EP2507033A2 - Ofen zum konditionieren von vorformlingen - Google Patents

Ofen zum konditionieren von vorformlingen

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Publication number
EP2507033A2
EP2507033A2 EP10772981A EP10772981A EP2507033A2 EP 2507033 A2 EP2507033 A2 EP 2507033A2 EP 10772981 A EP10772981 A EP 10772981A EP 10772981 A EP10772981 A EP 10772981A EP 2507033 A2 EP2507033 A2 EP 2507033A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
preform
heating chamber
oven according
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10772981A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Winzinger
Christian Holzer
Wolfgang Schönberger
Konrad Senn
Andreas Wutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP2507033A2 publication Critical patent/EP2507033A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/02—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
    • B29B13/023—Half-products, e.g. films, plates
    • B29B13/024—Hollow bodies, e.g. tubes or profiles
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    • B29C49/6445—Thermal conditioning of preforms characterised by temperature differential through the preform length
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    • B29C49/681—Ovens specially adapted for heating preforms or parisons using a conditioning receptacle, e.g. a cavity, e.g. having heated or cooled regions
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    • B29C49/42—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C49/78—Measuring, controlling or regulating

Definitions

  • the invention relates to a rotary type kiln for conditioning preforms according to the preamble of claim 1.
  • Containers to be produced in the blow-molding or stretch blow molding process are formed from so-called preforms or preforms, which must be heated to a desired process temperature before the actual blowing process.
  • preforms or preforms which must be heated to a desired process temperature before the actual blowing process.
  • individual wall areas of the preform are to be heated in a metered manner, preferably with infrared radiation.
  • a continuous stream of preforms is passed through a furnace with appropriately adapted irradiation sections.
  • a problem of such ovens is to introduce as much of the radiated heat output as possible in the preforms.
  • the published patent application DE 10 2006 015853 A1 proposes to heat preforms into individual irradiation chambers surrounding the preforms in each case circumferentially, wherein the individual chambers are arranged in the form of a carousel.
  • each preform is heated both by the inner wall of the chamber designed as a ceramic infrared radiator and by a rod-shaped infrared radiator introduced into the preform.
  • the preform is introduced completely into the irradiation chamber.
  • it remains unclear how the temperature distribution in the individual chambers can be influenced flexibly and as independently as possible, and how the heat output delivered in the chamber can be used as effectively as possible for heating the preform.
  • the heating chambers of DE 10 2006 015853 A1 are predominantly thermally insulated radially outwards, they are in direct contact with each other, so that heat equalization between the heating chambers is possible.
  • the chambers are open at the top, so that heat can escape unused and uncontrolled.
  • Materials suitable for the insulating layer are preferably plastics, in particular PET, polyethylene, polystyrene, Neopor or polyurethane, but also aluminum, in particular layered aluminum, ceramics, mineral bevels such as glass or rock wool, ceramic film in a layer composite with other materials, wood or cork.
  • plastics in particular PET, polyethylene, polystyrene, Neopor or polyurethane, but also aluminum, in particular layered aluminum, ceramics, mineral bevels such as glass or rock wool, ceramic film in a layer composite with other materials, wood or cork.
  • Other conceivable materials would be composite pulp systems, hemp, flax, coconut or reed slabs.
  • Mineral foams such as aerated concrete, pumice, (Prelite) expanded clay, expanded mica, calcium silicate or foam glass can also be used.
  • composite layers comprising any selection from the materials mentioned.
  • a lid is provided on the recess of the heating chamber in order to close the heating chamber thermally insulating in the unpopulated state. This minimizes temperature fluctuations in the heating chamber and further reduces thermal losses.
  • the holding device comprises at least one gripping element, which can be cooled by a liquid and / or air flow, for holding and cooling a mouth region of the preform during the irradiation. This can ensure that the mouth region, which should remain unchanged during the blowing process, is not heated inadmissibly, so that sufficient stability of the mouth region during the irradiation and the subsequent blowing process is ensured.
  • At least one ventilation inlet for the eccentric injection of cooling air into the preform is provided on the holding device in order to convey the injected cooling air substantially along the inside of the preform wall.
  • at least one ventilation inlet for introducing a cooling air flow and a ventilation outlet for discharging the air flow are provided on the heating chamber in order to convey cooling air along the outside of the preform wall. This makes it possible to prevent the outside of the preform from becoming disproportionately heated compared to a central wall region or the inside of the preform.
  • the heating chamber and the holding device are rotatably mounted to each other to swirl the cooling air flow in the heating chamber and / or helically along the preform.
  • the surface of the preform can be uniformly cooled circumferentially.
  • At least one temperature sensor for determining an internal temperature is provided in the heating chamber, the oven further comprising a control unit for setting an infrared heating power and / or a cooling air flow in the heating chamber on the basis of the determined internal temperature.
  • a timing of the heating of the preform can be set in the heating chamber and / or a certain temperature level can be maintained in the heating chamber.
  • a preferred embodiment of the invention further comprises air guiding devices, which are inclined and / or curved against a direction of rotation of the heating wheel, in order to guide air accumulated by rotation of the heating wheel against the heating chambers.
  • air guiding devices which are inclined and / or curved against a direction of rotation of the heating wheel, in order to guide air accumulated by rotation of the heating wheel against the heating chambers.
  • the heating chamber comprises at least one radiant heater in the form of a heating coil embedded in a ceramic layer, the ceramic layer being adapted for emission in the range from 2 to 3.5 ⁇ m.
  • the ceramic layer By the ceramic layer, a larger and more uniform radiating surface compared to the heating coil can be provided and the spectral range of the radiated heat radiation and its spatial distribution can be adapted to produce a desired temperature distribution in the preform. In the wavelength range of 2 to 3.5 ⁇ a particularly large proportion of the radiated heat radiation is absorbed in the preform, so that the heating can be particularly well focused on a specific wall area.
  • the heating chamber comprises at least one radiant heater in the form of a light radiator with a maximum radiation at a wavelength of less than 2 ⁇ , in particular a bright radiating halogen radiator, a bright light emitting diode and / or a bright-emitting laser.
  • a light radiator with a maximum radiation at a wavelength of less than 2 ⁇ in particular a bright radiating halogen radiator, a bright light emitting diode and / or a bright-emitting laser.
  • Such radiators can be based on low inertia control time particularly accurate and allow adaptation of the irradiation spectrum to different preform materials and material thicknesses. Due to the comparatively low absorption in the wall of the preform, the light radiation can excite a passive radiator arranged on the rear side of the irradiated wall.
  • the heating modules further each comprise a heating rod for irradiating an inner wall portion of the preform with infrared radiation, the apparatus being further adapted to raise and lower the holding device and / or the heating rod to insert and withdraw the heating rod into the preform.
  • the additional heating rod With the additional heating rod, the wall of the preform can be uniformly irradiated and heated over its entire thickness.
  • wall areas can thereby be irradiated, in particular in the vicinity of the mouth region of the preform, which can only be irradiated inadequately by the outer radiant heater.
  • the lifting device also facilitates the axial profiling of the preform by targeted irradiation of axial areas of the preform.
  • the heating modules further comprise a thermally insulating housing for the heating element, in which the heating element can be withdrawn, wherein on the housing in particular a lid is provided to close the housing with retracted heating rod thermally insulating.
  • a plurality of radiators with different and / or separately adjustable heating power are provided on the heating rod in the longitudinal direction.
  • an axial thermal profiling of the preform wall, in particular on the inside be facilitated by selective activation of the individual radiator.
