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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen
von Vorformlingen. Die Vorrichtung weist eine Erwärmungsgasse
auf, wobei die Erwärmungsgasse mindestens einen ersten
Strahler umfasst, der elektromagnetische Strahlung in einem ersten
Wellenlängenbereich emittiert.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erwärmen
von Vorformlingen. Die Erwärmung von Vorformlingen in einer
Erwärmungsgasse erfolgt derart, dass die Vorformlinge um
ihre Längsachse rotierend durch die Erwärmungsgasse bewegt
werden.
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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft das Erwärmen von Vorformlingen für
weiter verarbeitende Maschinen, insbesondere in Streckblasvorrichtungen.
Dies erfolgt in der Regel in einem so genannten Heizkanal mittels infraroter
(IR) Strahlung, beispielsweise durch Verwendung von IR-Heizstrahlern,
an denen die Vorformlinge rotierend vorbeibewegt werden, um eine möglichst
gleichmäßige Erwärmung zu erreichen. Um
diesen Effekt noch zu verbessern und die Strahlung optimal auszunutzen,
ist gegenüber und/oder hinter den IR-Heizstrahlern häufig
eine reflektierende Schicht angebracht.
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Das
Erwärmen der Vorformlinge erfolgt aufgrund der Absorption
IR-Strahlung durch das Material der Vorformlinge. Die Eindringtiefe
der IR-Strahlung hängt von der Wellenlänge der
verwendeten IR-Strahlung ab. Die langwellige IR-Strahlung wird im Wesentlichen
von oberflächennahen Materialschichten der Vorformlinge
absorbiert. Bei einem hohen Anteil an langwelliger IR-Strahlung
besteht die Gefahr, dass Material an der Oberfläche der
Vorformlinge kristallisiert. Dadurch verändert sich die
Dicke der Oberfläche an diesen Stellen, was einen negativen Effekt
auf den späteren Blasvorgang hat, da die Vorformlinge nicht
mehr homogen geblasen werden können und somit Ausschuss
darstellen.
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Um
also eine zu starke, lokal begrenzte Erwärmung zu vermeiden
und den oben beschriebenen Effekt zu verhindern, ist der Einsatz
eines Oberflächen-Kühlgebläses notwendig,
dass beispielsweise die Umgebungsluft ansaugt und auf die Oberfläche der
Vorformlinge geblasen wird um diese zu kühlen.
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Da
der Kühlungsprozess dem Vorheizen der Vorformlinge entgegen
arbeitet, wird die Effizienz des Erwärmens der Vorformlinge
wiederum negativ beeinträchtigt. Hinzu kommt, dass zusätzlich
ein Großteil der aufgewendeten Energie durch die Kühlung verschwendet
wird. Beispiele hierzu finden sich in den Dokumenten
EP 0 900 235 B1 ,
DE 299 16 315 U1 und
DE 26 10 483 .
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Um
einen Kühlungsprozess weitgehend oder vollkommen zu vermeiden,
müsste beispielsweise das Strahlungsspektrum der IR-Strahler
ideal auf das Absorptionsspektrum der zu erwärmenden Vorformlinge
abgestimmt werden.
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DE 197 36 462 C2 zeigt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Warmformen von Thermoplasten,
wobei der Rohling mit einer Strahlung definierter Intensität
einer Strahlungsquelle beaufschlagt wird, wobei die Emissionswellenlänge
in einem Bereich zwischen 0,8 und 1,0 μm liegt.
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DE 10 2006 015 853
A1 beschreibt ein Erwärmungsverfahren für
Kunststoffe mit einer speziellen Infrarotvorrichtung, wobei Strahler
mit einem selektiven Infrarot eingesetzt werden, deren Emissionsspektren
mit den Absorptionsspektren der zu erwärmenden Materialien
weitestgehend übereinstimmen. Das zu erwärmende
Material befindet sich zwischen den beiden Strahlern, die jeweils
sowohl die reflektierten als auch die transformierten Strahlen absorbieren
und erneut in Emissionsstrahlung umwandeln. Dies bewirkt eine deutliche
Verkürzung der Erwärmungszeit, eine Senkung des
Energieverbrauchs und eine verbesserte Produktqualität.
Nachteilig ist, dass die Strahler immer auf das jeweilig verwendete Material
abgestimmt werden müssen, was ein Vorhalten verschiedener
Strahler und deren Austausch bedeutet.
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DE 10 2006 045 027 B4 beschreibt
eine Vorrichtung zum Aufheizen einer thermoplastischen Kunststoffbahn
oder Platte, bei der Schwankungen der thermischen Randbedingungen,
beispielsweise des Herstellungswerkzeuges, vermieden werden sollen,
um so Formteile konstanter Qualität produzieren zu können.
