z. B. ovale oder andere Konturbehälter leichter zu erzeugen.Under a sectionwise warming becomes understood that although the to be heated Heated area at the same time will, however, regarding a height or thickness profiles different. Moreover, with a sectionwise Warming too a respect understood the extent of the preforms different heating become. By a circumferential different warming is it is possible different forms of containers, like z. B. oval or other contour container easier to produce.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Erwärmung der Vorformlinge in einem Resonator vorgenommen. Unter einem Resonator ist ein Bauteil zu verstehen, in das elektromagnetische Strahlung eingeleitet wird und in dem diese die Strahlung durch ständige Reflexion für eine bestimmte Zeitdauer gehalten wird. Es wird angestrebt, in dem Resonator ein geeignetes Mikrowellenfeld mit geeigneter Feldstärkenverteilung zu erzeugen. Die Feldstärkeverteilung hängt dabei von der Resonatorgeometrie und den anderen Komponenten (z.B. Mikrowellenkompaktkopf) ab. Geeignet bedeutet, dass sie für eine isotrope Ermwärmung möglichst gleich ist, während für eine anisotrope Erwärmung eine ungleichförmige Feldstärkenverteilung angestrebt wird. Zur Erreichung einer optimalen Feldstärkenverteilung ist es auch möglich, mehrere Mikrowellen zu überlagern, wobei die Mikrowellen sowohl die gleiche, als auch unterschiedliche Frequenzen haben können.According to one preferred embodiment of the invention, the heating of the Preforms made in a resonator. Under a resonator is a component to understand in the electromagnetic radiation is initiated and in which this the radiation by constant reflection for one certain period of time is held. It is desirable in the resonator a suitable microwave field with suitable field strength distribution to create. The field strength distribution depends on it the resonator geometry and the other components (e.g., microwave compact head) from. Suitable means that they are as possible for an isotropic warm-up is the same while for one anisotropic warming a non-uniform Field intensity distribution is sought. To achieve an optimal field strength distribution it is also possible to superimpose several microwaves, where the microwaves are the same as well as different Frequencies may have.
Der Resonator ist so ausgestaltet, dass die Resonatorhöhe und damit auch die Ausdehnung des Mikrowellenfeldes vorzugsweise nur einem Teil der Höhe der zu erwärmenden Vorformlinge entspricht. Vorzugsweise beträgt die Höhe 0,01 cm bis 20 cm, besonders bevorzugt 0,5 cm bis 1 cm. Des weiteren ist der Resonator ein offenes, ring- bzw. scheibenförmiges System, in das die Vorformlinge eingeführt werden können. Dazu weist er eine vorzugsweise runde Öffnung auf, deren Durchmesser in etwa dem 1,1 bis 2-fachen Durchmesser des Vorformlings entspricht und somit den Vorformling zumindest bezüglich seiner Höhe Abschnittsweise vollumfänglich umgibt. Auf diese Weise kann der Vorformling in den Resonator hinein und aus diesem heraus bewegt werden. Die Resonatorbreite beträgt zwischen 1 cm und 15 cm, bevorzugt ca. 4 cm.The resonator is designed such that the resonator height and thus also the extent of the microwave field preferably only a part of the Height of the preforms to be heated corresponds. Preferably, the height is 0.01 cm to 20 cm, more preferably 0.5 cm to 1 cm. Furthermore, the resonator is an open, annular or disc-shaped system into which the preforms can be introduced. For this purpose, it has a preferably round opening, the diameter of which corresponds approximately to 1.1 to 2 times the diameter of the preform and thus surrounds the preform in sections, at least in its entirety, at least in terms of its height. In this way, the preform can be moved into and out of the resonator. The resonator width is between 1 cm and 15 cm, preferably about 4 cm.
