DE2151067C3 - Verfahren zum Regeln der Leistungsaufnahme von Infrarotstrahlern zum Regeln der Wanddicke beim Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Leistungsaufnahme von Infrarotstrahlern zum Regeln der Wanddicke beim Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen, z. B. von Kunststoffflaschen, werden zunächst Vorformlinge mit einheitlicher Wandstärke auf die für den Blasvorgang erforderliche Temperatur erhitzt, dann in heißem Zustand von einem Blaswerkzeug umschlossen und schließlich durch Druckluft zur gewünschten Gestalt aufgeweitet. Beim Blasvorgang kann durch Regulierung der Wandstärke eine möglichst optimale Ausnutzung des Werkstoffs erreicht werden. Sollen beispielsweise Flaschen aus zylindrischen Vorformlingen einheitlicher Wandstärke geblasen werden, so weisen die weniger aufgeweiteten Bereiche der Flansche, z. B. der Halsbereich, eine größere Wandstärke auf als die stärker aufgeweiteten Stellen. Das hat zur Folge, daß der Werkstoffverbrauch durch die erhöhte Wanddicke unnötig groß ist.
S Zur Vermeidung dieses unnötigen Materiaiverbrauchs ist es bekannt, den Vorformling schon beim Extrusionsvorgang durch Düsenspaltverstellung mit unterschiedlicher Wanddicke auszubilden. Es ist darüber hinaus bekannt (DT-PS 9 03 628), bei der Erwärmung ίο des Vorformlings durch Infrarotstrahlung diese durch geeignete Blenden an bestimmten Bereichen des Vorformlings abzuschirmen, so daß im Endeffekt ein unterschiedlich temperierter Vorformling resultiert. Diese Abschirmung durch Blenden ist sehr aufwendig; zudem muß der Vorformling auf eine Grundtemperatur erwärmt werden, was zur Folge hat, daß die Wärme auch auf die abgeschirmten Bereiche abstrahlt.

Schließlich wurde auch schon vorgeschlagen (DT-OS 18 16 489), zur Erwärmung mehrere Infrarotstrahler *o verschiedener Leistungsaufnahme und damit Strahlungsstärke entsprechend den gewünschten Temperaturbereichen des Vorformlings vorzusehen. Auf diese Weise ist bereits eine gute Anpassung der Werkstofftemperatur an die jeweils gewünschte Aufweitung möglich. Es hat sich aber gezeigt, daß eine exakte Temperatureinstellung auf der Oberfläche des Vorformlings noch die Berücksichtigung einiger Störgrößen erfordert. Diese Störgrößen sind insbesondere die variable Netzspannung, die Alterung und gegenseitige Beinflussung der Infrarotstrahler. Darüber hinaus machen sich auch die Erwärmung des Heizkanals und der Träger für die Vorformlinge, die Lufterwärmung und die schwankende Ausgangstemperatur der Vorformlinge störend bemerkbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer zugehörigen Vorrichtung zur Wanddickenregulierung beim Blasen von Hohlkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen, bei dem Vorformlinge einheitlicher Wandstärke in ihren verschiedenen axialen Bereichen durch Infrarotstrahler auf unterschiedliche, jedoch durch die genannten Störgrößen nicht beinflußbare, zur Blasverformung ausreichende Temperaturen erwärmt werden. Insbesondere soll durch die Ausschaltung der Störgrößen das für die Aufweitung erforderliche Temperaturprofil längs der Achse des Vorformlings in zeitlicher Konstanz, d. h. bei allen durch den Heizkanal wandernden Vorformlingen in gleicher Weise erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

so daß die Strahlungsstärke an jedem Infrarotstrahler bolometrisch gemessen wird und die Abweichung dieser Meßgröße von einer ersten vorgegebenen Führungsgröße als Stellgröße zur Regelung der Leistungsaufnahme des zugehörigen Infrarotstrahlers verwendet wird.