  • a temporal variation of the axial profiling is possible without moving the heating element in the preform.
  • At least one ceramic layer for emitting infrared light is provided on the heating element, in particular by converting bright radiation having a radiation maximum at a wavelength of less than 2 ⁇ into a longer wavelength radiation having a wavelength in the range from 2 to 3.5 ⁇ .
  • This makes it possible to operate the heating element completely or additionally passive by acting from the outside of the preform radiant radiation through the wall acts on the heating element and is converted by this into radiation which is particularly effective for heating the inside of the preform.
  • a radiation shield which can be cooled by a liquid and / or air stream is provided on the heating element and / or the holding device in order to shield and / or cool the mouth region with respect to the infrared radiation emitted by the heating element.
  • the heating chambers are thermally insulated from each other.
  • the heating chambers are thermally insulated only to the outside and communicate with each other in heat exchanging contact.
  • the mouth regions of the preform are cooled directly with an air flow. This can be formed by a fan inside or outside the furnace and routed via lines to the areas to be cooled.
  • the heating chambers are each cooled by a separate fan.
  • the preforms are not suspended but taken up in the vertical direction with the mouth region down in the heating chamber.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a furnace according to the invention with circumferentially uniformly distributed heating chambers.
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a heating chamber of a first embodiment with a central heating element introduced into a preform
  • FIG. 3b shows schematic longitudinal sections through variants of the heating chamber
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section through an alternative embodiment of the heating chamber according to the invention with a movable shielding
  • FIG. 5 shows a schematic longitudinal section through an alternative variant of the heating chamber with a cooled gripper
  • FIG. 6b show schematic longitudinal sections through alternative embodiments of the heating chamber according to the invention with a cooling function for the outer wall of the heated preform
  • FIG. 7 is a schematic representation of air cooling for the heated by a heating mandrel interior of the preform.
  • Fig. 8 is a plan view of an embodiment of the furnace with Lucasleitvorraumen for
  • FIG 9 shows a schematic longitudinal section through a heating chamber with temperature sensors.
  • the furnace 1 is designed as a rotary and comprises a rotatably mounted heating wheel 2, on the circumferentially evenly distributed heating modules 3 are arranged, the number of which can differ from the example shown and each have a heating chamber 4 for heating each comprise a preform 5 and a holding device 7 for holding the preform 5, wherein the holding device 7 can be moved via a lifting device 9 at least in the axial direction with respect to the longitudinal axis 5 'of the preform 5.
  • the holding devices 7 and the lifting devices 9 are set up so that they each can take over a preform 5 from a conventional inlet starwheel (not shown) and lower it into the heating chamber 4.
  • the heated preform 5 can be transferred from the holding device 7 and the lifting device 9 to a conventional outlet star (not shown) for further processing of the preform 5.
  • an insulation layer 10 is provided on the heating chambers 4 in each case.
  • the insulating layer 10 surrounds the heating chamber 4, preferably with the exception of an opening 4a of the heating chamber for introducing the preform 5 into the heating chamber 4.
  • the heating chamber 4 is completely enclosed by the insulating layer 10 with respect to the main axis 5 'of the preform 5 to be introduced. As a result, a heat exchange between the heating chambers 4 of the individual heating modules 3 is largely avoided.
  • FIG. 2 also shows an optional heating rod 13, which can be lowered into the preform 5 via the lifting device 9. At least one heating element or emitter 15 is provided on the heating rod 13 for irradiating the inner side 5b of the preform 5, wherein the emitters 15 (in the example eight pieces) are preferably provided separately. are controllable.
  • the holding device 7 is not shown in FIG. 2 for the sake of clarity.
  • a sleeve-shaped shielding member 17 is further indicated, which surrounds the heating element 13 in an annular shape, and which shields an opening region 5c of the preform 5 relative to the heating element 13 optically and thermally.
  • the shielding element 17 can be cooled by an air flow or a liquid.
  • Figs. 3a and 3b show different variants of the heating elements 11 and 15, which can be combined with each other depending on the embodiment.
  • the insulation layer 10 is only indicated for the sake of clarity.
  • a plurality of heating elements 11 of the heating chamber 4 are formed as axially stacked, annular functional ceramics. These are preferably each actively heated with a wire helix (not shown).
  • the heating elements 11 preferably radiate in the wavelength range of 2 to 3.5 ⁇ .
  • a radiator or heating element 15 is also in the form of a functional ceramic with active heating by a wire coil (not shown) is formed.
  • the preferred spectral range is also for the heating element 15 of the heating element 13 between 2 and 3.5 ⁇ .
  • a plurality of annular heating elements 15 could be stacked in the axial direction one above the other.
  • a heating element 15 in the form of a passive functional ceramic is provided on the heating rod 13. Passive means in this context that the heating element 15 is not provided with its own power supply, but in the heating chamber 4 radiated heat radiation either reflected and / or converted into a heat radiation with a longer wavelength.
  • the heating elements 11 is designed as a light radiator whose radiation is absorbed comparatively weakly in the wall 5d of the preform 5, so that the heating element 15 can also be effectively irradiated with light radiation through the wall 5d.
  • the radiation emitted by the passive radiator 15 then preferably has a greater wavelength and is absorbed comparatively strongly in the wall 5 d of the preform 5.
  • radiators 11 for example light radiators 11a in the form of halogen radiators, a light-emitting diode 11b, which are each characterized in that they have a radiation maximum at a wavelength of less than 2 ⁇ m.
  • a laser would be suitable as a light radiator.
  • a second functional ceramic 11c which may be designed, for example, as a passive functional ceramic for converting an irradiated wavelength into a longer-wave thermal radiation can, and a heated with a heating coil, active functional ceramic 11d with a specially adapted spectral radiation behavior.
  • the various variants of the radiant heater 1 1 can be combined in any way with each other to heat circumferential or axial portions of the preform 5 with selected beam characteristics.
  • FIGS. 3 a and 3 b Shown in FIGS. 3 a and 3 b is the shielding element 17, with which the mouth region 5 c of the preform 5 is protected against excessive irradiation.
  • the inside of the heating chamber wall 4b, 4c is preferably provided with a heat radiation reflecting coating 19 at the locations where no radiant heaters 11 are provided.
  • the radiant heaters 11 and 15 could alternatively emit electromagnetic radiation in another wavelength range, for example microwave radiation, as an alternative to infrared radiation.
  • the radiators are not limited to the rotationally symmetrical shapes shown.
  • different radiators 11, 15 may be formed only as circumferential segments, for example as ring segments.
  • FIG. 4 shows a variant of the heating module 3, in which a cover 21 is provided on the heating chamber 4, with which the opening 4a of the unpopulated heating chamber 4 can be closed, as indicated on the right side of FIG.
  • the equipped with a preform 5 heating chamber 4 is shown on the left side of Fig. 4.
  • the lid 21 is preferably designed so that it acts thermally insulating and heat radiation reflecting.
  • a thermally insulating housing 23 is provided for the heating element 13, on which a cover 25 is formed, which can be closed at unpopulated heating chamber 4, so that the drawn back into the housing 23 heater 13 is thermally insulating and heat radiation is reflective protected against cooling ,
  • an infrared radiation reflecting layer 19 is provided on the inner sides of the housing 23 and the lid 21 and 25.
  • the covers 21 and 25 could be made in one piece and, for example, for closing the heating chamber 4 and the housing 23 are pivoted before this. But they can also be designed in several parts and, for example, as indicated in Fig. 4 by block arrows, are pushed apart or together. For simplicity, the associated operating mechanisms and the holder of the heating element 13 are not shown.