Die Öffnung des Resonators ist dabei so gewählt, dass der Durchmesser kleiner ist als die Wellenlänge der den Vorformling zu erwärmenden Strahlung, um einen Austritt der Strahlung aus dem Resonator zu vermeiden. Durch eine solche geometrische Konfiguration des Resonators ist es möglich, eine mikrowellenbasierte Erwärmungsvorrichtung für Vorformlinge zu bauen, die keine sehr strengen Abschirmanforderungen erfüllen muss. Je nach Geometrie des Resonators können ober- und/oder unterhalb desselben Schutzvorrichtungen angebracht werden, die das Ausdringen von Leckstrahlung verhindern. Bevorzugte Schutzvorrichtungen sind Hohlzylinder, deren Geometrie an die Resonatorgeometrie, die Wellenlänge usw. angepasst ist.The opening of the Resonator is chosen so that the diameter is smaller than the wavelength of the preform too heated Radiation to exit the radiation from the resonator avoid. By such a geometric configuration of the resonator Is it possible, a microwave-based heating device for preforms which does not have to meet very stringent screening requirements. Depending on the geometry of the resonator can above and / or below the same protection devices be attached, which prevent the leakage of leakage radiation. preferred Protective devices are hollow cylinders whose geometry corresponds to the resonator geometry, the wavelength etc. is adjusted.
Die Öffnung des Resonators ist vorzugsweise so angebracht, dass der Vorformling in Richtung seiner Längsachse in bzw. durch den Resonator bewegt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass der Resonator eine Öffnung aufweist, die ein hineinbewegen des Vorformlings in den Resonator quer zu seiner Längsachse ermöglicht.The opening of the Resonator is preferably mounted so that the preform in the direction of its longitudinal axis is moved in or through the resonator. However, it is also possible that the resonator has an opening comprising moving the preform into the resonator transverse to its longitudinal axis allows.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedem Vorformling in der Erwärmungseinrichtung ein Resonator zugeordnet. Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Vorformlinge entlang einer Bahn transportiert werden, wie sie auch im Stand der Technik heute häufig zu finden ist, nämlich entlang zweier Geraden, die jeweils an deren Enden durch Umlenkbereiche miteinander verbunden sind.According to one preferred embodiment of the invention is each preform in the heating device associated with a resonator. An embodiment of the invention is in that the preforms are transported along a path, such as It is also commonly found in the art today, namely along two straight lines, each at their ends by deflection connected to each other.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht jedoch darin, dass die Resonatoren im Kreis um eine feste Maschinenachse umlaufen. Die Vorformlinge beschreiben also bezüglich einer Ebene senkrecht zur Maschinenachse eine Kreisbahn. Diese Variante hat den Vorteil, dass sehr hohe Maschinengeschwindigkeiten realisiert werden können. Vorzugsweise weist diese Erwärmungseinrichtung 10 bis 80 Resonatoren auf, besonders bevorzugt 20 bis 40 Resonatoren.A However, a particularly preferred embodiment of the invention is in that the resonators are in a circle around a fixed machine axis circulate. The preforms thus describe vertically with respect to a plane to the machine axis a circular path. This variant has the advantage that very high machine speeds can be realized. Preferably has this heating device 10 to 80 resonators, particularly preferably 20 to 40 resonators.
Die Erwärmung der zu erwärmenden Bereiche findet vorzugsweise so statt, dass der Vorformling in einer Richtung seiner Längsachse und ausschließend in entgegengesetzter Richtung durch den Resonator bewegt wird. Es ist aber auch denkbar, dass die Vorformlinge nicht nur ein oder zweimal, sondern mehrmals durch den Resonator hindurchbewegt werden. Dabei ist eine geradzahlige Bewegung, wie z. B. eine zweifache, vierfache oder sechsfache Bewegung durch den Resonator besonders sinnvoll.The warming the to be heated Areas preferably take place such that the preform in a Direction of its longitudinal axis and excluding is moved in the opposite direction through the resonator. It But it is also conceivable that the preforms not only one or twice, but several times are moved through the resonator. It is an even movement, such. B. a double, quadruple or sixfold movement through the resonator especially meaningful.
Zur Erwärmung der Vorformlinge ist es aber auch möglich, eine Resonatorkavität zu verwenden, in die der zu erwärmende Bereich der Vorformlinge komplett eingeführt wird. So kann der Prozess der Erwärmung ohne Bewegung der Vorformlinge bezüglich ihrer Längsachse vonstatten gehen, indem nämlich die Vorformlinge z.B. radial in die Kavität eingeführt werden. Eine vertikale Ein- bzw. Ausfuhr der Vorformlinge in/aus der Kavität ist jedoch auch denkbar.to warming However, the preforms it is also possible to use a Resonatorkavität, in the one to be heated Area of preforms is completely introduced. That's the way the process works the warming without movement of the preforms with respect to their longitudinal axis to go by, namely the preforms e.g. be introduced radially into the cavity. A vertical one Import or export of the preforms in / out of the cavity, however also conceivable.