SS Aus der DT-OS 14 79 441 ist zwar bekannt, durch Temperaturfühler die Innentemperatur eines Warmluftofens zum Erwärmen der Vorformlinge zu regeln. Eine differenzierte, geregelte Erwärmung der Vorformlinge zur Wanddickenregulierung ist jedoch nicht vorgesehen. Zudem erfolgt bei der Erfindung eine Messung der Intensität der von den zum Erwärmen verwendeten Infrarotstrahlern ausgesandten Strahlen.

Bei Infrarotstrahlern mit Quarzmantel ist eine Temperaturmessung nur sehr begrenzt anwendbar, da der Quarzmantel, dessen Temperatur mit Kontaktfühlern gemessen werden könnte, nur die langwelligere und daher nicht so intensive Sekundärstrahlung aussendet. Die Primärstrahlung der inneren Heizwendel hat jedoch

den Hauptanteil der Heizleistung zum Erwärmen des Kunststoffes zu erbringen; ist aber für eine Temperaturmessung schlecht geeignet. Durch die vorgeschlagene Regelung der Leistungsaufnahme der Infrarotstrahler über die Intensität der von ihnen ausg. sandten Strahlen, s wird der gewünschte Fortschritt erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Stärke der Strahlung zum Vorformling gemessen, d. h. die für die Erhitzung des Vorformlings ursächliche Größe, wobei die Messung kontaktfrei ohne Wärme- to übergang erfolgt Da die Temperatur am Vorformling sich proportional mit der vierten Wurzel der Strahlungsstärke E verändert, wird die Temperatur durch das Regeln der Strahlungsslärke in besonderem Maße stabilisiert. Die Bolometer erfassen die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung der Strahlen. Durch die bolometrische Regelung der Leistungsaufnahme des Infrarotstrahlers wird seine Strahlungsstärke entsprechend der vorgegebenen Führungsgröße konstant gehalten bzw. variiert, wodurch Störeinflüsse durch die » an dem Infrarotstrahler liegende Netzspannung, die Alterung und die gegenseitige Beeinflussung der Infrarotstrahler ausgeschaltet werden. Obwohl jedes Bolometer regelungstechnisch einem bestimmten Infrarotstrahler zugeordnet ist, erfaßt es nicht nur die Strahlungsstärke seines Infrarotstrahlers, sondern auch die einfallenden Restanteile der anderen Infrarotstrahler. Es wird somit an jeder Stelle eine Summe von Strahlungsstärken gemessen, was für die genaue Bestimmung der Strahlungsstärkenverteilung längs der Oberfläche des Vorformlings von wesentlicher Bedeutung ist. Durch die erfindungsgemäße Regelung kann eine sehr genaue Temperaturkonstanz erreicht werden.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich die Temperatur der Vorformlinge pyrometrisch gemessen und die Abweichung dieser Meßgröße von einer zweiten vorgegebenen Führungsgröße zur Regelung der ersten Führungsgröße benutzt. Durch diese Temperaturmessung und entsprechende Regelung der Führungsgröße für die Regelung der Leistungsaufnahme der Infrarotstrahler werden alle thermischen Einwirkungen auf die Vorformlinge ausgeschaltet, die nicht durch die Strahlungsstärke der Infrarotstrahler bedingt sind, wie z. B. die Erwärmung des Heizkanals, der Luft und die Temperaturvorgabe bei den in das Verfahren eintretenden Vorformlingen. Durch diese bevorzugte zweistufige Regelung ist es möglich, das gewünschte Temperaturprofil auf den Vorformlingen praktisch exakt zu erreichen und während einer langen Betriebsdauer konstant zu halten. Eine derartige Regelung, sei sie ein- oder zweistufig, ist für jeden Infrarotstrahler getrennt vorgesehen, so daß durch die zweite Führungsgröße eine von Bereich zu Bereich unabhängig veränderliche Temperatur auf dem Vorformling eingestellt und eingehalten v/erden kann.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einem Heiztunnel, mehreren durch den Heiztunnel bewegbaren, drehbaren Trägern für die Vorformlinge und mehreren in dem Heiztunnel in dessen Längsrichtung angeordneten, auf die verschiedenen axialen Bereiche der Vorformlinge gerichteten Infrarotstrahlern. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jeder Infrarotstrahler an einen seine Strahlungsstärke regelnden inneren Regelkreis, bestehend aus Bolometer, Summenpunkt und Regler, angeschlossen ist, wobei das Bolometer im Strahlungsbereich des Infrarotstrahlers angeordnet ist. Wie weiter oben ausgeführt wurde.