Dies wird durch eine bestimmte Anordnung von Temperatursensoren
innerhalb und außerhalb der Thermoformmaschine erreicht.
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EP 1 779 994 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines blasgeformten hohlen Produktes
aus einem thermoplastischen Material. Die Produktivität
kann durch verbesserte Heizeffizienz erhöht werden. Hierbei
wird der verwendete Vorformling mit einem Heizstrahler im nahen
Infrarot-Bereich mit einer maximalen Wellenlänge zwischen
900 bis 1500 nm bestrahlt, wobei in der Nähe zum Vorformling
ein Wellenlängenkonvertierer angeordnet ist, der die vom
Heizstrahler emittierte Strahlung absorbiert und in Strahlung einer
Wellenlänge zwischen 3000 bis 5000 nm umwandelt und emittiert.
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Allgemein
gilt: Um die Vorformlinge richtig zu erwärmen, muss eine
Reihe von Parametern beachtet werden. Wichtige Parameter hierbei
sind unter anderem die Wanddicke der Vorformlinge; die Materialzusammensetzung
der Vorformlinge, da diese einen direkten Einfluss auf das Absorptionsverhalten
der Vorformlinge bezüglich der Infrarot-Strahlung haben sowie
das Reflektionsverhalten der verwendeten reflektierenden Materialien
im Heizkanal.
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Insbesondere
die Wanddicke der Vorformlinge ist abhängig vom herzustellenden
Endprodukt und auch die Materialzusammensetzung ist zumeist nicht vollständig
bekannt und kann sich gegebenenfalls abhängig von der Charge ändern,
so dass eine theoretisch mögliche ideale Abstimmung des
Strahlungsspektrums der verwendeten Strahler auf das Absorptionsspektrum
der zu erwärmenden Vorformlinge in der Praxis nicht einfach
möglich ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu entwickeln, bei der Vorformlingen
gezielt und effektiv erwärmt werden, wobei kein zusätzliches
Kühlsystem notwendig ist.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die
Merkmale des Patentanspruchs 1 umfasst.
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Aufgabe
der Erfindung ist, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem Vorformlinge
gezielt und effektiv erwärmt werden, wobei kein zusätzliches
Kühlsystem notwendig ist.
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Die
obige Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die
Merkmale des Patentanspruchs 16 umfasst.
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Beschreibung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Vorformlingen.
Eine solche Vorrichtung findet beispielsweise Verwendung, um Vorformlinge
auf eine gewünschte Zieltemperatur zu bringen, bevor sie
in einer Streckblasmaschine in ihre endgültige Form gebracht
werden.
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Die
Vorformlinge werden also in einer Vorheiz-Vorrichtung erwärmt
und anschließend im Allgemeinen mittels einer Übergabeeinheit,
beispielsweise durch einen Übergabestern, an die weiterverarbeitenden
Maschine, insbesondere an die Blasformmaschine, übergeben.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Erwärmungsgasse, durch die die
Vorformlinge vorzugsweise um ihre Längsachse rotierend
bewegt werden. In der Erwärmungsgasse sind mindestens ein
erster Strahler und mindestens ein zweiter Strahler angeordnet.
Der erste Strahler emittiert eine elektromagnetische Strahlung in
einem ersten Wellenlängenbereich und der zweite Strahler
emittiert eine elektromagnetische Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereich, wobei
sich dieser von dem Emissionswellenlängenbereich des mindestens
einen ersten Strahlers unterscheidet. Ebenso unterscheidet sich
das erste Emissionsmaximum vom zweiten Emissionsmaximum.
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Erfindungsgemäß werden
also mindestens zwei Strahlertypen verwendet, die unterschiedliche elektromagnetische
Strahlungen emittieren, um eine gleichmäßige Erwärmung
der Vorformlinge zu erreichen. Kurzwellige Strahlung dringt tiefer
in das Material der Wandung der Vorformlinge ein und erwärmt diese
somit eher im inneren Bereich. Langerwellige Strahlung erwärmt
eher die äußeren Oberflächenschichten
der Wandung der Vorformlinge.
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Vorzugsweise
emittiert der erste Strahler elektromagnetische Strahlung im kurzwelligen
Infrarot-Bereich zwischen 0,78 μm bis 1,4 μm.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform
emittiert der erste Strahler elektromagnetische Strahlung bei einem
Emissionsmaximum mit einer Wellenlänge von 1,1 μm.