Anstatt der Verwendung einer Kavität, kann auch ein Resonatorenstapel herangezogen werden, bei dem eine unterschiedliche Anzahl von Resonatoren übereinandergestapelt wird, um somit eine „Kavität" zu erzeugen, in die ein Vorformling bezüglich seiner Länge nahezu oder ganz eingebracht werden kann.Instead of the use of a cavity, can also be used a resonator stack, in which a different number of resonators is stacked on top of each other, thus to create a "cavity", in which are a preform his length can be introduced almost or completely.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die Temperatur des Vorformlings vor und/oder während und/oder nach dem Erwärmen mindestens einmal gemessen wird. Dadurch erhält das Verfahren den Vorteil, dass eine besonders genaue Temperaturregelung bzw. Temperaturprofilierung des Vorformlings möglich ist, wobei es unerheblich ist, ob die Temperatur von innen und/oder von außen gemessen wird. Die Messung erfolgt mittels eines geeigneten Sensors, wie z.B. eines Pyrometers oder eines glasfaseroptischen Sensors, wobei letzterer den Vorteil hat, dass er durch Mikrowellen nicht beeinflusst wird und dass die Mikrowellen durch den Sensor nicht beeinflusst werden. Der Pyrometer jedoch hat den Vorteil, dass er sehr schnell und berührungslos arbeitet.A A particularly preferred development of the method is that the temperature of the preform before and / or during and / or after heating is measured at least once. This gives the method the advantage that a particularly accurate temperature control or temperature profiling of the preform possible is, it does not matter if the temperature from the inside and / or from the outside is measured. The measurement is carried out by means of a suitable sensor, such as. a pyrometer or a fiber optic sensor, the latter having the advantage that it is not due to microwaves is affected and that the microwaves are not through the sensor to be influenced. The pyrometer, however, has the advantage that it is very fast and non-contact is working.
Die gemessenen Temperaturwerte werden vorzugsweise an eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung weitergegeben, damit eine möglichst genaue Temperierung der Vorformlinge erfolgen kann, wobei eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin besteht, dass bei einer mehrfachen Durchführung der Vorformlinge durch den Resonator die Temperatur nach dem ersten Hindurchführen gemessen wird, so dass bei einem zweiten Hindurchbewegen des Vorformlings bereits eine Anpassung des Erwärmungsvorgangs vorgenommen werden kann. Auf diese Weise ist es zum Einen möglich ein sehr genaues Temperaturprofil zu erzeugen, zum Anderen kann auf äußere Umstände wie z. B. die Feuchtigkeit der Vorformlinge besonders gut eingegangen werden.The measured temperature values are preferably forwarded to a control and regulating device so that the preforms can be conditioned as precisely as possible, with a particularly preferred development of the invention being that, when the preforms are passed through the resonator repeatedly, the temperature is measured after the first passage is, so that in a second pass through the preform already an adjustment of the heating process can be made. In this way, it is possible to produce a very accurate temperature profile, on the one hand, to the other can be based on external circumstances such. B. the moisture of the preforms are particularly well received.
Als Regelgröße für den gesamten Vorgang kann nicht nur die Temperatur des Vorformlings, sondern auch die reflektierte Leistung der Mikrowelle verwendet werden.When Controlled variable for the whole Process can not only the temperature of the preform, but Also, the reflected power of the microwave can be used.