regelt dieser innere Regelkreis die strahlerinternen Störgrößen aus. In den Fällen, wo die externen Störgrößen zu vernachlässigen sind, wird auf diese We-se schon eine ausreichende Konstanz bzw. Profilierung der Temperatur längs der Vorformlingsachse erreicht.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist jedem inneren Regelkreis ein äußerer Regelkreis, bestehend aus einem Pyrometer, Summenpunkt und Regler, in der Weise zugeordnet, daß sein Summenpunkt mit der gewünschten Führungsgröße beaufschlagbar ist und sein Reglerausgang zur Aufgabe der Bestrahlungsführungsgröße mit dem Summenpunkt de? inneren Regelkreises verbunden ist, wobei das Pyrometer zur Messung der Vorformlingstemperatur in dem dem Infrarotstrahler entsprechenden axialen Bereich vorgesehen ist. Durch den zusätzlichen Anschluß des äußeren Regelkreises werden außer den strahlerinternen Störgrößen auch noch die externen Störgrößen eliminiert. Daraus folgt, daß eine derart geregelte Vorrichtung ganz besonders unabhängig von äußeren Einflüssen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig.1 die Strahlungsstärkenverteilung längs des Vorformlings bei einer Beheizung mit vier Infrarotstrahlern und

Fig. 2 das Blockschaltbild des Regelkreises zur Temperaturregelung eines Elereiches des Vorformlings.

Fig.1 zeigt einen Vorformling 1 in einem Koordinatensystem, dessen Ordinate eine Länge und dessen Abszisse die Bestrahlungsstärke darstellt. Seitlich des Vorformlings 1 sind vier Infrarotstrahler 2 bis 5 dargestellt, von denen die Infrarotstrahler 2 und 3 jeweils eine kleinere Leistung und einen größeren Abstand vom Vorformling 1 haben. Die Infrarotstrahler 4 und 5 haben jeweils eine größere Leistung und sind näher an den Vorformling 1 herangerückt. Den Infrarotstrahlern 2, 3, 4, 5 sind Bolometer 6, 7, 8, 9 zugeordnet, deren Abstand jeweils zu dem zugeordneten Infrarotstrahler 2, 3, 4, 5 gleich dem Abstand dieses Infrarotstrahlers 2,3,4,5 vom Vorformling 1 gewählt ist. In dem Koordinatensystem sind die Strahlungsstärken der einzelnen Infrarotstrahler 2, 3, 4, 5 eingezeichnet. Dabei zeigen die Kurven 12, 13, 14 und 15 die Strahlungsstärken der Infrarotstrahler 2,3,4 bzw. 5. Die Kurve 16 zeigt die geometrische Addition dieser Kurven 1.2, 13, 14 und 15. Mit 17 ist die gemessene Summenkurve der Strahlungsstärke am Vorformling 1 bezeichnet. Der Darstellung ist zu entnehmen, daß diese Summenkurve 17 im wesentlichen dem Verlauf der durch Addition der Kurven 12, 13, 14 und 15 gebildeten Kurve 16 folgt. Es ist einzusehen, daß das Profil der Summenkurve 17 leicht dadurch variiert werden kann, daß die Leistung und/oder der Abstand der einzelnen Infrarotstrahler 2, 3, 4, !5 verändert wird und daß andererseits ein bestimmter Strahlungsstärkenverlauf längs des Vorformlings 1 konstant gehalten werden kann, wenn die Strahlungsitärke jedes einzelnen Ii.frarotsi:rahlers2,3,4,5 durch eine geeignete Regelung konstant gehalten wird.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild der bevorzugt angewendeten Temperaturregelung mit Hilfe eines inneren und eines äußeren Regelkreises. Der innere Regelkreis besteht aus dem Bolometer 6, dem Summenpunkt 21 und dem Regler 22, während der äußere Regelkreis aus dem Pyrometer 18, dem Summenpunkt 19 und dem Regler 20 besteht. Die