  • a heating of the chambers 4 or of the heating elements 13 after the furnace 1 has been switched on could also be accelerated until an operating temperature is reached.
  • a holding device 7 is shown with a cooled gripper 27 which surrounds the mouth region 5c of the preform 5 from the outside like a pincers.
  • a gripper 27 it would also be possible to form a gripper 27 on the holding device 7, which holds the mouth region 5c from the inside.
  • the gripper 27 is preferably provided with cooling fins 28 in order to cool the gripper 27 by convection, in particular with air, from the outside.
  • liquid cooling in which a cooling liquid flows through the gripper in a manner comparable to a cooling sleeve.
  • the sleeve-shaped shielding element 17 is preferably also cooled, for example by a cooling liquid flow or an air flow.
  • a platen of the heating chamber 4 for a support ring 5e formed on the preform 5 may be formed as a cooled shield 29, the gripper 27 being capable of being thermally conductive contacted with the shield 29 (not shown) to grip the gripper 27 with the aid of the shield 29 to cool.
  • the gripper 27 may be formed so that it is in thermally conductive contact with the sleeve-shaped shielding member 17, so that both the gripper 27 and the shielding member 17 can be cooled by means of the cooling shield 29. This is particularly advantageous in order to reduce the number of supply lines of cooling liquid and / or cooling air.
  • FIGS. 6 a and 6 b show variants of the heating chamber 4 with active cooling of the outside 5 a of the preform 5 by introducing a cooling air flow 14 symbolized in each case by arrows.
  • the cooling air flow 14 is introduced through a recess 4d in the wall 4b of the heating chamber 4 from below.
  • the cooling air flow 14 is guided essentially along the surface 5 a of the preform 5 and escapes from the heating chamber 4 through recesses 4 e, which are provided, for example, on a support plate 4 f for the support ring 5 e of the preform 5 can.
  • a gap 11a is provided in each case between the heating elements 11, through which the cooling air flow 14 introduced from below can escape to the outside.
  • the recesses 4e are preferably arranged so that the air flow 14 is conducted radially outside the heating elements 11 through the support plate 4f.
  • the variant of FIG. 6a or the variant of FIG. 6b can be particularly advantageous.
  • 6a and 6b is advantageous if a superficial region of the wall 5d of the preform 5 is excessively heated by the action of heat radiation compared to a central wall region, in particular if long-wave infrared radiation is used, which is particularly well absorbed in the wall 5d.
  • the direction of the cooling air flow 14 could also be reversed, ie, run from top to bottom in the drawings 6a and 6b.
  • FIG. 7 shows a variant in which the inside 5b of the preform 5 is actively cooled by a cooling air flow 14.
  • the heating chamber 4 is not shown here for the sake of simplicity.
  • the cooling air flow 14 is introduced asymmetrically at a distance 14a to the main axis 5 'of the preform on one side of the heating element 13 from above into the preform 5 and guided along the heating rod 13 or the inner side 5b.
  • the cooling air flow 14 is again discharged to the outside through the circumferentially opposite side of the preform 5.
  • the inner wall 5b of the preform 5 can be cooled to prevent excessive heating of a superficial portion of the wall 5d of the preform 5 by the action of heat radiation emanating from the heating rod 13 compared to a central wall portion. This may be advantageous in particular when exposed to long-wave infrared radiation.
  • Fig. 8 shows an embodiment of the furnace 1 according to the invention, in which the heating chambers 4 and the heating modules 3 are cooled by the supply of a cooling air flow 34 during the rotation of the heating wheel 2.
  • air-guiding devices 31 are provided on the heating wheel 2, in each case associated with the heating modules 3, for example suitably shaped walls or channels, which can be designed in particular as air baffles. These are curved and / or inclined in the direction of rotation 2 a of the heating wheel 2, so that when the heating wheel 2 is pushed up, pent-up air is conducted as cooling air flow 34 through the louvers 31 in the direction of the heating modules 3.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the furnace 1 according to the invention, in which the heating chambers 4 and the heating modules 3 are cooled by the supply of a cooling air flow 34 during the rotation of the heating wheel 2.
  • air-guiding devices 31 are provided on the heating wheel 2, in each case associated with the heating modules 3, for example suitably shaped walls or channels, which can be designed in particular as air baffles. These are curved and
  • the air guiding devices 31 function in a manner comparable to paddle wheels, the cooling air 34 being conducted past the heating modules 3 and being discharged through a central collecting shaft 33.
  • cooling fins 35 may be formed on the heating chambers 4. Such cooling may be advantageous, although the heating chambers 4 are thermally insulated. Remaining residual heat can also be dissipated this way and kept away from thermally sensitive assemblies.
  • the cooling air flow 34 can be used to cool the holding device 7, the gripper 27, the shield 17 and / or the mouth region 5c of the preform 5. Alternatively or in addition to the illustrated air cooling, it would also be possible to cool the heating chambers 4 with liquid cooling.
  • FIG. 9 shows a further variant of the heating chamber 4, in which temperature sensors 41 are additionally provided. These can be provided, for example, in the vicinity of the recesses 4d of the supply line 14b or on the discharge 14c of the cooling air 14. With the temperature sensors 41, it is possible to monitor the temperature within the heating chamber 4. Likewise, it is conceivable, with the aid of the temperature sensor 41 and a suitable control device, to regulate the amount of cooling air introduced into the heating chamber 5, in particular in the case of forced convection with a fan. However, this would also be possible with free convection. A temperature control can also be used to stabilize the heat distribution in the preform and / or to compensate for differences between individual heating chambers 4 or preforms 5.
  • the temperature in the heating chambers 4, in particular after closing the lid 21, when the heating chamber 4 is not equipped, can be set constant or at a uniform starting temperature for heating the preforms 5.

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Abstract

Beschrieben wird ein Ofen zum Konditionieren von Vorformlingen mit einem Heizrad, an dem mehrere Heizkammern zum Erwärmen je eines Vorformlings angeordnet sind. Dadurch, dass die Wände der Heizkammern, insbesondere die der Ausnehmung zum Einführen der Vorformlinge gegenüber liegende Bodenwand der Heizkammern und die daran angrenzende Seitenwand eine Isolationsschicht umfassen, um die Heizkammern der Heizmodule thermisch zu isolieren, können die Vorformlinge auf flexible und energieeffiziente Weise unabhängig voneinander erwärmt werden.

Description

Ofen zum Konditionieren von Vorformlingen
Die Erfindung betrifft einen Ofen vom Rundläufertyp zum Konditionieren von Vorformlingen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Blas- bzw. Streck-Blasverfahren herzustellende Behälter werden aus sog. Vorformlingen bzw. Preforms geformt, die vor dem eigentlichen Blasvorgang auf eine gewünschte Prozesstemperatur erwärmt werden müssen. Um die rotationssymmetrischen Vorformlinge, die in der Regel standardisierte Wanddicken aufweisen, beim Blasen in Behälter mit einer bestimmten Form und Wandstärke umformen zu können, sind einzelne Wandbereiche des Vorformlings in einem Ofen, vorzugsweise mit Infrarotstrahlung, dosiert zu erwärmen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise ein kontinuierlicher Strom Vorformlinge durch einen Ofen mit entsprechend an- gepassten Bestrahlungsabschnitten geleitet. Ein Problem derartiger Öfen ist es jedoch, einen möglichst großen Anteil der abgestrahlten Wärmeleistung gezielt in die Vorformlinge einzubringen.
