DE2406955A1

DE2406955A1 - Vorrichtung zum erwaermen von werkstuekken aus kunststoff

Info

Publication number: DE2406955A1
Application number: DE19742406955
Authority: DE
Inventors: Heinz Goos; Peter Rose
Original assignee: Heidenreich and Harbeck GmbH
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1974-02-14
Filing date: 1974-02-14
Publication date: 1975-09-04
Also published as: FR2261115A1; GB1483619A; US3975618A; DE2406955B2; FR2261115B1; JPS50115266A; JPS5739932B2; IT1053783B

Description

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negcndank

Dipl. Ing. H. Haudc - Dip! Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graolis - Diel. Ing. W. Wehnert

8 Münchan 2. KEozar&siraSa 23

Telefon 538 0586

Heidenreich & Harbeck
Zweigniederlassung der
Gildemeister _A~

2 Hamburg - 33 12. Februar 1974

Wiesendamm 30 Anwaltsakte M-2955

Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken aus Kunststoff

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken aus Kunststoff, die zwischen wenigstens einem Infrarotstrahler und einer die Strahlung reflektierenden Fläche hindurchführbar sind.

Es ist bekannt/ Kunststoffe durch Infrarot-Strahlung zu einer Weiterverformung zu erwärmen. Hierfür werden vorzugsweise Infrarot-Strahler benutzt, die bei großer Intensität sehr kurze Heizzeiten von nur wenigen Sekunden zulassen.

Infrarot-Strahlung bietet den Vorteil, nicht nur die Oberfläche des bestrahlten Kunststoffes zu erwärmen, sondern durch die Oberfläche auch direkt die tieferen Schichten zu erreichen.

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Die Strahlung wird überwiegend von dem sich der Strahlungsquelle am nächsten befindlichen Material absorbiert. Dies bewirkt bei intensiver Bestrahlung eine hohe Temperaturspitze an der bestrahlten Oberfläche.

Bei der Erwärmung von Halbzeugen aus Kunststoff wurde beispielsweise bisher so verfahren, daß sich die zu erwärmenden Kalbzeuge relativ zwischen einem Infrarot-Strahler und einem ebenen Reflektor am Infrarot-Strahlcirrvorbeibewegen.

Die Erwärmung des Halbzeuges erfolgt dabei durch direkte Strahlung, durch vagabundierende Strahlung und durch Konvektion. Die Konvektion ist in diesem System sehr hoch, da ein großer Anteil der Strahlung durch den ebenen, parallelen Reflektor an den Strahler zurückgegeben wird; dadurch nimmt das System eine hohe Eigentemperatur an. Ferner führt die Konvektion zu einer unerwünschten Erwärmung der Oberflächenschicht des Halbzeuges.

Wegen der bekannt geringen Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe findet der Temperaturausgleich während der kurzen Heizzeit bei Infrarot-Strahlung innerhalb der Wandung nur relativ langsam statt.

Insbesondere wenn Werkstücke mit großer Wanddicke entsprechend etwas länger erwärmt werden müssen, um die notwendige Energiemenge einzubringen, führt das häufig zu unerwünschten Veränderungen in der Oberflächenschicht z.B. Materialveränderung durch Überhitzung oder Auftreten von Kristallinität bei beispielsweise PoIyäthylenterephthalat (PET). -3-

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Da der Absorbtionsgrad von der Wellenlänge der Infrarot-Strahlung abhängig ist, kann bei Verwendung von sogenannten Hellstrahlern gegenüber Dunkelstrahlern das Teraperaturgefälle innerhalb der Wanflung des Halbzeuges erheblich vermindert werden. Dadurch vermindert sich die Gefahr unerwünschter Veränderungen in der Oberflächenschicht des Halbzeuges, weiterhin verkürzt sich die Zeit, in der sich das Temperaturgefälle in der Wandung des Halbzeuges auf einen Mittelwert einstellen soll.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, Naclteile der bekannten Vorrichtungen zu vermeiden und insbesondere dafür' zu sorgen, daß die zur Erwärmung der Werkstücke benötigte Heizzeit verkürzt, ein zusätzliches Aufheizen der Strahler durch ungenutzte reflektierende Strahlung verhindert und damit der Infrarot-Strahler zur Erzielung einer größeren Lebensdauer entlastet wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurchgslöst, daß die reflektierende Fläche gegenüber dem Strahler als gekrümmter Reflektor ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß erfolgt deshalb die Erwärmung durch die Infrarot- . Strahlung nicht nur direkt aus der Strahlungsquelle, sondern zusätzlich aus einem dem zu erwärmenden Halbzeug geometrisch fest, zugeordneten gekrümmten Reflektor, der einen großen Teil der sonst das Halbzeug nicht treffenden Infrarot-Strahlung sammelt und die Strahlung auf das im Brennpunkt, Brennfleck oder der Brennlinie je nach Ausbildung des Reflektors - angeordnete Halbzeug erflektiert. Hieraus ergeben sich kürzere Heizzeiten und eine Entlastung

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der Strahlungsquelle, da von dem Sekundärreflektor keine Energie an die Strahlungsquelle zurückgeworfen wird. Ferner kann die Anzahl der erforderlichen Strahlungsquelle verringert werden und läßt sich mit der verbesserten Heizvorrichtung die Kapazität der Anlage optimieren.