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Vorzugsweise
emittiert der zweite Strahler elektromagnetische Strahlung im langwelligen
Infrarot-Bereich zwischen 1,4 μm bis 3,0 μm. Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform emittiert der erste
Strahler elektromagnetische Strahlung bei einem Emissionsmaximum
mit einer Wellenlänge von 1,9 μm.
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Bei
dem ersten und dem zweiten Strahler kann es sich also jeweils um
Strahler handeln, die elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs
emittieren. Wenn es sich um Strahler handelt, die ein Wellenlängenbereich
emittieren, so können gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform bestimmte ungewünschte Wellenlängen mit
Hilfe eines Filters aus dem Wellenlängenbereich gefiltert
werden. Als Filter kann beispielsweise eine Quartzscheibe dienen,
die elektromagnetische Strahlung bestimmter Wellenlängen
nicht durchlässt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine erste
Strahler dem mindestens einen zweiten Strahler gegenüberliegend
angeordnet, so dass die Vorformlinge zwischen den Strahlern vorzugsweise
mittig hindurch bewegt werden. Vorzugsweise ist auf der dem Vorformling
gegenüber liegenden Seite, d. h. vom Vorformling aus gesehen hinter
den Strahlern, jeweils eine reflektierende Schicht angebracht, die
die Rest-Strahlung des jeweils gegenüberliegenden Strahlers
reflektiert und gegebenenfalls auch die Strahlung des direkt davor angeordneten
Strahlers zumindest teilweise reflektiert.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung sind
wenigstens zwei erste Strahler in einer ersten Reihe angeordnet
und wenigstens zwei zweite Strahler in einer zweiten Reihe angeordnet,
wobei die erste Reihe umfassend die ersten Strahler der zweiten
Reihe umfassend die zweiten Strahler gegenüberliegend angeordnet
ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform sind mindestens zwei Strahler
parallel zur Längsachse der Vorformlinge übereinander
angeordnet und mindestens zwei Strahler parallel zur Bewegungsrichtung
und senkrecht zur Längsrichtung der Vorformlinge hintereinander
angeordnet. Beispielsweise sind also mindestens vier erste Strahler
auf der einen Seite der Erwärmungsgasse und mindestens
vier zweite Strahler auf der gegenüberliegenden Seite der
Erwärmungsgasse angeordnet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können die ersten Strahler
und die zweiten Strahler auf den verschiedenen Seiten der Erwärmungsgasse auch
gemischt werden.
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Insbesondere
können wenigstens ein erster Strahler und wenigstens ein
zweiter Strahler in einer ersten Reihe angeordnet werden und wenigstens
ein erster Strahler sowie wenigstens ein zweiter Strahler in einer
zweiten Reihe angeordnet werden und innerhalb der Erwärmungsgasse
einander gegenüberliegend angeordnet werden. Dabei kann
die Anordnung so ausgestaltet sein, dass sich jeweils gleichartige Strahler
direkt gegenüberliegen. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform sind die ersten und zweiten Strahler so
angeordnet, dass erste Strahler jeweils zweiten Strahlern gegenüber
liegen. Weiterhin sind auch versetzte Anordnungen denkbar, bei denen
die Strahler nicht genau gegenüberliegend sondern versetzt
zueinander angeordnet sind.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung
eine Steuereinheit mit der die Strahler jeweils einzeln ansteuerbar
und regelbar sind. Vorzugsweise kann mittels der Steuereinheit die
Intensität der einzelnen Strahler individuell eingestellt
werden.
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Weiterhin
ist auch denkbar, dass mit der Steuereinheit auch Strahlereinheiten
bestehend aus mehreren Strahlern eines Typs oder auch gemischte Strahlereinheiten
bestehend aus ersten und zweiten Strahlern steuerbar sind. Insbesondere
können die parallel zur Längsachse der Vorformlinge übereinander
angeordneten Strahler zu einer solchen gemeinsam steuerbaren Strahlereinheit
zusammengefasst sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Vorwärmen
von Vorformlingen eine Temperaturmesseinheit, mit der die Temperatur
der Vorformlinge gemessen wird, bevor sie die Vorwärm-Vorrichtung
verlassen und der weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Vorrichtung
zum Vorwärmen von Vorformlingen eine Temperaturmesseinheit
zum Messen der Temperatur der vorgewärmten Vorformlinge
nachgeordnet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Temperaturmesseinheit
der Übergabeeinheit zugeordnet ist, die die erwärmten
Vorformlinge aus der Vorwärm-Vorrichtung an die weiterverarbeitende
Maschine, beispielsweise die Blasformmaschine, übergibt.