Als Alternative hierzu schlägt die Offenlegungsschrift DE 10 2006 015853 A1 vor, Vorformlinge in einzelnen, die Vorformlinge jeweils umfänglich umschließenden Bestrahlungskammern zu erwärmen, wobei die einzelnen Kammern karussellförmig angeordnet sind. Dabei wird jeder Vorformling sowohl von der als keramischen Infrarotstrahler ausgebildeten Innenwand der Kammer als auch von einem stabförmigen Infrarotstrahler, der in den Vorformling eingeführt wird, erwärmt. Wie einer schematischen Darstellung der DE 10 2006 015853 A1 zu entnehmen ist, wird der Vorformling dabei vollständig in die Bestrahlungskammer eingeführt. Es bleibt jedoch offen, wie die Temperaturverteilung in den einzelnen Kammern flexibel und möglichst unabhängig voneinander beeinflusst werden kann, und wie die in der Kammer abgegebene Wärmeleistung möglichst effektiv zur Erwärmung des Vorformlings genutzt werden kann.
Die Heizkammern der DE 10 2006 015853 A1 sind zwar überwiegend radial nach außen hin thermisch isoliert, stehen untereinander aber in direktem Kontakt, so dass ein Wärmeausgleich zwischen den Heizkammern möglich ist. Außerdem sind die Kammern nach oben hin offen, so dass Wärme ungenutzt und unkontrolliert entweichen kann. Es ist jedoch wünschenswert, in den Heizelementen verschiedene umfängliche und radiale Temperaturprofile kontrolliert und energieeffizient zu erzeugen. Es besteht somit Bedarf für einen in dieser Hinsicht verbesserten Einzelkammer-Ofen. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ofen bereitzustellen, bei dem die Heizkammern in möglichst flexibler Weise und unabhängig voneinander an eine gewünschte Temperaturprofilierung der Vorformlinge, sowohl in umfänglicher als auch in axialer Ausrichtung, angepasst werden können, und bei dem Wärmeverluste minimiert sind.
Dies wird mit einem Ofen erzielt, der die im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale umfasst. Dadurch, dass die Wände der Heizkammer, insbesondere eine einer Ausnehmung zum Einführen des Vorformlings gegenüberliegende Bodenwand der Heizkammer und die daran angrenzende Seitenwand der Heizkammer, eine Isolationsschicht umfassen, können die umfänglichen und axialen Heizprofile der einzelnen Heizkammern flexibel und unabhängig voneinander an die jeweilige Anforderung angepasst werden. Außerdem werden Wärmeverluste reduziert.
Für die Isolationsschicht geeignete Materialien sind bevorzugt Kunststoffe, insbesondere PET, Polyethylen, Polystyrol, Neopor oder Polyurethan, aber auch Aluminium, insbesondere geschichtetes Aluminium, Keramik, mineralische Fasen wie Glas- oder Steinwolle, Keramikfolie im Schichtverbund mit anderen Werkstoffen, Holz oder Kork. Andere denkbare Materialen wären Zellstoffverbundsysteme, Hanf, Flachs, Kokos oder Schilfrohrplatten. Mineralische Schäume wie Porenbeton, Bimsstein, (Prelite) Blähton, Blähglimmer, Calciumsilikat oder Schaumglas können ebenfalls eingesetzt werden. Denkbar wären auch Schichtverbünde umfassend eine beliebige Auswahl aus den genannten Materialien.
Vorzugsweise ist an der Ausnehmung der Heizkammer ein Deckel vorgesehen, um die Heizkammer im unbestückten Zustand thermisch isolierend zu verschließen. Dadurch werden Temperaturschwankungen in der Heizkammer minimiert und thermische Verluste weiter reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Haltevorrichtung mindestens ein durch einen Flüssigkeits- und/oder Luftstrom kühlbares Greifelement zum Halten und Kühlen eines Mündungsbereichs des Vorformlings während der Bestrahlung. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich der Mündungsbereich, der während des Blasvorgangs unverändert bleiben soll, nicht unzulässig erwärmt, so dass ausreichende Stabilität des Mündungsbereichs während der Bestrahlung und des anschließenden Blasvorgangs gewährleistet ist.
Vorzugsweise ist an der Haltevorrichtung mindestens ein Lüftungseinlass zum exzentrischen Einblasen von Kühlluft in der Vorformling vorgesehen, um die eingeblasene Kühlluft im Wesentlichen an der Innenseite der Vorformlingwand entlang zuleiten. Dadurch kann vermieden werden, dass sich die Innenseite des Vorformlings unverhältnismäßig stark im Vergleich zu einem zentralen Wandbereich bzw. der Außenseite des Vorformlings erwärmt. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist an der Heizkammer mindestens ein Lüftungseingang zum Einleiten eines Kühlluftstroms und ein Lüftungsausgang zum Ausleiten des Luftstroms vorgesehen, um Kühlluft an der Außenseite der Vorformlingwand entlang zuleiten. Dadurch kann vermieden werden, dass sich die Außenseite des Vorformlings unverhältnismäßig stark im Vergleich zu einem zentralen Wandbereich bzw. der Innenseite des Vorformlings erwärmt.
Vorzugsweise sind die Heizkammer und die Haltevorrichtung zueinander drehbar gelagert, um den Kühlluftstrom in der Heizkammer zu verwirbeln und/oder wendeiförmig an dem Vorformling entlangzuleiten. Dadurch kann die Oberfläche des Vorformlings umfänglich gleichmäßig gekühlt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Heizkammer mindestens ein Temperaturfühler zum Ermitteln einer Innentemperatur vorgesehen, wobei der Ofen ferner eine Steuereinheit zum Einstellen einer Infrarotheizleistung und/oder eines Kühlluftstroms in der Heizkammer auf Basis der ermittelten Innentemperatur umfasst. Dadurch kann ein zeitlicher Ablauf der Erwärmung des Vorformlings in der Heizkammer eingestellt werden und/oder ein bestimmtes Temperaturniveau in der Heizkammer eingehalten werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung umfasst ferner Luftleitvorrichtungen, die gegen eine Rotationsrichtung des Heizrads geneigt und/oder gekrümmt sind, um durch Rotation des Heizrads aufgestaute Luft gegen die Heizkammern zu leiten. Dadurch kann ein Kühlluftstrom ohne den Einsatz eines zusätzlichen Gebläses verwirklicht werden. Der Verlauf des Luftstroms kann außerdem durch gezielte Formgebung der Luftleitvorrichtungen gesteuert werden.
Vorzugsweise umfasst die Heizkammer mindestens einen Heizstrahler in Form einer in eine keramische Schicht eingebetteten Heizwendel, wobei die keramische Schicht für eine Emission im Bereich von 2 bis 3,5 μηη eingerichtet ist. Durch die keramische Schicht kann eine im Vergleich zur Heizwendel vergrößerte und gleichmäßiger abstrahlende Fläche bereitgestellt werden und der Spektralbereich der abgestrahlten Wärmestrahlung und deren räumliche Verteilung angepasst werden, um eine gewünschte Temperaturverteilung im Vorformling zu erzeugen. Im Wellenlängenbereich von 2 bis 3,5 μηη wird ein besonders großer Anteil der eingestrahlten Wärmestrahlung im Vorformlings absorbiert, so dass sich die Erwärmung besonders gut auf einen bestimmten Wandbereich konzentrieren lässt.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform umfasst die Heizkammer mindestens einen Heizstrahler in Form eines Hellstrahlers mit einem Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von weniger als 2 μηη, insbesondere einen hellstrahlenden Halogenstrahler, eine hellstrahlende Leuchtdiode und/oder einen hellstrahlenden Laser. Derartige Strahler lassen sich auf Grund geringer Trägheit zeitlich besonders genau steuern und ermöglichen eine Anpassung des Bestrahlungsspektrums an unterschiedliche Vorformlingmaterialien und Materialdicken. Durch die vergleichsweise geringe Absorption in der Wand des Vorformlings kann die Hellstrahlung einen auf der Rückseite der bestrahlten Wand angeordneten Passivstrahler anregen.