Eine besondere Ausgestaltung des Erwärmungsverfahrens inklusive der Temperaturmessung besteht darin, dass der Vorformling in einem ersten Schritt in Richtung seiner Längsachse durch den Resonator bewegt wird, dass in einem zweiten Schritt die Temperatur der Vorformlinge gemessen wird noch während sie sich im Einflussbereich des Mikrowellenfeldes befinden, dass das Ist-Temperaturprofil der Vorformlinge mit einem Soll-Temperaturprofil in einem dritten Schritt verglichen wird und dass die Mikrowellenleistung/die Feldstärkenverteilung im Resonator in einem vierten Schritt sofort angepasst wird, so dass die Vorformlinge während der weiteren Bewegung durch den Einflussbereich des Mikrowellenfeldes bereits mit einer angepassten Strahlungsleistung beaufschlagt werden. Der Vorteil dieser Verfahrensvariante besteht darin, dass eine sehr schnelle Reaktion auf äußere Umstände, wie z. B. den Feuchtigkeitsgehalt des Vorformlings, möglich ist. Dadurch kann die minimale Zeit für die Erwärmung verwendet werden und es müssen u.U. weniger Ein- bzw. Ausfahrzyklen durch den Resonator durchgeführt werden.A special embodiment of the heating process including the temperature measurement is that the preform in a first step in the direction of its longitudinal axis through the resonator is moved, that in a second step, the temperature of the preforms is still measured during they are in the sphere of influence of the microwave field that the actual temperature profile of the preforms with a desired temperature profile in a third step and that the microwave power / the Field intensity distribution is adjusted immediately in the resonator in a fourth step, so that the preforms during the further movement through the sphere of influence of the microwave field already be subjected to an adapted radiation power. The advantage of this process variant is that a very quick response to external circumstances, like z. As the moisture content of the preform is possible. This can be the minimum time for the warming be used and it must u.U. less entry or exit cycles are performed by the resonator.
Eine weitere Verfahrensvariante zur Erwärmung besteht darin, dass in einem ersten Schritt der Vorformling in Richtung seiner Längsachse durch den Resonator bewegt wird, dass in eine zweiten Schritt die Bewegung des Vorformlings in Richtung seiner Längsachse stillgesetzt wird, dass in einem dritten Schritt die Ermittlung eines Temperaturprofils des Vorformlings mittels höhenbeweglicher Temperatursensoren erfolgt, dass in einem weiteren Schritt das Ist-Temperaturprofil des Vorformlings mit einem Soll-Temperaturprofil verglichen wird, dass in einem vorletzten Schritt der Resonator bezüglich seiner Strahlungsleistung/Feldstärkenverteilung angepasst wird und dass in einem letzten Schritt der Vorformling in entgegengesetzter Richtung durch den angepassten Resonator bewegt wird. Diese Verfahrensvariante hat unter anderem den Vorteil, dass dem Vorformling vor der Temperaturmessung eine Ausgleichszeit bleibt, in der sich die eingebrachte Wärme besser verteilen kann. Dadurch erhält man genauere Werte bezüglich des gewünschten Temperaturprofils des Vorformlings.A Another variant of the method for heating is that in a first step of the preform in the direction of its longitudinal axis moved through the resonator, that in a second step the Movement of the preform is stopped in the direction of its longitudinal axis, that in a third step, the determination of a temperature profile of the Preform by means of height-adjustable Temperature sensors takes place, that in a further step, the actual temperature profile of the preform with a desired temperature profile is compared that in a penultimate step, the resonator in terms of its radiation power / field strength distribution is adjusted and that in a final step the preform in opposite direction moves through the matched resonator becomes. This variant of the method has, inter alia, the advantage that the compensator remains in the preform before the temperature measurement, in which the introduced heat can distribute better. This gives more accurate values regarding the desired Temperature profile of the preform.
Es ist selbstverständlich auch möglich, Vorformlinge zu erwärmen, das erreichte Temperaturprofil am Ende des Erwärmungsvorgangs zu bestimmen und daraus die Einstellungen für die nächsten Erwärmungsvorgänge der Vorformlinge zu bestimmen. Diese Variante hat den Vorteil, dass keine leistungsfähigen bzw. sehr schnellen Regelalgorithmen bzw. Regelstrukturen benötigt werden.It is self-evident also possible, To heat preforms To determine the temperature profile achieved at the end of the heating process and from that the settings for the next heating operations of the To determine preforms. This variant has the advantage that no powerful or very fast control algorithms or control structures are needed.