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Bei
der Temperaturmesseinheit handelt es sich vorzugsweise um ein Pyrometer,
mit dem die Temperatur des Vorformlings exakt bestimmt werden kann.
Es ist aber auch die Verwendung von anderen, dem Fachmann bekannten,
vergleichbaren Temperaturmessgeräten möglich.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind die Temperaturmesseinheit
und die Steuereinheit miteinander gekoppelt. Insbesondere wird aufgrund
der gemessenen Temperatur der Vorformlinge am Ende der Erwärmungsgasse
bzw. nach Verlassen der Erwärmungsgasse die Intensität
der Strahler durch die Steuereinheit reguliert und eingestellt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform können die beiden unterschiedlichen
Strahlertypen auch gemischt auf einer Seite der Erwärmungsgasse angeordnet
sein, während auf der gegenüberliegenden Seite
eine reflektierende Schicht angebracht ist, die vorzugsweise reflektierende
Eigenschaften bezüglich der beiden von den jeweiligen unterschiedlichen
Strahlern abgegebenen elektromagnetischen Strahlen aufweist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist die reflektierende Schicht
eine besonders strukturierte Oberfläche auf, die ihr besondere
reflektierende Eigenschaften verleiht. Vorzugsweise weist die Schicht
hinter den jeweiligen Strahlern eine wellenähnliche Struktur
oder ein W-förmiges Profil auf. Diese dient dazu, die Strahlung
des direkt davor angeordneten Strahlers optimal zu reflektieren,
wobei ein Totpunkt vermieden wird und somit die Effektivität erhöht
wird. Weiterhin kann die reflektierende Schicht dazu dienen, die
Rest-Strahlung des jeweils gegenüberliegend angeordneten
Strahlers zurück zum Vorformling zu reflektieren.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung
von Vorformlingen. Dabei werden die Vorformlinge um ihre Längsachse
rotierend durch eine Erwärmungsgasse hindurch bewegt. Innerhalb der
Erwärmungsgasse werden die Vorformlinge mit elektromagnetischer
Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich bestrahlt.
Gleichzeitig werden die Vorformlinge auch noch mit elektromagnetischer Strahlung
in einem zweiten Wellenlängenbereich bestrahlt, wobei sich
der Wellenlängenbereich der ersten elektromagnetischen
Strahlung von dem Wellenlängenbereich der zweiten elektromagnetischen Strahlung
unterscheidet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird anschließend
die Temperatur des Vorformlings in einem Übergabebereich
ermittelt und die Leistung von mindestens einem innerhalb der Erwärmungsgasse
angeordneten Strahler eingestellt. Die Steuerung und Einstellung
der Strahler geschieht hierbei vorzugsweise mittels der oben beschriebenen
Steuereinheit.
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Figurenbeschreibung
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher
erläutern. Die Größenverhältnisse der
einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechend nicht
immer den realen Größenverhältnissen,
da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung
vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen
dargestellt sind.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten
Vorformlings;
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2 zeigt
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Erwärmen von Vorformlingen;
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3 zeigt
schematische Aufsicht der ersten Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Erwärmen von Vorformlingen aus 2;
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4 stellt
die Erwärmung eines Vorformlings dar;
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5a und 5b zeigen
jeweils eine schematische Aufsicht einer zweiten und einer dritten Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Erwärmen von Vorformlingen;
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6 zeigt
eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Erwärmen von Vorformlingen;
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7 zeigt
eine spezielle Ausführung, bei der in Transportrichtung
der Vorformlinge durch die Vorrichtung eine Steuerung der Strahler
vorgesehen ist;
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8 zeigt
dass die Steuerung der einzelnen Strahler ebenfalls entlang der
Länge des Vorformlings möglich ist;
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9 zeigt
eine schematische Aufsicht einer fünften Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Erwärmen von Vorformlingen 20 und
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10 bis 12 zeigen
schematische Ansichten der Anordnung eines Reflektorsystems in Bezug
auf die Strahler.
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Für
gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber
nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für
die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten
Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie
die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße
Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende
Begrenzung dar.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten
Vorformlings 20. Dieser besteht aus einem Korpus 22 umgeben von
Wandungen 23. Weiterhin weist der Vorformling 20 in
seinem oberen Bereich einen oben offenen Halsabschnitt 24 auf,
der vom unteren Teil des Korpus 22 durch einen Tragring 26 abgegrenzt
ist. Der Tragring 26 dient insbesondere der Halterung des Vorformlings 20 in
den unterschiedlichen Verarbeitungsmaschinen, beispielsweise in
der Streckblasmaschine. Weiterhin ist in 1 die Längsachse 28 des
Vorformlings 20 dargestellt.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform
einer Vorrichtung 101 zum Erwärmen von Vorformlingen 20.