Vorzugsweise umfassen die Heizmodule ferner je einen Heizstab zum Bestrahlen eines inneren Wandbereichs des Vorformlings mit Infrarotstrahlung, wobei die Vorrichtung ferner zum Heben und Senken der Haltevorrichtung und/oder des Heizstabs eingerichtet ist, um den Heizstab in den Vorformling einzuführen bzw. aus diesem zurückzuziehen. Mit dem zusätzlichen Heizstab kann die Wand des Vorformlings über ihre gesamte Dicke besonders gleichmäßig bestrahlt und erwärmt werden. Außerdem können dadurch Wandbereiche bestrahlt werden, insbesondere in der Nähe des Mündungsbereichs des Vorformlings, die von dem äußeren Heizstrahler nur unzureichend bestrahlt werden können. Die Hubvorrichtung erleichtert zudem die axiale Profilierung des Vorformlings durch gezielte Bestrahlung axialer Bereiche des Vorformlings.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Heizmodule ferner ein thermisch isolierendes Gehäuse für den Heizstab, in das der Heizstab zurückgezogen werden kann, wobei an dem Gehäuse insbesondere ein Deckel vorgesehen ist, um das Gehäuse bei zurückgezogenem Heizstab thermisch isolierend zu verschließen. Dadurch können Wärmeverluste bei zurückgezogenem Heizstab minimiert werden. Außerdem ist es möglich, Temperaturschwankungen des Heizstabs zu reduzieren.
Vorzugsweise sind an dem Heizstab in Längsrichtung mehrere Strahler mit unterschiedlicher und/oder getrennt einstellbarer Heizleistung vorgesehen. Damit kann eine axiale thermische Profilierung des Vorformlingwand, insbesondere an deren Innenseite, durch selektive Aktivierung der einzelnen Strahler erleichtert werden. Außerdem ist eine zeitliche Variation der axialen Profilierung möglich, ohne den Heizstab in dem Vorformling zu verschieben.
Vorzugsweise ist an dem Heizstab mindestens eine keramische Schicht zur Abstrahlung von Infrarotlicht vorgesehen, insbesondere durch Umwandlung von Hellstrahlung mit einem Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von weniger als 2 μητι in eine langwelligere Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 2 bis 3,5 μηη. Dadurch ist es möglich, den Heizstab vollständig oder ergänzend passiv zu betreiben, indem von der Außenseite des Vorformlings eingestrahlte Hellstrahlung durch dessen Wand auf den Heizstab einwirkt und von diesem in eine Strahlung umgewandelt wird, die für eine Erwärmung der Innenseite des Vorformlings besonders effektiv ist. Bei einer besonders günstigen Ausgestaltung ist an dem Heizstab und/oder der Haltevorrichtung ein durch einen Flüssigkeits- und/oder Luftstrom kühlbares Strahlungsschutzschild vorgesehen, um den Mündungsbereich gegenüber der vom Heizstab abgegebenen Infrarotstrahlung abzuschirmen und/oder zu kühlen. Dadurch kann eine übermäßige Erwärmung des Mündungsbereichs vermieden werden, insbesondere um eine stabile Halterung des Vorformlings in der Heizkammer und eine stabile Formgebung des Mündungsbereichs während des Blasprozesses zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Heizkammern voneinander thermisch isoliert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Heizkammern lediglich nach außen thermisch isoliert und stehen untereinander in Wärme austauschendem Kontakt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Mündungsbereiche der Vorformlin- ge direkt mit einem Luftstrom gekühlt. Dieser kann über ein Gebläse im Inneren oder außerhalb des Ofens gebildet und über Leitungen auf die zu kühlenden Bereiche geleitet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Heizkammern jeweils über ein separates Gebläse gekühlt.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Vorformlinge nicht hängend sondern in lotrechter Richtung mit dem Mündungsbereich nach unten stehend in der Heizkammer aufgenommen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ofen mit umfänglich gleichmäßig verteilten Heizkammern;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine Heizkammer einer ersten Ausführungsform mit einem in einen Vorformling eingeführten zentralen Heizstab;
Fig. 3a
und 3b schematische Längsschnitte durch Varianten der Heizkammer;
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizkammer mit einer bewegbaren Abschirmung;
Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine alternative Variante der Heizkammer mit einem gekühlten Greifer; Fig. 6a
und 6b schematische Längsschnitte durch alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizkammer mit einer Kühlfunktion für die Außenwand des erwärmten Vorformlings;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Luftkühlung für den durch einen Heizdorn erwärmten Innenraum des Vorformlings;
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Ofens mit Luftleitvorrichtungen zum
Kühlen der Außenwand der Heizkammern; und
Fig. 9 einen schematischen Längsschnitt durch eine Heizkammer mit Temperatursensoren.
Wie Fig. 1 erkennen lässt, ist der erfindungsgemäße Ofen 1 als Rundläufer ausgelegt und um- fasst ein drehbar gelagertes Heizrad 2, an dem umfänglich gleichmäßig verteilt Heizmodule 3 angeordnet sind, deren Anzahl vom gezeigten Beispiel abweichen kann und die jeweils eine Heizkammer 4 zum Erwärmen je eines Vorformlings 5 sowie eine Haltevorrichtung 7 zum Halten des Vorformlings 5 umfassen, wobei die Haltevorrichtung 7 über eine Hubvorrichtung 9 zumindest in axialer Richtung bezüglich der Längsachse 5' des Vorformlings 5 bewegt werden kann. Die Haltevorrichtungen 7 und die Hubvorrichtungen 9 sind so eingerichtet, dass sie je einen Vorformling 5 aus einem herkömmlichen Einlaufsternrad (nicht dargestellt) übernehmen können und in die Heizkammer 4 absenken können. Ferner kann der erwärmte Vorformling 5 von der Haltevorrichtung 7 und der Hubvorrichtung 9 an einen herkömmlichen Auslaufstern (nicht dargestellt) zur Weiterverarbeitung des Vorformlings 5 übergeben werden.
Wie Fig. 2 zeigt, ist an den Heizkammern 4 jeweils eine Isolationsschicht 10 vorgesehen. Die Isolationsschicht 10 umschließt die Heizkammer 4 vorzugsweise mit Ausnahme einer Öffnung 4a der Heizkammer zum Einführen des Vorformlings 5 in die Heizkammer 4. Insbesondere ist die Heizkammer 4 von der Isolationsschicht 10 vollumfänglich bezüglich der Hauptachse 5' des einzuführenden Vorformlings 5 umschlossen. Dadurch wird ein Wärmeaustausch zwischen den Heizkammern 4 der einzelnen Heizmodule 3 weitgehend vermieden.