Eine weitere mögliche Erwärmung besteht darin, dass die Vorformlinge bei ausgeschalteter Mikrowelle in den Resonator eingefahren und bei eingeschalteter Mikrowelle aus dem Resonator herausgefahren werden. Dadurch lassen sich einfache (nicht sehr stark profilierte Erwärmungsvorgänge) energiesparend und schnell bewerkstelligen.A more possible warming is that the preforms with the microwave off retracted into the resonator and with the microwave switched on be moved out of the resonator. This can be simple (Not very strongly profiled heating processes) energy-saving and fast accomplish.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Vorformlinge während der Erwärmung um ihre eigene Längsachse gedreht. Die Drehung kann zum Einen gleichmäßig erfolgen, was – bei gleichmäßiger Feldstärkenverteilung – zu einem gleichmäßigen Temperaturprofil bezüglich des Umfangs führt, sie kann zum Anderen aber auch ungleichmäßig erfolgen, was dann zu einer Temperaturprofilierung bezüglich des Umfangs der Vorformlinge führt. Die zweite Verfahrensvariante kann z. B. bei der Herstellung von Formbehältern, wie z. B. ovalen Behälter, eingesetzt werden.According to one Particularly preferred embodiment of the invention, the preforms during the warming turned around its own longitudinal axis. The rotation can be done evenly, which - with a uniform field strength distribution - to a uniform temperature profile in terms of of the circumference, On the other hand, it can also be uneven, which then becomes one Temperature profiling with respect to the scope of the preforms leads. The second variant of the method may, for. B. in the production of Molded containers, such as z. B. oval container, be used.
Die Herstellung von Formbehältern kann dadurch unterstützt werden, dass im Resonator oder in der Kavität eine anisotrope Feldstärkenverteilung generiert wird, wodurch eine differenzierte Erwärmung auch dann erfolgt, wenn die Vorformlinge nicht gedreht bzw. bewegt werden. Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung unterschiedlicher Temperaturbereiche in Vorformlingen ist die der unterschiedlichen Verweildauer im Mikrowellenfeld.The Production of molded containers can be supported be that in the resonator or in the cavity an anisotropic field strength distribution is generated, whereby a differentiated heating takes place even if the preforms are not rotated or moved. Another Possibility of Generation of different temperature ranges in preforms is that of the different residence time in the microwave field.
Erfindungsgemäß weist eine Mikrowellenerwärmungseinheit mindestens einen Mikrowellenerzeuger, einen Mikrowellenleiter sowie einen Resonator auf. Der Mikrowellenerzeuger kann z.B. ein Magnetron, ein Klystron oder ein Gyrotron sein, wobei die Erzeugung der Wellen auf beliebige Art und Weise erfolgen kann. Die Mikrowellenleiter sind vorzugsweise Hohlleiter, wobei runde bzw. rechteckige Querschnitte besonders zu bevorzugen sind. Eine Verwendung von Koaxialleitern ist nicht auszuschließen.According to the invention a microwave heating unit at least one microwave generator, a microwave conductor as well a resonator on. The microwave generator may e.g. a magnetron, be a klystron or a gyrotron, generating the waves can be done in any way. The microwave conductor are preferably waveguides, with round or rectangular cross-sections especially to be preferred. A use of coaxial conductors can not be ruled out.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung befindet sich der Mikrowellenerzeuger in einem Mikrowellenkompaktkopf, wobei dieser weiterhin mindestens eine Wasserlast, einen Zirkulator, einen Mikrowellenleiter sowie einen Heiztransformator und Anschlussleitungen für den Mikrowellenerzeuger und den Heiztransformator umfasst. Die Wasserlast in dem Mikrowellenkompaktkopf wird benötigt, um überschüssige Mikrowellenenergie absorbieren und unschädlich machen zu können. Bei dieser Wasserlast handelt es sich vorzugsweise um einen mit Wasser gefüllten Silikon- oder Kunststoffschlauch, wobei das Wasser in einem Kreislauf umläuft, um ständig genug Restenergie aufnehmen zu können.According to a preferred embodiment of the invention, the microwave generator is located in a microwave compact head, which further comprises at least one water load, a circulator, a microwave conductor and a heating transformer and connecting lines for the microwave generator and the heating transformer. The water load in the microwave compact head is needed to absorb excess microwave energy and render it harmless. This water load is preferably a silicone or plastic tube filled with water, with the water circulating in a continuous manner to be able to absorb enough residual energy.