Mit gekrümmten Reflektoren wird somit der Anteil der übertragenen Strahlungsenergie vergrößert und treten kaum Strahlungsverluste auf, so daß bei gleicher Produktionsleistung infolge des höheren thermischen Wirkungsgrades weniger Energie verbraucht und Investitionskosten gespart werden. Es wird vermieden, daß durch vagabundierende und in den Strahler zurückreflektierte Strahlung dessen Eigentemperatur erhöht werden kann. Dadurch entfällt die durch Konvektion und Kaminwirkung erzeugte zusätzliche Erwärmung der Oberflächenschicht das Halbzeuges. Ferner wird die Ausgleichszeit, in der sich das Temperaturgefälle in der Wandung des erwärmten Werkstückes auf einen Mittelwert einpendelt, verkürzt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Krümmung des Reflektors zur Erzielung einer gleichmäßigen Erwärmung des Werkstückes der Form des Werkstückes angepaßt. Es kann so die Form des zu erwärmenden Werkstückes stets bei der Ausbildung des Reflektors übernommen werden und der Reflektor kann mehrachsig ausgebildet sein.

Ferner kann der Brennfleck bzw. die Brennflecklinie des Reflektors gleich oder kleiner als die Querschnittsfläche des zu erwärmenden

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Werkstückes sein. Das zu erwärmende Werkstück ist zweckmäßig im Brennfleckbereich des Reflektors angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung weist der Reflektor eine parabolische oder elliptische Form auf. Diese parabolischen oder elliptischen Formen können aber in vorteilhafter Weise durch angenäherte Kreisbahnen ersetzt werden, die fertigungstechnisch einfacher herzustellen sind.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind in Bewegungsrichtung des Werkstückes mehrere Reflektoren gegenüber dem Strahler angeordnet, und ist deren Achsenabstand gleich dem Abstand der Werkstücke voneinander. Dabei sind die Reflektoren so angeordnet, daß sie den gesamten Teilungsabstand zwischen den Werkstücken überbrücken, so daß keine StrahlungsVerluste auftreten.

Schließlich wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Strahlung von wenigstens einem Infrarot-Hellstrahler erzeugt. Da, wie bereits eingangs erwähnt, bei Verwendung von ilellstrahlern das Temperaturgefälle innerhalb der Wandung des Halbzeuges erheblich vermindert wird, werden vorzugsweise Hellstrahler als Strahlungsquelle verwendet, insbesondere bei der Erwärmung dickwandiger Halbzeuge mit einer Wanddicke von etwa 3 mm. Solche Hellstrahler sind jedoch im Hinblick auf eine zusatzliehe Aufheizung durch reflektierte Strahlung wesentlich empfindlicher als die bekannten Dunkelstrahler. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Reflektoren ist es möglich, nunmehr Hellstrahler mit ihren genannten Vorteilen zu verwenden und deren Lebensdauer wesentlich zu erhöhen.

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Jßin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der

jeinzigen Figur der Zeichnung erläutert, in der eine Vorrichtung

izum Erwärmen von thermoplastischen Werkstücken in perspektivischer jknsicht dargestellt ist.

In der Zeichnung wird die eine Seite eines Heizkanals von Infrarot-Strahlern 1o gebildet. Die durch den Heizkanal hindurchgeführten Werkstücke aus thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise rohrjförmige Vorformlinge, sind mit 12 bezeichnet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Heizkanals sind den zu erwärmenden Werkstücken 12 Hohlspiegel 14 als Sekundärreflektoren zugeordnet, in deren Brennflecklinie 16 jeweils ein Werkstück 12 steht. Die Bewegungsrichtung der Werkstücke 12 und der Reflektoren 14 ist mit einem Pfeil

Verdeutlicht. Jedes Werkstück 12 wird sowohl von der direkten, vom] Infrarot-Strahler 1o emittierten Strahlung 18, als auch von der vo: Reflektor 14 reflektierten und gesammelten Strahlung 2o erwärmt.

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Die Reflektoren können auch feststehend angeordnet sein, doch soll-!

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ten in diesem Fall die Werkstücke schrittweise bewegt werden, sonst ider angestrebte Erfolg, nämlich die Erhöhung des thermischen Wir- j jcungs grades und die Entlastung der Strahler nicht voll erreicht Vorzugsweise werden daher die einzelnen Reflektoren zusammen

jiiit den Werkstücken an der Strahlerfläche vorüberbewegt, sodaß die j

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in der Zeichnung dargestellten Strahlungsverhältnisse stets gleich gehalten werden.

iei jedem Werkstück 12 ist somit die Strahlungsenergie nutzbar geiaacht, die der Teilung der sich am Infrarot-Strahler vorbei bewe-

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genden Werkstücke entspricht. Die gesamte vom Strahler abgestrahlt Energie wird von den Werkstücken verbraucht und nicht dem Strahler zurück reflektiert. Dadurch wird der Strahler nicht überlastet Die auftretende Konvektion ist gering und der thermische Wirkungsgrad ist hoch.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken aus Kunststoff, die zwischen wenigstens einem Infrarot-Strahler und einer die Strahf lung reflektierenden Fläche hindurchführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche gegenüber dem StrahJ-ler (1o) als gekrümmter Reflektor (14) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Reflektors (14) zur Erzielung einer gleichmäßigen Erwärmung des Werkstückes der Form des Werkstückes angepaßt ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleck bzw. die Brennflecklinie (16) des Reflektors gleich oder kleiner als die Querschnittsfläche des zu erwärmenden Werkstücks ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine parabolische oder elliptische Form aufweist. _Q

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j. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine angenäherte zylindrische Form aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist.

1, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor zusammen mit den Werkstücken am

Strahler entlanggeführt ist. . ί

ϊ. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- j zeichnet, daß in Bewegungsrichtung des Werkstücks mehrere Refleltj toren (14) gegenüber dem Strahler angeordnet sind, deren Achsen4

abstand gleich dem Abstand der Werkstücke ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren unmittelbar einander anschließend nebeneinander angeordnet sind,

Iq.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung von wenigstens einem Infrarot-Hell-i strahier erzeugt wird.

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L e e r s e ί t e