In der Heizkammer 4 ist ferner mindestens ein Heizelement 11 zum Bestrahlen der Außenseite 5a des Vorformlings 5 vorgesehen. Die Fig. 2 zeigt ferner einen optionalen Heizstab 13, der über die Hubvorrichtung 9 in den Vorformling 5 abgesenkt werden kann. An dem Heizstab 13 ist mindestens ein Heizelement bzw. Strahler 15 zum Bestrahlen der Innenseite 5b des Vorformlings 5 vorgesehen, wobei die Strahler 15 (im Beispiel acht Stück) vorzugsweise getrennt an- steuerbar sind. Die Haltevorrichtung 7 ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 nicht dargestellt. In Fig. 2 ist ferner ein hülsenförmiges Abschirmelement 17 angedeutet, das den Heizstab 13 ringförmig umgibt, und das einen Mündungsbereich 5c des Vorformlings 5 gegenüber dem Heizstab 13 optisch und thermisch abschirmt. Zu diesem Zweck kann das Abschirmelement 17 durch einen Luftstrom oder eine Flüssigkeit gekühlt werden.
Die Fig. 3a und 3b zeigen unterschiedliche Varianten der Heizelemente 11 und 15, die je nach Ausführungsform beliebig miteinander kombiniert werden können. Die Isolationsschicht 10 ist der Übersichtlichkeit halber nur angedeutet.
In Fig. 3a sind beispielsweise mehrere Heizelemente 11 der Heizkammer 4 als axial aufeinander gestapelte, ringförmige Funktionskeramiken ausgebildet. Diese sind vorzugsweise jeweils aktiv mit einer Drahtwendel (nicht gezeigt) beheizt. Die Heizelemente 11 strahlen bevorzugt im Wellenlängenbereich von 2 bis 3,5 μηι ab.
An dem Heizstab 13 der Fig. 3a ist ein Strahler bzw. Heizelement 15 ebenfalls in Form einer Funktionskeramik mit aktiver Beheizung durch eine Drahtwendel (nicht gezeigt) ausgebildet. Der bevorzugte Spektralbereich liegt auch für das Heizelement 15 des Heizstabs 13 zwischen 2 und 3,5 μηη. An dem Heizstab 13 könnten jedoch auch mehrere ringförmige Heizelemente 15 in axialer Richtung übereinander gestapelt sein.
Bei der Variante der Fig. 3b ist dagegen am Heizstab 13 ein Heizelement 15 in Form einer passiven Funktionskeramik vorgesehen. Passiv heißt in diesem Zusammenhang, dass das Heizelement 15 nicht mit einer eigenen Stromversorgung versehen ist, sondern in die Heizkammer 4 eingestrahlte Wärmestrahlung entweder reflektiert und/oder in eine Wärmestrahlung mit längerer Wellenlänge umwandelt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn mindestens eines der Heizelemente 11 als Hellstrahler ausgebildet ist, dessen Strahlung vergleichsweise schwach in der Wand 5d des Vorformlings 5 absorbiert wird, so dass das Heizelement 15 mit Hellstrahlung auch durch die Wand 5d effektiv bestrahlt werden kann. Die von dem Passivstrahler 15 abgegebene Strahlung hat dann vorzugsweise eine größere Wellenlänge und wird vergleichsweise stark in der Wand 5d des Vorformlings 5 absorbiert.
In Fig. 3b ferner angedeutet sind verschiedene Varianten der Strahler 11 , beispielsweise Hellstrahler 11a in Form von Halogenstrahlern, eine Leuchtdiode 11 b, die jeweils dadurch ausgezeichnet sind, dass sie ein Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von weniger als 2 μηη aufweisen. Alternativ wäre als Hellstrahler auch ein Laser geeignet. Ebenso angedeutet ist eine zweite Funktionskeramik 11c, die beispielsweise als passive Funktionskeramik zur Umwandlung einer eingestrahlten Wellenlänge in eine längerwellige Wärmestrahlung ausgelegt sein kann, und eine mit einer Heizwendel beheizte, aktive Funktionskeramik 11d mit einem speziell angepassten spektralen Abstrahlverhalten. Die verschiedenen Varianten des Heizstrahlers 1 1 können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um umfängliche oder axiale Teilbereiche des Vorformlings 5 mit ausgewählter Strahlcharakteristik zu erwärmen.
In den Fig. 3a und 3b angedeutet ist das Abschirmelement 17, mit dem der Mündungsbereich 5c des Vorformlings 5 gegen übermäßige Bestrahlung geschützt wird. Die Innenseite der Heizkammerwand 4b, 4c ist an den Stellen, an denen keine Heizstrahler 11 vorgesehen sind, vorzugsweise mit einer Wärmestrahlung reflektierenden Beschichtung 19 versehen.
Die Heizstrahler 11 und 15 könnten alternativ zur Infrarotstrahlung auch elektromagnetische Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich abstrahlen, beispielsweise Mikrowellenstrah- lung. Ferner sind die Strahler nicht auf die gezeigten, rotationssymmetrischen Formen beschränkt. Insbesondere zum umfänglich selektiven Profilieren der Vorformlinge 5, dem sogenannten Preferential Heating, können unterschiedliche Strahler 11 , 15 auch nur als umfängliche Segmente ausgebildet sein, beispielsweise als Ringsegmente.
Fig. 4 zeigt eine Variante des Heizmoduls 3, bei der an der Heizkammer 4 ein Deckel 21 vorgesehen ist, mit dem die Öffnung 4a der unbestückten Heizkammer 4 verschlossen werden kann, wie auf der rechten Seite der Fig. 4 angedeutet. Zum Vergleich ist auf der linken Seite der Fig. 4 die mit einem Vorformling 5 bestückte Heizkammer 4 abgebildet. Der Deckel 21 ist vorzugsweise so ausgeführt, dass er thermisch isolierend und Wärmestrahlung reflektierend wirkt. Außerdem ist ein thermisch isolierendes Gehäuse 23 für den Heizstab 13 vorgesehen, an dem ein Deckel 25 ausgebildet ist, der bei unbestückter Heizkammer 4 geschlossen werden kann, so dass der in das Gehäuse 23 zurückgezogene Heizstab 13 thermisch isolierend und Wärmestrahlung reflektierend gegen ein Auskühlen geschützt ist.
Vorzugsweise ist an den Innenseiten des Gehäuses 23 und der Deckel 21 und 25 eine Infrarotstrahlung reflektierende Schicht 19 vorgesehen. Die Deckel 21 und 25 könnten einteilig ausgeführt werden und beispielsweise zum Verschließen der Heizkammer 4 bzw. des Gehäuses 23 vor diese geschwenkt werden. Sie können aber auch mehrteilig ausgeführt sein und beispielsweise, wie in Fig. 4 durch Blockpfeile angedeutet, auseinander bzw. zusammen geschoben werden. Der Einfachheit halber sind die zugehörigen Betätigungsmechanismen und die Halterung des Heizstabs 13 nicht gezeigt.
Mit derartigen Verschlüssen für die Heizkammern 4 und die Gehäuse 23 könnte auch ein Aufheizen der Kammern 4 bzw. der Heizstäbe 13 nach dem Einschalten des Ofens 1 bis zum Erreichen einer Betriebstemperatur beschleunigt werden. In Fig. 5 ist eine Haltevorrichtung 7 mit einem gekühlten Greifer 27 abgebildet, der den Mündungsbereich 5c des Vorformlings 5 von außen zangenartig umschließt. Alternativ wäre es aber auch möglich, an der Haltevorrichtung 7 einen Greifer 27 auszubilden, der den Mündungsbereich 5c von der Innenseite her hält. Wie in Fig. 5 angedeutet, ist der Greifer 27 vorzugsweise mit Kühlrippen 28 versehen, um den Greifer 27 durch Konvektion, insbesondere mit Luft, von außen zu kühlen. Denkbar wäre allerdings auch eine Flüssigkeitskühlung, bei der eine Kühlflüssigkeit den Greifer vergleichbar einer Kühlmanschette durchströmt. Das hülsenförmige Abschirmelement 17 ist vorzugsweise ebenso gekühlt, beispielsweise durch einen kühlenden Flüssigkeitsstrom oder einen Luftstrom.
Ein Auflageplatte der Heizkammer 4 für einen an dem Vorformling 5 ausgebildeten Tragring 5e kann als gekühltes Schutzschild 29 ausgebildet sein, wobei der Greifer 27 mit dem Schutzschild 29 im thermisch leitenden Kontakt gebracht werden könnte (nicht gezeigt), um den Greifer 27 mit Hilfe des Schutzschilds 29 zu kühlen. Außerdem kann der Greifer 27 derart ausgebildet sein, dass er mit dem hülsenförmigen Abschirmelement 17 in thermisch leitendem Kontakt steht, so dass sowohl der Greifer 27 als auch das Abschirmelement 17 mit Hilfe des Kühlschilds 29 gekühlt werden können. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Anzahl der Zuleitungen von Kühlflüssigkeit und/oder Kühlluft zu reduzieren.
Die Fig. 6a und 6b zeigen Varianten der Heizkammer 4 mit aktiver Kühlung der Außenseite 5a des Vorformlings 5 durch Einleiten eines jeweils durch Pfeile symbolisierten Kühlluftstroms 14.
In der Variante der Fig. 6a wird der Kühlluftstrom 14 durch eine Ausnehmung 4d in der Wand 4b der Heizkammer 4 von unten eingeleitet. Wie in Fig. 6a ferner zu erkennen ist, wird der Kühlluftstrom 14 im Wesentlichen an der Oberfläche 5a des Vorformlings 5 entlang geleitet und entweicht aus der Heizkammer 4 durch Ausnehmungen 4e, die beispielsweise an einer Auflageplatte 4f für den Tragring 5e des Vorformlings 5 vorgesehen sein können.
Bei der Variante der Fig. 6b ist zwischen den Heizelementen 11 jeweils ein Zwischenraum 11a vorgesehen, durch den der von unten eingeleitete Kühlluftstrom 14 nach außen entweichen kann. In diesem Fall sind die Ausnehmungen 4e vorzugsweise so angeordnet, dass der Luftstrom 14 radial außerhalb der Heizelemente 11 durch die Auflageplatte 4f geleitet wird. Je nach Auslegung der Kühlung des Mündungsbereichs 5c des Vorformlings 5, kann entweder die Variante der Fig. 6a oder die Variante der Fig. 6b besonders vorteilhaft sein. Die in den Figuren 6a und 6b angedeutete Kühlung ist vorteilhaft, wenn ein oberflächlicher Bereich der Wand 5d des Vorformlings 5 durch Einwirken der Wärmestrahlung übermäßig im Vergleich zu einem mittigen Wandbereich erwärmt wird, insbesondere wenn langwellige Infrarotstrahlung verwendet wird, die besonders gut in der Wand 5d absorbiert wird. Um die Kühlwirkung möglichst gleichmäßig auf der Oberfläche 5a des Vorformlings 5 zu verteilen, ist es vorteilhaft, den Vorformling 5 relativ zur Heizkammer 4 rotieren zu lassen. Ebenso wäre es möglich, den Kühlluftstrom 14 so einzuleiten, dass er im Wesentlichen einer Schraubenlinie folgend um den Vorformling 5 herumgeleitet wird. Die Richtung des Kühlluftstroms 14 könnte auch umgekehrt werden, d.h. in den Zeichnungen 6a und 6b von oben nach unten verlaufen.
Fig. 7 zeigt eine Variante, bei der die Innenseite 5b des Vorformlings 5 aktiv durch einen Kühlluftstrom 14 gekühlt wird. Die Heizkammer 4 ist hier der Einfachheit halber nicht dargestellt. Wie der Fig. 7 zu entnehmen ist, wird der Kühlluftstrom 14 asymmetrisch mit einem Abstand 14a zur Hauptachse 5' des Vorformlings auf einer Seite des Heizstabs 13 von oben in den Vorformling 5 eingeleitet und an dem Heizstab 13 bzw. der Innenseite 5b entlang geführt. Wie in der Fig. 7 ferner angedeutet ist, wird der Kühlluftstrom 14 durch die umfänglich entgegengesetzt liegende Seite des Vorformlings 5 wieder nach außen abgeleitet. Mit der dargestellten Luftkühlung kann die Innenwand 5b des Vorformlings 5 gekühlt werden, um ein übermäßiges Erwärmen eines oberflächlichen Bereichs der Wand 5d des Vorformlings 5 durch Einwirken der von dem Heizstab 13 ausgehenden Wärmestrahlung im Vergleich zu einem mittigen Wandbereich zu vermeiden. Dies kann insbesondere bei Einwirken langwelliger Infrarotstrahlung vorteilhaft sein.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Anordnung ist es vorteilhaft, wenn der Vorformling 5 gegenüber dem Heizstab 13 und der Kühlluftzuführung 14b sowie der Kühlluftabführung 14c rotiert. Dadurch kann der Kühlluftstrom 14, der in Fig. 7 durch Pfeile markiert ist, besonders gleichmäßig an der Wand 5b des Vorformlings 5 entlang geleitet werden. Ergänzend, insbesondere bei langen Vor- formlingen 5, kann es zweckmäßig sein, eine zusätzliche Absaugung an der Kühlluftabführung 14c zum gezielten Ausleiten des Kühlluftstroms 14 vorzusehen. Dies ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens 1 , bei dem die Heizkammern 4 bzw. die Heizmodule 3 durch das Zuleiten eines Kühlluftstroms 34 während der Drehung des Heizrads 2 gekühlt werden. Zu diesem Zweck sind an dem Heizrad 2, jeweils den Heizmodulen 3 zugeordnet, Luftleiteinrichtungen 31 vorgesehen, beispielsweise geeignet geformte Wände oder Kanäle, die insbesondere als Luftleitbleche ausgebildet sein können. Diese sind in Drehrichtung 2a des Heizrads 2 gekrümmt und/oder geneigt, so dass bei Drehung des Heizrads 2 aufgestaute Luft als kühlender Luftstrom 34 durch die Luftleiteinrichtungen 31 in Richtung der Heizmodule 3 geleitet wird. Wie in Fig. 8 angedeutet, funktionieren die Luftleiteinrichtungen 31 vergleichbar zu Schaufelrädern, wobei die Kühlluft 34 an den Heizmodulen 3 vorbeigeleitet und durch einen zentralen Sammelschacht 33 abgeführt wird. Um die Wirkung des Kühlluftstroms 34 zu verbessern, können an den Heizkammern 4 Kühlrippen 35 ausgebildet sein. Eine derartige Kühlung kann vorteilhaft sein, obwohl die Heizkammern 4 thermisch isoliert sind. Verbleibende Restwärme kann auch diese Weise abgeführt werden und von thermisch empfindlichen Baugruppen ferngehalten werden. Außerdem kann der Kühlluftstrom 34 dazu benutzt werden, die Haltevorrichtung 7, die Greifer 27, das Schutzschild 17 und/oder den Mündungsbereich 5c des Vorformlings 5 zu kühlen. Alternativ oder ergänzend zu der dargestellten Luftkühlung wäre es auch möglich, die Heizkammern 4 mit einer Flüssigkeitskühlung zu kühlen.
Fig. 9 zeigt eine weitere Variante der Heizkammer 4, bei der zusätzlich Temperaturfühler 41 vorgesehen sind. Diese können beispielsweise in Nähe der Ausnehmungen 4d der Zuleitung 14b bzw. an der Ableitung 14c der Kühlluft 14 vorgesehen sein. Mit den Temperaturfühlern 41 ist es möglich, die Temperatur innerhalb der Heizkammer 4 zu überwachen. Ebenso ist es denkbar, mit Hilfe der Temperaturfühler 41 und einer geeigneten Regelvorrichtung die in die Heizkammer 5 eingebrachte Kühlluftmenge zu regeln, insbesondere bei einer mit einem Gebläse erzwungenen Konvektion. Allerdings wäre dies auch bei freier Konvektion möglich. Eine Temperaturregelung kann auch dazu verwendet werden, die Wärmeverteilung im Vorformling zu stabilisieren und/oder Unterschiede zwischen einzelnen Heizkammern 4 bzw. Vorformlingen 5 auszugleichen. Denkbar wäre es auch, die einzuleitende Luftmenge in Abhängigkeit von einer gemessenen Endtemperatur nach der Erwärmung des Vorformlings nachzuregeln und/oder abgeführte Kühlluft 14 zur Temperaturregulierung zumindest teilweise mit zuzuführender Kühl- luft 14 zu mischen und/oder die abgeführte Kühlluft 14 einem Wärmetauscher zur Wärmegewinnung in einem anderen Prozess zuzuführen.
Mit Hilfe von Temperaturfühlern 41 lässt sich die Temperatur in den Heizkammern 4, insbesondere nach Schließen der Deckel 21 , bei nicht bestückter Heizkammer 4 konstant bzw. auf einer einheitlichen Ausgangstemperatur für das Erwärmen der Vorformlinge 5 einstellen.
Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen und Varianten lassen sich beliebig kombinieren. Insbesondere sind verschiedene Varianten der Bestrahlung, Isolierung und Kühlung miteinander kombinierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Ofen vom Rundläufertyp zum Konditionieren von Vorformlingen (5), insbesondere für das Streckblasen von Kunststoffgefäßen, mit einem Heizrad (2), an dem mehrere Heizmodule (3) zum Erwärmen je eines Vorformlings (5) angeordnet sind, wobei die Heizmodule (3) jeweils eine Heizkammer (4) mit mindestens einem Heizstrahler (11) zum Bestrahlen eines äußeren Wandbereichs (5a) des Vorformlings (5) mit Infrarotstrahlung umfassen, und wobei an der Heizkammer (4) eine Ausnehmung (4a) zum Einführen des Vorformlings (5) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizmodule (3) ferner umfassen:
- eine Haltevorrichtung (7) zum Halten des Vorformlings (5); und
- eine Hubvorrichtung (9) zum Heben und Senken der Haltevorrichtung (7) und/oder der Heizkammer (4), um den Vorformling (5) in die bzw. aus der Heizkammer (4) zu bewegen, wobei die Wände der Heizkammer (4), insbesondere die der Ausnehmung (4a) gegenüber liegende Bodenwand der Heizkammer (4b) und die daran angrenzende Seitenwand (4c) der Heizkammer (4), eine Isolationsschicht (10) umfassen, um die Heizkammern (4) der Heizmodule (3) thermisch zu isolieren.
2. Ofen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausnehmung (4a) der Heizkammer (4) ein Deckel (21) vorgesehen ist, um die Heizkammer (4) im unbestückten Zustand thermisch isolierend zu verschließen.
3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (7) mindestens ein durch einen Flüssigkeits- und/oder Luftstrom (14) kühlbares Greifelement (27) zum Halten und Kühlen eines Mündungsbereichs (5c) des Vorformlings (5) während der Bestrahlung umfasst.
4. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Haltevorrichtung (7) mindestens ein Lüftungseinlass (14b) zum exzentrischen Einbläser! von Kühlluft (14) in den Vorformling (5) vorgesehen ist, um die eingeblasene Kühlluft (14) im Wesentlichen an der Innenseite (5b) der Vorformlingwand (5d) entlang zu leiten.
5. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Heizkammer (4) mindestens ein Lüftungseingang (4d) zum Einleiten eines Kühlluftstroms (14) und ein Lüftungsausgang ( 4e) zum Ausleiten des Luftstroms (14) vorgesehen ist, um Kühlluft an der Außenseite (5a) der Vorformlingwand (5d) entlang zu leiten.
6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (4) und die Haltevorrichtung (7) zueinander drehbar gelagert sind, um den Kühlluftstrom (14) in der Heizkammer (4) zu verwirbeln und/oder wendeiförmig an dem Vorformling (5) entlang zu leiten.
7. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Heizkammer (4) mindestens ein Temperaturfühler (41) zum Ermitteln einer Innentemperatur vorgesehen ist, und dass der Ofen (1) ferner eine Steuereinheit zum Einstellen einer Infrarot-Heizleistung und/oder eines Kühlluftstroms (14) in der Heizkammer (4) auf Basis der ermittelten Innentemperatur umfasst.
8. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch Luftleitvorrichtungen (31), die gegen eine Rotationsrichtung (2a) des Heizrads (2) geneigt und/oder gekrümmt sind, um durch Rotation des Heizrads (2) aufgestaute Luft gegen die Heizkammern (4) zu leiten.
9. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (4) mindestens einen Heizstrahler (11) in Form einer in eine keramische Schicht eingebetteten Heizwendel umfasst, wobei die keramische Schicht für eine Emission im Bereich von 2 bis 3,5 m eingerichtet ist.
10. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (4) mindestens einen Heizstrahler (11 ) in Form eines Hellstrahlers mit einem Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von weniger als 2 μιτι umfasst, insbesondere einen hellstrahlender Halogenstrahler (11 a), eine hellstrahlende Leuchtdiode (11 b) und/oder einen hellstrahlenden Laser.
11. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (3) ferner je einen Heizstab (13) zum Bestrahlen eines inneren Wandbereichs (5b) des Vorformlings (5) mit Infrarotstrahlung umfassen, und dass die Hubvorrichtung (9) ferner zum Heben und Senken der Haltevorrichtung (7) und/oder des Heizstabs (13) eingerichtet ist, um den Heizstab in den Vorformling (5) einzuführen bzw. aus diesem zurück zu ziehen.
12. Ofen nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (3) ferner ein thermisch isolierendes Gehäuse (23) für den Heizstab (13) umfassen, in das der Heizstab (13) zurück gezogen werden kann, wobei an dem Gehäuse (23) insbesondere ein Deckel (25) vorgesehen ist, um das Gehäuse (23) bei zurück gezogenem Heizstab (13) thermisch isolierend zu verschließen.
13. Ofen nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Heizstab (13) in Längsrichtung mehrere Strahler (15) mit unterschiedlicher und/oder getrennt einstellbarer Heizleistung vorgesehen sind.
1 . Ofen nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Heizstab (13) mindestens eine keramische Schicht zur Abstrahlung von Infrarotlicht vorgesehen ist, insbesondere durch Umwandlung von Hellstrahlung mit einem Strahlungsmaximum bei einer Wellenlänge von weniger als 2 μιη in eine langwelligere Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 2 bis 3,5 pm.
15. Ofen nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Heizstab (13) und/oder der Haltevorrichtung (7) ein durch einen Flüssigkeitsund/oder Luftstrom (14, 34) kühlbares Strahlungsschutzschild (17) vorgesehen ist, um den Mündungsbereich (5c) gegenüber der vom Heizstab (13) abgegebenen Infrarotstrahlung abzuschirmen und/oder zu kühlen.
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