Toiiipcralur des von den Infrarotstrahlern 2 aufgeheizten Vorformlings 1 wird von dem Pyrometer 18 gemessen. Von diesem Meßwert Xi wird im Summenpunkt 19 die Abweichung gegen eine Tempcraturführungsgrößc Wi festgestellt und durch die Eingangsgröße Xw\ des Reglers 20 ermittelt.

Die Reglcrausgangsgröße Vi des Reglers 20 wird als Strahlungsstärkenführungsgröße ebenso wie der vom Bolometer 6 ermittelte, von der Strahlungsstärke der Infrarotstrahler 2 bestimmte Meßwert X2 auf den Summenpunkt 21 des inneren Regelkreises gegeben, wobei als Eingang für den Regler 22 die Eingangsgröße X»i gebildet wird. Die am Ausgang des Reglers 22 verfügbare Reglerausgangsgröße V2 bildet die Stellgröße für ein geeignetes Steuergerät 23 für die Leistungsaufnahme der Infrarotstrahler 2 und verstellt das Steuergerät 23 so weit, bis der durch Bolometer 6 und Pyrometer 18 ermittelte Störgrößeneinfluß verschwindet.

S Da jedem Infrarotstrahler 2 eine derartige Regelung zugeordnet ist, wird der Temperaturverlauf auf derr Vorformling 1 durch eine Reihe unabhängig voneinan der einstellbarer Temperaturführungsgrößen Wi bl· Wn bestimmt. Die gegenseitige Variation diesei

ίο Temperaturfühlungsgrößen Wi bis Wn gestattet ein« stufenlose Veränderung des Temperaturprofils um damit eine optimale Anpassung der Temperatur an dii gewünschte Aufweitung des Vorformlings 1 wahrem des Blasvorgangs.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln der Leistungsaufnahme von Infrarotstrahlern zum Regeln der Wanddicke beim Herstellen von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff nach dem Blasverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsstärke an jedem Infrarotstrahler bolometrisch gemessen wird und die Abweichung dieser Meßgröße von einer ersten vorgegebenen Führungsgröße als Stellgröße zur Regelung der Leistungsaufnahme des zugehörigen Infrarotstrahlers verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß die Temperatur der Vorformlinge pyrometrisch gemessen wird und die Abweichung dieser Meßgröße von einer zweiten vorgegebenen

_< Führungsgröße zur Regelung der ersten Führungsgröße benutzt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Heiztunnel, mehreren durch den Heiztunnel bewegbaren, drehbaren Trägern für die Vorformlinge und mehreren in dem Heiztunnel in dessen Längsrichtung angeordnetn, auf die verschiedenen axialen Bereiche der Vorformlinge gerichteten Infrarotstrahlern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Infrarotstrahler (2, 3, 4, 5) an einen seine Bestrahlungsstärke regelnden inneren Regelkreis, bestehend aus Bolometer (6,7,8,9), Summenpunkt (21) und Regler (22), angeschlossen ist, wobei das Bolometer (6, 7,8, 9) im Strahlungsbereich des Infrarotstrahlers (2,3,4, 5) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem inneren Regelkreis ein äußerer Regelkreis, bestehend aus einem Pyrometer (18), Summenpunkt (19) und Regler (20), in der Weise zugeordnet ist, daß sein Summenpunkt (19) mit der gewünschten Temperaturführungsgröße (Wl) beaufschlagbar ist und seine Reglerausgangsgröße (Kl) als Strahlungsstärkenführungsgröße mit dem Summenpunkt (21) des inneren Regelkreises verbunden ist, wobei das Pyrometer (18) zur Messung der Temperatur des Vorformlings (1) in dem dem Infrarotstrahler (2, 3, 4, 5) entsprechenden axialen Bereich vorgesehen ist.