DE60316839T2

DE60316839T2 - Ofen zum erwärmen von sich bewegenden behälterzuschnitten aus thermoplastischem material

Info

Publication number: DE60316839T2
Application number: DE60316839T
Authority: DE
Inventors: Alain Evrard; Frederic Lecomte; Nasser Takhedmit
Original assignee: Sidel Participations SAS
Current assignee: Sidel Participations SAS
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: US7291811B2; JP2006509665A; AU2003296808A1; DE60316839D1; EP1575755B1; CN100526050C; CN1723115A; PT1575755E; ATE375242T1; FR2848495B1; EP1575755A1; FR2848495A1; JP4275628B2; US20060011604A1; WO2004062885A1; ES2295700T3

Description

Die vorliegende Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet der Herstellung von Behältern wie Flaschen, Flakons, ..., aus thermoplastischem Material wie PET oder PEN, durch Blasen oder Streckblasen von Ausgangsbehältern oder Rohlingen (Vorformen, Zwischenbehälter), und spezifischer betrifft die Erfindung die Phase des Erwärmens der Rohlinge, das vor dem Schritt des Blasens oder Streckblasens durchgeführt wird, um den Kunststoff weich und verformbar zu machen.
Genauer betrifft die Erfindung Verbesserungen an den Öfen zur Erwärmung der Rohlinge im Vorbeilauf, insbesondere der Vorformen oder Zwischenbehälter aus thermoplastischem Material, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnt wird.
Damit der Streckprozess auf dem ganzen Körper des Rohlings korrekt und regelmäßig abläuft, ist es notwendig, dass die Gesamtheit des thermoplastischen Materials auf eine ausreichende Temperatur gebracht wird, um erweicht zu werden, ohne dass diese Temperatur aber zu hoch ist, um die Kristallisation des Materials zu vermeiden. Dies bedingt, dass trotz der schlechten Leitfähigkeit des thermoplastischen Materials eine ausreichende Wärmemenge (die zum Beispiel in bekannter Weise durch eine Infrarotstrahlung erzeugt wird) sich durch die Gesamtheit der Dicke der Wand des Rohlings ausbreitet (Durchwärmen).
Bei manchen Heizmitteln, wie den Infrarotlampen, nützt es nichts, die Emissionsleistung der Infrarotstrahlung zu forcieren, um zu versuchen, schneller zu diesem Ergebnis zu kommen, da die mittelmäßige Wärmeleitfähigkeit des thermo plastischen Materials eine gewisse Zeitspanne erfordert, um zu einem Durchwärmen zu kommen, und eine Verkürzung dieser Dauer durch eine Erhöhung der Leistung der Infrarotstrahlung kann zu einer Kristallisation des Oberflächenmaterials der Außenseite der Wand führen. Eine solche Lösung muss also unbedingt verworfen werden.
Es muss also eine Lösung des Problems in einer Verlängerung der Zeit des Verweilens des thermoplastischen Materials in den Heizmitteln gesucht werden.
Eine denkbare Lösung könnte darin bestehen, die vor den seitlich angeordneten Heizmitteln vorbeilaufenden Rohlinge zu verlangsamen. Es ist aber anzumerken, dass die Behälterhersteller außerdem ständig versuchen, den Herstellungstakt zu erhöhen, was insbesondere durch eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Maschinen erreicht werden kann. Ein solches Streben steht also im Gegensatz zu einem Verlangsamen der Verschiebegeschwindigkeit der Fertigungsstraße an einem beliebigen Punkt dieser Straße. Diese Lösung muss also auch verworfen werden.
Sicher könnte man eine Verringerung der Vorbeilaufgeschwindigkeit der Rohlinge im Ofen (zum Beispiel Halbieren der Geschwindigkeit) in Betracht ziehen, aber indem zwei parallel gespeiste Ofen verwendet werden: die Gesamtverarbeitungskapazität würde dann beibehalten. Diese Lösung wäre aber zu kostspielig, sowohl bezüglich der Ausrüstung als auch der Energie, sie muss also auch verworfen werden.