Des weiteren ist in Zirkulator vorhanden, der vorzugsweise aus drei gekreuzten Koaxialleitern besteht, und dessen Aufgabe es ist, Mikrowellen in den Kompaktkopf jeweils in die richtige Richtung zu leiten. Der Zirkulator ist unter anderem deshalb notwendig, da Mikrowellen, die vom Ort ihrer Erzeugung zum Resonator und wieder zurückgeleitet werden, nicht wieder ins Magnetron zurückfließen dürfen, da sonst eine Zerstörung desselben droht. In diesem Fall muss also eine Weiterleitung in die Wasserlast durchgeführt werden. Dazu sind im Zirkulator Ferrite integriert, die die Mikrowellen jeweils zum richtigen Ausgang weiterleiten.Of another is present in the circulator, which preferably consists of three crossed coaxial conductors, and whose job it is microwaves into the compact head in the right direction. Of the Circulator is necessary because microwaves, from the place of their generation to the resonator and back again will not be allowed to flow back into the magnetron, otherwise it will be destroyed threatening. In this case, a transfer to the water load must therefore be carried out. For this purpose, ferrites integrated in the circulator, which are the microwaves each forward to the correct output.
Vorzugsweise ist weiterhin ein Mikrowellentuner vorhanden, der das Einstellen der Leistung im Resonator ermöglicht. Dabei ist der Einsatz eines manuellen Tuners genauso möglich, wie eines Automatischen.Preferably is still a microwave tuner available, the setting the power in the resonator allows. The use of a manual tuner is just as possible as an automatic.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine Erwärmungsofen für Vorformlinge einen zentralen Mikrowellengenerator auf, der die erzeugten Mikrowellen an die jeweiligen Resonatoren weiterleitet. Diese Lösung hat den Vorteil, dass die zur Verfügung zu stellende Technik, wie z.B. der Mikrowellenerzeuger, nur einmal benötigt wird.According to one embodiment The invention has a heating oven for preforms a central microwave generator, which generates the generated microwaves to the respective resonators. This solution has the advantage that the available technique, e.g. the microwave generator, only once needed becomes.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht mehrere Mikrowellenerzeuger vor, die jeweils einige Resonatoren mit Mikrowellen bedienen. So ist es z.B. möglich, dass vier Mikrowellenerzeuger für die Resonatoren zur Verfügung stehen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass bei einem Ausfall eines Mikrowellenerzeugers trotzdem mindestens dreiviertel der Erwärmungsstrecke weiter betrieben werden kann. Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Weiterbildung der Erfindung weist jeder Resonator einen eigenen Mikrowellenkompaktkopf mit Mikrowellenerzeuger auf. Durch diese Ausprägung gelingt es, jedem Vorformling eine möglichst individuelle Behandlung zukommen zu lassen.A Another embodiment of the invention provides several microwave generators each serving some resonators with microwaves. So it is e.g. possible, that four microwave generators for the Resonators available stand. This solution has the advantage that in case of failure of a microwave generator nevertheless, at least three quarters of the heating section continues to operate can be. According to one Particularly preferred development of the invention, everyone Resonator its own microwave compact head with microwave generator on. By this expression manages to give each preform a treatment that is as individual as possible to send.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass sich die Resonatoren mit deren zugeordneten Mikrowellenerzeugern auf einem Karussell befinden, das sich um eine zentrale Achse dreht. Diese Karussellanordnung hat den Vorteil, dass sehr hohe Maschinenleistungen und dadurch Vorformlingsaustragsleistungen realisiert werden können.A further advantageous embodiment of the invention is that the resonators with their associated microwave generators on a carousel turning around a central axis. This carousel arrangement has the advantage that very high engine power and thereby preform discharge services can be realized.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Resonatoren an Trägern befestigt sind, die keine Kreisbahn beschreiben, sondern eine zumindest teilweise geradlinige Bahn, wie z.B. in Linearöfen. Dazu ist es denkbar, die Resonatoren an Trägern zu befestigen und diese mit Hilfe einer Kette entlang einer Linie zu bewegen.It However, it is also conceivable that the resonators attached to straps are those that do not describe a circular path, but at least partially rectilinear Web, e.g. in linear ovens. For this purpose, it is conceivable to attach the resonators to carriers and these using a chain to move along a line.
Die Leistung des mindestens einen Mikrowellengenerators liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1 kW und 10 kW, wobei besonders gute Ergebnisse mit einer Generatorleistung von 2 kW bis 3 kW erzielt werden.The Power of the at least one microwave generator is preferably in the range between 1 kW and 10 kW, with particularly good results be achieved with a generator power of 2 kW to 3 kW.