Der Vorformling 20 wird entlang einer Erwärmungsgasse 12 in
Bewegungsrichtung 14 geführt. Dabei wird der Vorformling 20 vorzugsweise
um seine Längsachse 28 rotiert, um eine möglichst
gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten.
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Entlang
der Erwärmungsgasse 12 sind erste Strahler 30 und
zweite Strahler 32 angeordnet. Die ersten Strahler 30 und
die zweiten Strahler 32 unterscheiden sich dahingehend,
dass sie elektromagnetische Strahlung (90) in einem ersten
Wellenlängenbereich und einem zweiten Wellenlängenbereich emittieren.
Die beiden Wellenlängenbereiche besitzen unterschiedliche
Emissionsmaxima. Gemäß der hier beschriebenen
Ausführungsform sind die ersten Strahler 30 der
einen Seite der Erwärmungsgasse 12 angeordnet,
während die zweiten Strahler 32 dazu gegenüberliegend
auf der anderen Seite der Erwärmungsgasse 12 angeordnet
sind. In der Erwärmungsgasse 12 sind erste und
zweite Strahler 30, 32 sowohl parallel als auch
senkrecht zur Längsachse 28 des Vorformlings 20 angeordnet.
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Bei
den ersten Strahlern 30 handelt es sich beispielsweise
um Heizstrahler, deren Emissionsmaximum im kurzwelligen Infrarot-Bereich
zwischen 780 nm bis 1400 nm liegt. Das Emissionsmaximum liegt bei
ca. 1100 nm. Bei den zweiten Strahlern 32 handelt es sich
dagegen um Heizstrahler, deren Emissionsmaximum im langwelligen
Infrarot-Bereich zwischen 1400 nm und 3000 nm liegt. Das Emissionsmaximum
liegt hier bei ca. 1900 nm.
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Hinter
den ersten und zweiten Strahlern 30, 32 ist jeweils
eine IR reflektierende Schicht 40, 42 angebracht,
die die Wellenlänge der Strahlung der jeweils gegenüberliegenden
Strahler 30, 32 reflektiert und somit die Effizienz
der Energieverwertung erhöht.
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Zwischen
dem Vorformling 20 und den ersten und zweiten Strahlern 30, 32 kann
optional jeweils ein Filter 50, 52 angeordnet
werden, der dazu dient, bestimmte Wellenlängen bzw. Wellenlängenbereiche
aus dem Strahlungsspektrum der verwendeten Strahler 30, 32 herauszufiltern.
Die Filter 50, 52 können in Form einer
Quartzscheibe ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Strahler 30, 32 ein
ganzes Strahlungsspektrum emittieren, zum Aufwärmen der
Vorformlinge 20 aber nur Strahlung einer ganz bestimmten
Wellenlänge verwendet werden soll.
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Der
Vorformling 20 bewegt sich entlang der Bewegungsrichtung 14 durch
die durch den ersten und zweiten Strahler 30, 32 gebildete
Erwärmungsgasse 12. Aufgrund der Rotation des
Vorformlings 20 um seine Längsachse 28 wird
gewährleistet, dass dieser gleichmäßig
von den ersten und zweiten Strahlern 30, 32 angestrahlt
bzw. erwärmt wird.
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3 zeigt
eine schematische Aufsicht der ersten Ausführungsform der
Vorrichtung 101 aus 2. In dieser
Figur ist dargestellt, dass mehrere Vorformlinge 20 gleichzeitig
die Erwärmungsgasse 12 in Bewegungsrichtung 14 durchlaufen
und anschließend mittels einer Übergabeeinheit 75 der
weiterverarbeitenden Einheit, beispielsweise einer Blasformmaschine 80,
zugeführt werden. Bei der Übergabeeinheit 75 kann
es sich beispielsweise um einen Übergabestern handeln,
der die Vorformlinge 20 in ihrem Halsbereich greift, weiter
befördert und an die Blasformmaschine 80 übergibt.
Zur Vereinfachung wird in den weiteren Figuren jeweils nur ein Vorformling 20 innerhalb
der Erwärmungsgasse 12 dargestellt.
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4 stellt
die Erwärmung eines Vorformlings 20 dar. Die Wandung 23 des
Vorformlings 20 umfasst eine gewisse Dicke d, die von der
Art des verwendeten Vorformlings 20 abhängt und
beispielsweise bei unterschiedlichen Produktionschargen verschieden
ausfallen kann. Die Strahlung des ersten Strahlers 30,
kurzwelliges Infrarot, dringt eher tief in das Material des Vorformlings 20 ein
und erwärmt somit vorzugsweise den inneren Bereich 23a der
Wandung 23 des Vorformlings 20. Die Strahlung
des zweiten Strahlers 32, langwelliges Infrarot, dringt
dagegen eher oberflächlich in das Material ein und erwärmt
somit vorzugsweise den äußeren Bereich 23b der
Wandung 23 des Vorformlings 20.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist dargestellt, dass der
innere Bereich 23a und der äußere Bereich 23b der
Wandung 23 jeweils ca. 50% der Wanddicke d ausmachen. Dies
soll nur eine Möglichkeit verdeutlichen. Ebenso ist beispielsweise
denkbar, dass 80% der Wanddicke d im inneren Bereich 23a durch
die kurzwellige Strahlung des Strahlers 30 erwärmt
werden, während die restlichen 20% der Wanddicke d im äußeren
Bereich 23b durch die langwellige Strahlung des Strahlers 32 erwärmt
werden.
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5a und 5b zeigen
jeweils eine schematische Aufsicht einer zweiten und einer dritten Ausführungsform
einer Vorrichtung 102, 103 zum Erwärmen
von Vorformlingen 20. Hierbei werden die ersten Strahler 30 und
die zweiten Strahler 32 auf jeweils einer Seite der Erwärmungsgasse 12 gemischt angeordnet.
Gemäß der in 5a gezeigten
Ausführungsform sind die ersten und zweiten Strahler 30, 32 dabei
so angeordnet, dass sich die ersten und zweiten Strahler 30, 32 direkt
gegenüberliegen. Bei der in 5b gezeigten
Ausführungsform sind die gegenüberliegenden ersten
und zweiten Strahler 30, 32 zudem versetzt gegeneinander
angeordnet.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform
einer Vorrichtung 104. Hierbei werden die ersten Strahler 30 und
die zweiten Strahler 32 auf jeweils einer Seite der Erwärmungsgasse 12 sowohl
entlang der Bewegungsrichtung 14 der Vorformlinge 20 als
auch parallel zur Längsachse 28 der Vorformlinge 20 gemischt.
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7 zeigt
jeweils eine spezielle Ausführung der ersten Ausführungsform
einer Vorrichtung 101 zum Erwärmen von Vorformlingen 20 aus
den 2 und 3. Gemäß dieser
Ausführungsform der Vorrichtung 101 werden die
ersten und die zweiten Strahler 30, 32 durch eine
Steuereinrichtung 60 angesteuert und reguliert. Somit ist
eine beliebige Einstellung der Leistung der einzelnen Strahler 30, 32 möglich.
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Nachdem
die Vorformlinge 20 die Erwärmungsgasse 12 verlassen
haben durchlaufen sie eine Übergabeeinheit 75 und
werden der weiterverarbeitenden Maschine, beispielsweise der Blasformmaschine 80,
zugeführt. Im Bereich der Übergabeeinheit 75 wird
die Temperatur des Vorformlings 20 mittels einer Temperaturmesseinrichtung 70 ermittelt. Bei
der Temperaturmesseinrichtung 70 kann es sich beispielsweise
um einen Temperaturfühler, ein Pyrometer, eine Wärmebildkamera
oder eine vergleichbare Messeinrichtung handeln.
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Die
ermittelte Ist-Temperatur TIST wird mit
der Zieltemperatur TZ verglichen, d. h.
mit der Temperatur, die der Vorformling 20 am Ende der
Erwärmungsgasse 12 bzw. vor Eintritt in die weiterverarbeitende Maschine 80 aufweisen
soll, damit er problemlos weiter verarbeitet werden kann. Aus der
gemessenen Ist-Temperatur TIST (in °C)
des Vorformlings 20 und der Zieltemperatur TZ (in °C)
wird die Temperaturdifferenz ΔT ermittelt: ΔT[°C]
= TIST[°C] – TZ[°C]. Aufgrund dieser Temperaturdifferenz ΔT
wird berechnet, ob und wie viel Energie zusätzlich nötig
ist, um die Zieltemperatur TZ zu erreichen.
Diese Daten werden an die Steuereinheit 60 übermittelt,
die entsprechend die Leistung der ersten und zweiten Strahler 30, 32 in der
Erwärmungsgasse 12 reguliert.
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8 zeigt,
dass ebenso die Leistung der ersten und zweiten Strahler 30, 32 in
Richtung der Längsachse 28 mittels der Steuereinheit 60 reguliert werden
kann. Hierdurch kann gezielt eine Verteilung der Erwärmung
des Vorformlings 20 entlang der Längsachse 28 eingestellt
werden.
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Erfindungsgemäß werden
die Leistungen der Strahler 30, 32 so eingestellt,
dass der Vorformling 20 am Punkt der Temperaturmessung
idealerweise die Zieltemperatur TZ für
die Weiterverarbeitung in der Blasformmaschine 80 erreicht
hat, ohne diese zu übersteigen.
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Die
Steuerung erlaubt es auch abhängig von dem verarbeiteten
Vorformling 20 die Erwärmungsgasse 12 auch
nur mit einem Strahlertyp 30 (oder 32) zu betreiben
und den anderen Strahlertyp 32 (oder 30) komplett
auszuschalten. Beispielsweise können sehr dünnwandige
Vorformlinge 20 nur mit den langwelligen Strahlern 32 des
Typs II betrieben werden, während bei dickwandigen Vorformlingen 20 vermehrt
kurzwellige Strahler 30 des Typs I verwendet werden.
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Somit
werden die Vorformlinge 20 direkt am Anfang der Erwärmungsphase
stark erwärmt, während beim Weitertransport in
Bewegungsrichtung 14 durch die Rotation des Vorformlings 20 um
seine Längsachse 28 gewährleistet wird,
dass die Erwärmung des gesamten Vorformlings 20 gleichmäßig
erfolgt. Durch Bestrahlen mit wiederum erhöhter 80%iger
Leistung am Ende der Erwärmungsstrecke 12 wird
gewährleistet, dass der Vorformling 20 die gewünschte
Zieltemperatur TZ erreicht. Dadurch, dass
die in der Mitte der Erwärmungsgasse 12 angeordneten
Strahler 30, 32 mit einer geringeren Leistung
betrieben werden können, kann Energie eingespart werden.
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Dem
Fachmann ist klar, dass bei dieser Ausführungsform auch
andere Anordnungen der Strahler 30, 32 beispielsweise
gemäß den Ausführungsformen 102, 103 oder 104 (5a, 5b oder 6) möglich
sind. Weiterhin sollen auch alle anderen denkbaren Konfigurationen
bezüglich der eingestellten Leistungen der Strahler 30, 32 umfasst
sein.
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9 zeigt
eine schematische Aufsicht einer fünften Ausführungsform
einer Vorrichtung 105 zum Erwärmen von Vorformlingen 20.
Bei dieser ist im vorderen Bereich der Erwärmungsgasse 12 eine
Vorwärmstrecke A angeordnet, die zweite Strahler 32 mit langwelliger
Infrarot-Strahlung umfasst. Anschließend durchlaufen die
Vorformlinge 20 eine Ausgleichsstrecke B, bei der die durch
die zweiten Strahler aufgebrachte Energie einsinken kann. Hierbei
finden vorzugsweise ebenfalls die zweiten Strahler 32 Verwendung,
die gegebenenfalls nur mit einem Teil der möglichen Leistung
betrieben werden. In der daran anschließenden Endstrecke
C werden die Vorformlinge 20 mit Hilfe von kurzwelliger
Strahlung durch die ersten Strahler 30 auf Zieltemperatur
TZ gebracht. Wie in 7 kann auch
bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung 105 in
der Übergabeeinheit 75 vor Verarbeitung der Vorformlinge 20 in
der Blasformmaschine 80 eine Temperaturmesseinrichtung 70 und
eine Steuereinheit 60 vorgesehen sein, um die Temperatur
der Vorformlinge 20 optimal zu überwachen und
die Strahler 30, 32 entsprechend in ihrer Leistung
zu regulieren.