Eine interessante Lösung kann darin bestehen, die Länge des Ofens zu vergrößern, was bei einer gegebenen Vorbeilaufgeschwindigkeit der Rohlinge zur Erhöhung der Verweildauer führt. Es wird dann möglich, eine Reduzierung der Emissionsleistung der Heizmittel in Betracht zu ziehen, was durch die Tatsache erlaubt wird, dass man dann der Wärme die nötige Zeit lässt, sich durch die Dicke der Wand der Rohlinge auszubreiten. Diese Lösung führt zwar zu Mehrkosten der Ausrüstung, um den Ofen zu verlängern, aber bei der Nutzung erweist sie sich aufgrund der Reduzierung (die bis zu 35% gehen kann) der für die Wärmebehandlung der Rohlinge notwendigen Energie als wirtschaftlich.
Obwohl diese Lösung aus den oben erwähnten Gründen global interessant ist, hat sie einen Nachteil aufgrund der großen Länge des so gestalteten Ofens, die sich in der Praxis als schwierig umsetzbar erweist.
Die Druckschrift US 3 787 170 offenbart eine Heizanlage für Vorformen, wobei Heizelemente zwischen zwei parallelen Trumen eines Transportgeräts für Vorformen angeordnet sind. Jedes Heizelement besteht aber aus strahlenden Feldern, die je aus Heizwiderständen gebildet sind, die zu beiden Seiten einer Trägerplatte angeordnet sind, die im Wesentlichen isolierend ist und verhindert, dass die von den auf einer Seite der Trägerplatte befindlichen Heizwiderständen erzeugte Wärme durch die Platte auf die andere Seite gelangen kann.
Diese bekannte Anlage arbeitet also wie eine doppelte Anlage, bei der die auf den entsprechenden Seiten der Trägerplatte Rücken an Rücken angeordneten Heizwiderstände nur den halben Raum heizen, zu dem sie gerichtet sind.
Eine solche Anlage verleiht den Heizmitteln in keiner Weise optimale Betriebsbedingungen.
Die Druckschrift US 4 025 294 offenbart eine Heizanlage mit Heizbändern, die im Wesentlichen wie die vorhergehende angeordnet ist und die folglich die gleichen Nachteile aufweist.
Unter diesen Bedingungen schlägt die Erfindungen eine perfektionierte Lösung vor, die es ermöglicht, dem geäußerten Bedürfnis einer längeren Verweildauer der Rohlinge in den Heizmitteln unter gleichzeitiger Vermeidung der verschiedenen Nachteile der oben dargelegten Lösungen zu entsprechen.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung einen Ofen zum Erwärmen von Rohlingen im Vorbeilauf vor, insbesondere von Vorformen oder Zwischenbehältern aus thermoplastischem Material, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnt, wobei der Ofen erfindungsgemäß angeordnet und durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erwähnten Merkmale gekennzeichnet ist.
Vorzugsweise sind die zwei Zweige an einem ihrer Enden durch einen schleifenförmigen Transportabschnitt verbunden, der sich außerhalb der Wirkungszone der Heizmittel befindet und der dadurch eine thermische Stabilisierungszone der Rohlinge bildet.
Aufgrund dieser Anordnung durchquert jeder Rohling den Ofen mindestens zweimal, mit einer Unterbrechung zwischen diesen zwei Erwärmungsphasen, die dem Umkehrweg der Transportmittel entspricht und einen Schritt der Stabilisierung bildet, während dem die Wärme weiter innerhalb des Materials streut. Die Dauer der Erwärmung wird so verdoppelt, und führt zu einer Wärmebehandlung des thermoplastischen Materials, die unter optimalen Bedingungen durchgeführt wird, was zu einer homogenen Durchwärmung des gesamten Kunststoffmaterials führt.
Auf struktureller Ebene wird das erwähnte vorteilhafte Ergebnis mit einer einzigen Gruppe von Heizmitteln erhalten, deren Wirksamkeit dadurch verdoppelt wird, dass hier ihre Strahlung in zwei Richtungen und nicht mehr wie bisher in einem klassischen Ofen in einer Richtung genutzt wird.
Es sind zwar bereits (siehe zum Beispiel die Druckschriften EP-A-0 868 284 und DE-A-24 27 611 ) Ofenanordnungen mit zwei Durchgangsreihen der zu behandelnden Gegenstände zu beiden Seiten der Heizmittel bekannt, aber in diesen bekannten Anordnungen verschieben sich die zwei Reihen von zu erwärmenden Gegenständen in gleicher Richtung. Diese bekannten Öfen ermöglichen es, die Verarbeitungskapazität zu verdoppeln, aber jeder Gegenstand durchquert den Ofen nur einmal. Daher wird die Verweildauer jedes Gegenstands nicht bezüglich der Verweildauer eines Gegenstands verlängert, der einen traditionellen Ofen (d. h. mit einer einzigen Reihe von Gegenständen) gleicher Länge durchquert.
Darüber hinaus stellt man fest, dass in einem Ofen mit doppeltem Durchgang in entgegengesetzten Richtungen, wie gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die zwei aufeinanderfolgende Verweildauern jedes Gegenstands in den Heizmitteln, die sich durch eine Erhöhung der Verweildauer ausdrücken, vorteilhafterweise von einer Reduzierung der Leistung der von den Heizmitteln emittierten Strahlung und somit von einer Reduzierung der verbrauchten Stromleistung begleitet werden kann, was für den Benutzer ganz besonders interessant ist (Versuche haben bewiesen, dass die erhaltene Ersparnis mit Infrarotlampen 50% erreicht und sogar überschreitet).
In einer interessanten Ausführungsform weist der Ofen zwei Paare von parallelen Transportzweigen mit Heizmitteln auf, die je zwischen den zwei Zweigen jedes Paars angeordnet sind, wobei die vier Transportzweige durch schleifenförmige Transportabschnitte in Reihe aneinander angeschlossen sind, die sich außerhalb der Wirkungszonen der Heizlampen befinden. Um einen kompakten Ofen zu bilden, ist es vorteilhaft, wenn die vier Transportzweige zueinander parallel sind und wenn die Zweige vorzugsweise im Wesentlichen geradlinig sind.
In an sich bekannter Weise kann man vorzugsweise den Heizmitteln Reflektoren zuordnen, die auf der Seite jedes Transportzweigs entgegengesetzt zu derjenigen angeordnet sind, die von den Heizmitteln besetzt ist.
Die Erfindung wird besser verstanden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung einiger Ausführungsformen, die als nicht einschränkend zu verstehende Beispiele angegeben werden. In dieser Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Schema, das eine Ofenanordnung darstellt, die die Merkmale der Erfindung aufweist, und
2 ein vereinfachtes Schema, das ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Ofens darstellt, das die Mermale der 1 hat.
Zunächst unter Bezug auf 1 ist ein Ofen 1 dazu bestimmt, Rohlinge im Vorbeilauf zu erwärmen, insbesondere Vorformen oder Zwischenbehälter aus thermoplastischem Material wie PET oder PEN, wobei ein solcher Ofen insbesondere vor einer Blasanlage oder einer Streckblasanlage zur Herstellung von Behältern angeordnet sein kann.
Der Ofen 1 weist Transportmittel 2 auf, die in der Lage sind, Rohlinge (nicht dargestellt) nacheinander zu tragen und zu verschieben und gleichzeitig jeden von ihnen um seine eigene Achse zu drehen. In an sich bekannter Weise können diese Transportmittel aus einer gelenkten Folge oder Kette von Tragvorrichtungen ("Drehblöcke") bestehen, die in der Lage sind, die Rohlinge an ihrem Hals zu tragen, während gleichzeitig diese Tragvorrichtungen in Drehung versetzt werden (zum Beispiel durch Verzahnung eines damit fest verbundenen Zahnrads mit einer Kette oder seitlichen ortsfesten Zahnstange), so dass jeder Rohling bei seiner Verschiebung gleichzeitig in Drehung versetzt wird, damit sein Körper über seinen ganzen Umfang den Heizmitteln 3 ausgesetzt wird, die seitlich zu den Transportmitteln angeordnet sind.
Erfindungsgemäß sind die Transportmittel 2 so angeordnet, dass mindestens zwei Transportzweige 4, 5 sich im Wesentlichen parallel zueinander und nahe beieinander erstrecken, indem sie entgegengesetzte Verschiebungsrichtungen haben. Die zwei Zweige 4, 5 werden nacheinander (in Reihe) von den Rohlingen durchlaufen, wie es durch die Pfeile 6 symbolisch dargestellt ist.
Die Heizmittel 3 sind zwischen den zwei Zweigen 4, 5 der Transportmittel 2 angeordnet und sind so eingerichtet, dass sie zweiseitig arbeiten und gleichzeitig die Rohlinge erwärmen, die in Gegenrichtung auf den zwei Zweigen 4, 5 der Transportmittel umlaufen.
Als Beispiel sind in 1 die Heizmittel 3 dargestellt, hier in Form von drei aufeinanderfolgenden Einheiten 7 von Infrarot-Heizlampen.
Die zwei Zweige 4, 5 der Transportmittel, die in einer bevorzugten Ausführungsform im Inneren des Ofens im Wesentlichen geradlinig sind, wie in 1 dargestellt, werden an einem Ende (dem rechten in 1) des Ofens 1 auf einfache Weise durch einen schleifenförmig ausgebildeten Abschnitt 8 der Transportmittel miteinander verbunden.
Abgesehen von seiner Funktion der Verbindung zwischen den den Ofen durchquerenden Zweigen 4, 5 hat der schleifenförmige Abschnitt 8 der Transportmittel ebenfalls die Aufgabe einer Stabilisierungszone, die es der Wärme ermöglicht, sich weiter im Inneren des thermoplastischen Materials auszubreiten und eine übermäßige Erwärmung der Außenseite des Körpers der Rohlinge zu vermeiden.
In an sich bekannter Weise ist der Ofen 1 mit Reflektoren 9 ausgestattet, die gegenüber den Heizmitteln 3 auf der anderen Seite der Zweige 4, 5 der Transportmittel angeordnet sind.
In einem erfindungsgemäß eingerichteten Ofen läuft jeder Rohling zweimal nacheinander vor den Heizmitteln vorbei, mit einer Zwischenperiode der thermischen Stabilisierung. Bei einem Ofen von gegebener Länge erhält man die gleiche Heizdauer jeder Vorform mit einer großen Verringerung der Leistung der Heizmittel und somit des Stromverbrauchs, ohne Erhöhung der Anzahl von Heizlampen und ohne Vergrößerung der Nutzlänge des Ofens – im Vergleich mit einem traditionellen Ofen mit einer einzigen Transportreihe –, während die Vorformen homogener erwärmt und durchgewärmt werden.
In 2 ist schematisch ein konkretes Beispiel eines Ofens dargestellt, der die obigen Merkmale aufweist. In der Praxis besteht die in 2 dargestellte Einrichtung darin, die in 1 dargestellte Anordnung zu verdoppeln (Bereiche A und B), wobei die Rohlinge dann vier aufeinanderfolgende Durchquerungen des Ofens – und somit vier aufeinanderfolgende Erwärmungen – durchführen, unterbrochen von Perioden der thermischen Stabilisierung.
Die in E ankommenden Rohlinge werden von Lademitteln 10 (wie einem Übergaberad) an die Transportmittel 2 geliefert, die in Form einer Kette 2 in geschlossener Schleife von Tragvorrichtungen ausgebildet sind. Die Kette 2 dringt dann in den Bereich A des Ofens 1 über ihren Zweig 4A ein, wo die Rohlinge eine erste Erwärmung, und dann, nach Durchgang durch den schleifenförmigen Abschnitt 8A, eine zweite Erwärmung auf dem Zweig 5A erfahren.
Die Rohlinge gehen dann auf einen ebenfalls eine thermische Stabilisierungszone definierenden Anschlussabschnitt 11, der sie zum zweiten Bereich B des Ofens bringt, in dem sie einer analogen Strecke folgen: Zweig 4B mit Erwärmung, schleifenförmiger Abschnitt 8B mit thermischer Stabilisierung, Zweig 5B mit Erwärmung.
Am Ausgang des Zweigs 5B führt ein Abschnitt 12 die Rohlinge zu Entlademitteln 13 (wie einem "Auswurf"-Rad), wo sie von den Tragvorrichtungen der Kette 2 gelöst (die zu den Lademitteln 10 zurückkehrt) und in S zum Beispiel zu einer Blas- oder Streckblaseinheit abgeführt werden. Da die Entlademittel 13 nicht direkt an den Ausgang des Ofens angefügt sind, bildet der Abschnitt 12 auch eine Zone der thermischen Stabilisierung, die die Streuung der Wärme innerhalb des thermoplastischen Materials vollendet.
Die vier Zweige 4A, 5A, 4B, 5B können zueinander parallel sein, so dass es möglich ist, einen Ofen von einfacher und kompakter Gestaltung zu bilden, mit einem geringeren Wärmeverlust. Außerdem kann man im zentralen Bereich zwischen den Bereichen A und B des Ofens dem Betrieb dieser beiden Bereiche gemeinsame Organe anordnen, und insbesondere ein Gebläse, das den Rohlingen Gas zur Kühlung der Oberfläche liefert.

Claims

Ofen (1) zum Erwärmen von Rohlingen, insbesondere Vorformen oder Zwischenbehältern, aus thermoplastischem Material im Vorbeilauf, wobei dieser Ofen Transportmittel (2), die geeignet sind, um Rohlinge nacheinander zu tragen und zu verschieben und gleichzeitig jeden von ihnen um seine eigene Achse zu drehen, und Heizmittel (3) aufweist, die seitlich zu den Transportmitteln (2) angeordnet sind, um die Körper der in Bewegung befindlichen Rohlinge zu erwärmen, wobei die Transportmittel (2) eingerichtet sind, um mindestens zwei Transportzweige (4, 5) aufzuweisen, die sich im Wesentlichen parallel zueinander und in umgekehrten Transportrichtungen erstrecken, wobei die zwei Zweige nacheinander von den Rohlingen durchlaufen werden, wobei die Heizmittel (3) zwischen den zwei parallelen Transportarmen (4, 5) angeordnet sind, die sich nahe beieinander erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (3) eine einzige Gruppe von Heizlampen mit Infrarotstrahlung aufweisen, die zwischen den zwei Transportzweigen angeordnet sind, wodurch diese Lampen zweiseitig und gleichzeitig die Rohlinge erwärmen, die in Gegenrichtungen auf den zwei Transportzweigen vorbeilaufen.
Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Transportzweige (4, 5) an einem ihrer Enden durch einen schleifenförmigen Transportabschnitt (8) miteinander verbunden sind, der sich außerhalb der Wirkungszone der Heizlampen befindet.
Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Paare von parallelen Transportzweigen (4A, 5A; 4B, 5B) mit Heizlampen (3A; 3B) aufweist, die je zwischen den zwei Zweigen jedes Paars angeordnet sind, wobei die vier Transportzweige durch schleifenförmige Transportabschnitte (8A; 8B) aneinander angeschlossen sind, die sich außerhalb der Wirkungszonen der Heizlampen befinden.
Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Transportzweige (4A, 5A; 4B, 5B) zueinander parallel sind.
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportzweige (4, 5) im Wesentlichen geradlinig sind.
Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Reflektoren (9) auf der Seite jedes Transportzweigs entgegengesetzt zu derjenigen angeordnet sind, die von den Heizlampen (3) besetzt ist.