Der Frequenzbereich der für die Erwärmung zu verwendenden Mikrowellen liegt zwischen 300 MHz und 300 GHz, wobei besonders bevorzugte Frequenzbereiche bei 915 MHz, 2,45 GHz und 5,8 GHz liegen.Of the Frequency range of for the warming too used microwaves is between 300 MHz and 300 GHz, wherein particularly preferred frequency ranges at 915 MHz, 2.45 GHz and 5.8 GHz are.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist jeder Resonator eine Aufnahmeeinheit für Vorformlinge auf. Diese Aufnahmeeinheit kann vorzugsweise gedreht werden, so dass sich der Vorformling um seine eigene Achse bewegt. Eine Bewegung entlang der Längsachse des Vorformlings ist jedoch auch nötig, um ihn in bzw. aus dem Resonator zu bewegen. Vorzugsweise weist eine Bewegungseinheit einen kombinierten Hub-/Senk-/Drehantrieb auf. Die Bewegungen der Vorformlinge zum bzw. im Resonator finden zwar vorzugsweise in Richtung der bzw. um die Längsachse der Vorformlinge statt, jedoch ist eine Bewegung um andere Achsen auch möglich. So ist es z.B. denkbar, dass der Vorformling nicht um seine Längsachse gedreht wird, sondern dass der Vorformling um eine Achse durch den Resonator eine oszillierende Bewegung durchführt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine beliebigere Wärmeverteilung im Vorformling durch die Mikrowellen erfolgt.According to one advantageous development of the invention, each resonator a recording unit for On preforms. This receiving unit can preferably be rotated so that the preform moves around its own axis. A movement along the longitudinal axis However, the preform is also necessary to him in or out of the Resonator to move. Preferably, a moving unit has one combined lifting / lowering / rotary drive on. The movements of the preforms Although to find or in the resonator preferably in the direction of or around the longitudinal axis The preforms take place, however, is a movement about other axes also possible. So it is e.g. conceivable that the preform is not around its longitudinal axis is rotated, but that the preform about an axis through the Resonator performs an oscillating motion. This embodiment has the advantage that a more arbitrary heat distribution in the preform through the microwaves.
Alternativ kann aber auch der Resonator relativ zum Vorformling bewegt werden.alternative but also the resonator can be moved relative to the preform.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass jedem Vorformling eine Mikrowellenerwärmungseinheit zugeordnet ist. Andere Anordnungen bei denen weniger Erwärmungseinheiten vorhanden sind als Vorformlinge in der Vorrichtung Platz finden, sind auch denkbar.A particularly preferred embodiment is that each preform a microwave heating unit assigned. Other arrangements where less heating units are available as preforms to find space in the device are also possible.
Um die Kapazität einer solchen Erwärmungsvorrichtung zu erhöhen, ist es auch vorstellbar, dass sich mehrere Erwärmungsebenen übereinander befinden. Diese Erwärmungsebenen können entweder unabhängig voneinander beschickt werden, es ist aber auch ein Durchlauf denkbar, bei dem die Vorformlinge in einer Ebene in die Vorrichtung eingebracht werden, während sie in der anderen Ebene aus der Vorrichtung herausgeführt werden.Around the capacity such a heating device to increase, It is also conceivable that several heating levels above each other are located. These levels of warming can either independently be loaded from each other, but it is also a run conceivable in which the preforms are introduced into the device in one plane be while they are led out of the device in the other plane.
Eine weitere vorteilhafte Erwärmungsvariante besteht darin, dass die Vorformlinge bezüglich ihrer Längsachse keine Bewegung erfahren, sondern dass die Resonatoren entlang der Vorformlinge bewegt werden.A further advantageous heating variant is that the preforms with respect to their longitudinal axis experience no movement, but that the resonators along the Preforms are moved.