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Mit
den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 101, 102, 103, 104 und 105 zum Vorheizen
von Vorformlingen 20 kann die zum optimalen Vorheizen der
Vorformlinge 20 für sämtliche denkbare
Material- und/oder Wandstärkenkombinationen nötige
Energieleistung gezielt bereitgestellt werden, wobei gleichzeitig
verhindert wird, dass die Vorformlinge 20 zu stark erhitzt
werden. Ein zu starkes Erhitzen würde zum Einen zu ungewünschten Deformationen
der Vorformlinge 20 und somit zu Ausschuss führen
und zum Anderen müssten – um dem entgegen zu wirken – die
Vorformlinge 20 mittels einer Oberflächenkühlung
wiederum abgekühlt werden. Eine Oberflächenkühlung
wirkt sich wiederum negativ auf die Energiebilanz aus, da Energie
nötig ist, um die den Vorformlingen 20 zu viel
zugeführte Energie wiederum abzuführen. Weiterhin
stellt die Oberflächenkühlung einen zusätzlichen
Bestandteil der Gesamtvorrichtung dar, der wiederum einer selbständigen
Wartung bedarf und störungsanfällig ist. Der Vorteil
der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 101, 102, 103, 104 und 105 zum Vorheizen
von Vorformlingen 20 besteht also insbesondere darin, dass
auf eine Oberflächenkühlung der Vorformlinge 20 verzichtet
werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil aufgrund der individuell einstellbaren Steuerung
besteht darin, dass der Anwender nicht auf bestimmte Materialien
bzw. Eigenschaften der Vorformlinge 20 festgelegt ist,
sondern die Einstellungen der Strahler 30, 32 in
Abhängigkeit von den verwendeten Vorformlingen 20 immer
wieder entsprechend anpassen kann. Die Einstellung der Leistungen
der Strahler 30, 32 wird aufgrund von Testläufen
ermittelt, indem jeweils die Temperatur von Probe-Vorformlingen 20 nach
Durchlaufen der Erwärmungsgasse gemessen wird und dann
in Verbindung mit Erfahrungswerten die Leistung entsprechend eingestellt
und auf den verwendeten Typ von Vorformlingen 20 angepasst
wird.
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Ein
entsprechendes Heizmodul kann kürzer gebaut werden, da
weniger Strahler 30, 32 als im Stand der Technik
benötigt werden. Zudem kann, wie bereits beschrieben, die
aufwendige Lüftungstechnik der Oberflächenkühlung
entfallen.
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10 bis 12 zeigen
eine schematische Ansicht der reflektierenden Schicht 40, 42 und
ihrer reflektierenden Eigenschaften. Dabei handelt es sich um eine
Schicht 40, 42 mit einer strukturierten Oberfläche.
Insbesondere weist die Schicht 40, 42 hinter den
jeweiligen ersten und zweiten Strahlern 30, 32 einen
speziell geformten Reflektor auf. Dieser dient, wie ein 11 dargestellt,
unter anderem dazu, die Strahlung 90 des direkt davor angeordneten
Strahlers 30, 32 optimal zu reflektieren, wobei
ein Totpunkt vermieden wird und somit die Effektivität
erhöht wird.
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Wie
in 12 dargestellt, kann die Schicht 40, 42 weiterhin
dazu dienen, die Rest-Strahlung 92 des jeweils gegenüberliegend
angeordneten Strahlers 30, 32 zurück
zum Vorformling 20 zu reflektieren.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar,
dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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Insbesondere
können die in 2 dargestellten Filterscheiben 50, 52 auch
bei allen anderen Ausführungsformen der Vorrichtung 102, 103, 104, 105 eingesetzt
werden.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Vorrichtung
zum Vorheizen von Vorformlingen
- 102
- Vorrichtung
zum Vorheizen von Vorformlingen
- 103
- Vorrichtung
zum Vorheizen von Vorformlingen
- 104
- Vorrichtung
zum Vorheizen von Vorformlingen
- 105
- Vorrichtung
zum Vorheizen von Vorformlingen
- 106
- Vorrichtung
zum Vorheizen von Vorformlingen
- 12
- Erwärmungsgasse
- 14
- Bewegungsrichtung
- 20
- Vorformling
- 22
- Korpus
- 23
- Wandung
- 23a
- innerer
Bereich der Wandung
- 23b
- äußerer
Bereich der Wandung
- 24
- Halsabschnitt
- 26
- Tragring
- 28
- Längsachse
- 30
- Strahler
vom Typ I
- 32
- Strahler
vom Typ II
- 40
- Reflektierende
Schicht
- 42
- Reflektierende
Schicht
- 50
- Filterscheibe
- 52
- Filterscheibe
- 60
- Steuereinheit
- 70
- Temperaturmessvorrichtung
- 75
- Übergabeeinheit
- 80
- Blasformmaschine
- 90
- elektromagnetische
Strahlung
- 92
- elektromagnetische
Rest-Strahlung
- A
- Vorwärmstrecke
- B
- Ausgleichsstrecke
- C
- Endstrecke
- d
- Dicke
der Wandung
- ΔT
- Temperaturdifferenz
- TIST
- Ist-Temperatur
- TZ
- Zieltemperatur
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0900235
B1 [0006]
- - DE 29916315 U1 [0006]
- - DE 2610483 [0006]
- - DE 19736462 C2 [0008]
- - DE 102006015853 A1 [0009]
- - DE 2006045027 B4 [0010]
- - EP 1779994 A1 [0011]