Die Erwärmung kann absolut individuell für einzelne oder für verschiedene Gruppen von Vorformlingen eingestellt werden. Unabhängig voneinander einzustellende Parameter sind z.B. Hub, Hubgeschwindigkeit, Rotationsgeschwindigkeit, Mikrowellenleistung, Mikrowellentuningeinstellungen, Feldstärkenverteilungen im Resonator oder Impedanzanpassung in Abhängigkeit einer gemessenen Dielektrizitätskonstante. Individuelle Einstellungen können aus unterschiedlichen Gründen notwendig sein, so z.B. wegen der unterschiedlichen Feuchtigkeitsgehlalte der Vorformlinge.The warming can be absolutely individual for individual or for different groups of preforms are set. Independent of each other parameters to be set are e.g. Stroke, lifting speed, rotational speed, Microwave power, microwave tuning settings, field strength distributions in the resonator or impedance matching as a function of a measured dielectric constant. Individual settings can because of different reasons be necessary, e.g. because of the different moisture content of the preforms.
Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Erwärmungsvorrichtung für Vorformlinge aus denen PET-Flaschen hergestellt werden. Eine Einordnung einer solchen Erwärmungsvorrichtung in eine Maschinenanordnung umfassend z.B. eine Streckblasmaschine, einen Füller, einen Verschließer, eine Etikettiermaschine oder dgl. ist daher sinnvoll.at the device is preferably a heating device for preforms from which PET bottles are made. An arrangement of a such a heating device in a machine arrangement comprising e.g. a stretch blow molder, a filler, a capper, a labeling machine or the like. Therefore, makes sense.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass die Erwärmungsvorrichtung einen Schleifringübertrager für Hochspannung aufweist, sodass die Übertragung von Energie von stationären Teilen in die bewegten Teile erfolgen kann.A further advantageous embodiment in that the warming device a slip ring transmitter for high voltage so that the transmission of energy from stationary Parts can be made in the moving parts.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Vorformlinge nicht nur mit Mikrowellen, sondern auch mit Infrarotstrahlung beaufschlagt werden. Es ist also z.B. denkbar, dass dem Vorformling durch die Infrarotstrahlung ein Grundwärmeprofil aufgeprägt wird und die exakte Temperaturprofilierung erst durch die Mikrowelle vorgenommen wird. Dieser Vorgang ist aber auch umgekehrt vorstellbar, sodass also erst mit Hilfe der Mikrowellen ein Grundtemperaturprofil aufgeprägt wird, sodass dann mit Hilfe von Infrarotstrahlung eine genauere Temperaturprofilierung im Vorformling erzeugt werden kann. Hier ist es aber auch vorstellbar, dass in einem Mikrowellenofen zusätzlich Infrarotstrahler angebracht sind, sodass die beiden Erwärmungsmethoden in beliebiger Reihenfolge, in beliebigen Zonen sowie in beliebiger Intensität miteinander kombiniert werden können.According to one preferred embodiment of the invention, it is advantageous if the preforms not only with microwaves, but also with infrared radiation be charged. It is thus e.g. conceivable that the preform a basic heat profile is impressed by the infrared radiation and the exact temperature profiling first through the microwave is made. But this process is also conceivable so that only with the help of microwaves a basic temperature profile imprinted becomes, so then with the help of infrared radiation a more accurate Temperature profiling can be generated in the preform. Here But it is also conceivable that in a microwave oven in addition infrared radiator are attached so that the two heating methods in any Order, in any zones and in any intensity combined can be.
Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben.A concrete embodiment The invention will be described in more detail with reference to the following drawings.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Die
Mikrowellenerwärmungseinheit
Des
Weiteren ist an der Mikrowellenerwärmungseinheit
Radial
nach außen
vor der Mikrowellenerwärmungseinheit
Es ist aber hier nicht nur ein Halten durch einen Innengreifer sondern auch durch einen Außengreifer denkbar.It But here is not just a holding by an internal gripper but also by an external gripper conceivable.
Die
Bewegungseinheit
Mikrowellen,
die von dem Applikatorausgang
Der
Temperatursensor
Grundsätzlich ist
auch eine Temperaturmessung von innerhalb des Vorformlings
Nun
kann z.B. eine Ruhephase folgen, es kann aber auch ein zweiter oder
dritter Erwärmungsvorgang
durch Hindurchführen
durch den Mikrowelleneinflussbereich
Ein
Rollensortierer
In
dem Ofen
Vorteilhafter
Weise ist das Reflektorelement
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ID=38580310
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Effective date: 20140128 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |