具有表面冷卻劑流的用於預製件的加熱裝置的製作方法
2023-08-06 22:10:21 2
專利名稱：具有表面冷卻劑流的用於預製件的加熱裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於預製件的加熱裝置和用於冷卻預製件和/或用於預製件的加熱裝置中的輻射源的方法，該加熱裝置用於在拉伸吹制裝置或吹塑成形裝置中加工預製件之前使所述預製件升溫，所述加熱裝置包括加熱通道，所述加熱通道具有用於沿著輸送路線移動所述預製件的輸送部件，在所述加熱通道的至少一側配置有頂輻射源。
背景技術：
為了製造塑料瓶，使用由例如PET等熱塑性材料製成的所謂的預製件。預製件通常是注射成形的部件，其被加熱到所需的成型溫度，然後在拉伸吹制裝置或吹塑成形裝置中被吹塑成形為期望形狀。在目前所採用的處理中，預製件被軸保持於加熱裝置，該軸位於輸送鏈的連杆的轉動軸承上。在加熱裝置中，多個具有樞軸的鏈連杆被連接以形成環形周向輸送鏈。爐 (oven)的直側壁的外側壁包括加熱部件，尤其是頂輻射源，其將所需的熱施加到預製件。 在內側和底部配置有反射器，以最大程度地利用^(Infrared)輻射。空氣經由與加熱部件相對配置的反射器的槽(slot)被吹入到爐中，以冷卻預製件的表面，從而防止在預製件的表面外殼(mantle)區域燃燒此外，頂輻射源的插座(socket)必須被遮蔽，以免過熱，這通常通過獨立的空氣流來實現。通過另一空氣流保護預製件的口部，使免過熱。因為口部區域過熱後，在後續的吹塑成形加工中口部區域可能會變形，因此這是必要的。所生產的具有變形的口部區域的容器不能被使用。為了保護預製件的口部區域，可以使用冷卻板，由此冷卻板被配置在與預製件的口部區域相同的高度。冷卻板遮蔽該口部區域，防止來自輻射源的整個輻射直接照射口部區域。已知的冷卻板通常具有輻射吸收特性。由於持續升高的能量價格，機器及設備的高功效顯得越來越重要。已知的是加熱通道的收縮(constriction)能夠提高加熱過程中的能量使用效率。使加熱通道變窄的主要缺點是頂輻射源彼此更加靠近，這會導致球管(bulb)的溫度急劇升高。該溫度能夠升高到其極限溫度，甚至更高。這會導致球管損壞並導致降低壽命ο因此，除需要冷卻預製件外，還需要冷卻輻射源。EP 1 413 420 Al描述了一種用於加熱預製件的方法和裝置，通過該方法和裝置冷卻預製件的表面。冷空氣從平行於預製件的長度方向配置的槽吹入。該槽的特徵是永久地固定的將冷空氣導向預製件的表面的導板。D E 23 52示出了一種裝置，通過該裝置預製件的表面在加熱期間必須被冷卻。這裡，冷卻劑的出口通過槽或多個孔而實現
發明內容
本發明的目標是實現一種改進的、高能效的用於冷卻預製件的表面和/或用於冷卻輻射源的部件，以使所需的加熱能量長期最優化。通過如下加熱設備和方法達到所述目標。本發明涉及一種加熱裝置，其用於在拉伸吹制裝置或吹塑成形裝置中加工預製件之前使預製件升溫。所述加熱裝置包括加熱通道，該加熱通道具有用於沿輸送路線移動預製件的輸送部件。預製件優選地在輸送期間繞其縱向軸線轉動。在加熱通道的至少一個側壁上配置有頂輻射源。預製件的在其移動通過加熱通道期間的轉動確保預製件的整個外周通過輻射被均勻地加熱處理。該加熱裝置包括至少一個用於產生使預製件的口部區域冷卻的口部冷卻劑流的部件、至少一個用於產生使預製件的表面冷卻的表面冷卻劑流的部件以及至少一個用於產生使頂輻射源冷卻的輻射源冷卻劑流的部件。根據本發明，該加熱裝置包括至少一個用於控制表面冷卻劑流的量和/或流動方向的機械能調的調整裝置。優選地，該機械能調的調整裝置是能根據空氣流的體積來調節和/或控制的。根據一個優選實施方式，能調的調整裝置用於從表面冷卻劑流分離出輻射源冷卻劑流。具體地，這意味著，代替通常的用於產生表面冷卻劑流和輻射源冷卻劑流的兩個冷卻劑流產生裝置，僅需要一個冷卻劑流產生裝置。因此，能夠減少裝置的生產和維護成本。另外，能夠產生更緊湊的設計並且能夠節能。輻射源冷卻劑流的分離出是通過例如至少一個、優選通過至少兩個空氣引導片 (air guiding flap)實現的。這些空氣引導片被配置在表面冷卻劑流的供給管道中。空氣引導片能夠隨意調整，從而調節表面冷卻劑流和輻射源冷卻劑流的量。具體地，根據表面冷卻劑流的空氣流體積的量來調節該至少一個空氣引導片。經由第一供給管道和對立反射器中的開口槽將表面冷卻劑流導向預製件的表面， 從而冷卻預製件的表面。輻射源冷卻劑流經由第二供給管道被定向為沿著輻射源、優選地被定向為沿著輻射源插座流動，以冷卻輻射源。根據另一優選實施方式，加熱裝置包括表面冷卻系統，機械能調的調整裝置包括表面冷卻劑流用的冷卻劑縫。冷卻劑縫優選地被配置在加熱通道的與對立輻射源中的頂輻射源所在側相反的一側，由此每一個頂輻射源均被配置成與一個冷卻劑縫相對。根據本發明，冷卻劑縫是機械能調的。具體地，冷卻劑縫的開口是可調的。例如， 冷卻劑縫的交點或長度是可調的。另外，可以改變冷卻劑縫的高度，從而調整冷卻劑縫之間的距離。根據一個實施方式，各冷卻劑縫可獨立地調整。根據另一可選實施方式，多個冷卻劑縫組合成所謂的冷卻區域，由此冷卻區域中的所有冷卻劑縫被一起調整和調節。可設置優化的冷卻板以冷卻輻射源。該冷卻板優選地配置在輻射源的上方高度與預製件的口部大致相同的位置處。冷卻板的下側面面對輻射源。冷卻板的下側面表現出優異的熱輻射反射性。為此，使用高拋光輕質金屬表面或類似表面、塗覆有高反射層的表面或其它本領域技術人員公知的具有高反射性的表面。由於高反射表面，更多的輻射被冷卻板反射，而較少的輻射被冷卻板吸收，由此使冷卻板溫升較小。替代地，熱能被反射回加熱通道並且也用於使預製件升溫。
利用冷卻板的下側面的特殊輪廓JR輻射能夠被更有效地利用。冷卻板的下側面的輪廓可以具體地設計成使輻射反射回預製件。為此，冷卻板的下側面可以是凹曲面、斜面等。曲面和斜面的結合也可用於使熱輻射沿期望的方向反射。利用這樣的冷卻板，能夠提高加熱裝置的輻射源冷卻系統的能效。冷卻板可以單獨使用或者與上述能調的調整裝置組合使用。本發明還涉及一種用於冷卻加熱裝置中的預製件的表面和/或頂輻射源的方法以及一種表面冷卻方法。根據本發明，可通過至少一個機械能調的調整裝置來調節表面冷卻劑流的量和/或流動方向。調整裝置的特性在上面已經詳細說明過，因此不再重複。本發明可用於微波爐、循環爐、線性爐、靜態爐等。此外，可使用獨立的加熱室 (heating pocket)，其中，各預製件在獨立的加熱室中被選擇性地調溫。
在下面的段落中，附圖進一步示出了本發明的示例性實施方式及其優點。圖中各元件的尺寸比例不必然反應實際的尺寸比例。應當理解，在某些情況下，本發明的各方面還可以被誇張或放大，以有助於理解本發明。圖1示出了用於加熱預製件的加熱裝置的示意圖(根據現有技術)。圖2示出了加熱通道和加熱單元(根據現有技術)。圖3示出了具有表面冷卻系統和輻射源冷卻系統的加熱通道和加熱單元的第一實施方式。圖4也示出了根據圖3的第一實施方式的加熱通道和加熱單元，這裡繪出了冷卻劑流。圖5示出了用於調節體積流(volume flow)的空氣引導片的不同設置。圖6示出了具有表面冷卻系統的加熱通道和加熱單元的第二實施方式。圖7示出了第二實施方式的表面冷卻系統的細節。圖8示出了加熱通道和加熱單元以及具有優化的冷卻板的輻射源冷卻系統。圖9示出了優化的冷卻板。附圖標記說明10表面冷卻系統
12輻射源冷卻系統
20預製件
22口部
30加熱裝置/爐
30a第一線性加熱範圍
30b反向部
30c第二線性加熱範圍
31加熱通道
33加熱單元
35IR輻射源
38熱輻射
41對立反射器
42底部反射器
43背側反射器
50口部冷卻劑流
52表面冷卻劑流
52a表面冷卻劑流支流
54輻射源冷卻劑流
60冷卻板(現有技術)
61優化的冷卻板
62下側面
70表面冷卻系統的供給管:
72輻射源冷卻系統的供給
75空氣引導片/百葉窗片
80冷卻劑縫/開口
110輸送部件
112鋸齒星形件
114連續輸送部件
116排出星形件
120抓取器/保持器
122輸送鏈
S抽吸力
具體實施例方式本發明的相同或等同的元件由同一附圖標記表示。此外，為了清楚，僅提供與用於說明各圖相關的附圖標記。應當理解，所述的實施方式僅僅是示例，並不是想要限制所記載的範圍。圖1示出了用於使預製件20升溫的加熱裝置30的示意圖。預製件20由輸送部件110輸送，通過鋸齒星形件112調整所需要的距離，然後預製件20進入爐或加熱裝置30。具體地，由連續輸送部件114將預製件20輸送通過爐30。預製件20由被配置於連續環形輸送鏈122的抓取器或保持器120取走。預製件20首先被輸送通過線性加熱範圍(line) 30a，從而經過所謂的加熱單元33 (參見圖幻。頂輻射源均勻地分布在這些加熱單元33中，以圍繞預製件20的整個外殼表面區域使預製件20完全地升溫。經過爐30的端部的反向部30b之後，預製件20在第二線性加熱範圍30c中被反向輸送，在該第二線性加熱範圍30c，預製件20被調溫到最終溫度。加熱單元33還包括反射器(見圖幻，以使輻射損失最小化。輻射源發出的未用於使預製件20升溫的輻射被反射器反射回來，由此不會完全損失。在預製件20移動通過爐30期間，優選地，預製件20繞其縱向軸線轉動，以實現全
周均一的升溫。隨後，加熱後的預製件20被移送到排出星形件116，並被繼續移動到拉伸吹制裝置。圖2示出了根據現有技術的加熱通道和加熱單元。用於加熱預製件20的頂輻射源被配置在所謂的加熱單元33中。在加熱通道31的底部配置有底部反射器42，在加熱通道31的與加熱單元33所在側相反的一側配置有對立反射器(counter reflector)41,以最佳地利用輻射能量。背側反射器43配置在頂輻射源35的後方。提供三個冷卻劑流，以防止預製件20和輻射源35過熱。口部冷卻劑流50防止預製件20的口部22過熱。表面冷卻劑流52冷卻預製件20的外殼表面區域，輻射源冷卻劑流M專門冷卻輻射源35的插座。根據現有技術，三個冷卻劑流50、52、M分別由獨立的送風機(未示出)產生，因此能夠被獨立調節或調整。因為所需的空間量和成本，所以使用三個獨立的送風機對系統是不利的。圖3和圖4示出了具有預製件表面冷卻系統10和輻射源冷卻系統12的加熱通道 31和加熱單元33的第一實施方式。特別地，圖4示出了已經在圖2的技術背景中描述過的三個冷卻劑流50、5254。從現有技術已知的表面冷卻系統10用的大空氣體積流52能夠用於提供輻射源冷卻系統12用的空氣流M。根據圖示的實施方式，一個送風機同時為表面冷卻系統10的供給管道70和輻射源冷卻系統12的供給管道72供給空氣。根據本發明，用於冷卻預製件20的表面冷卻劑流(第二冷卻劑流)52能夠被機械能調的調整裝置控制。在圖示的實施方式中，通過所謂的空氣引導片75來進行表面冷卻劑流52的調節或控制。這些空氣引導片例如被配置在表面冷卻系統10的供給管道70中。空氣引導片75能夠調整，由此調節兩個空氣流52、54的各自量。特別地，根據表面冷卻系統10的空氣體積流52調節空氣引導片或百葉窗片(blind flap)75。由於共用一個已經存在的用於表面冷卻劑流52的送風機，所以不必設置單獨的用於產生輻射源冷卻劑流M的送風機。由此能夠降低成本。此外，能夠用最小空間要求構建整個空氣供應系統。表面冷卻劑流52被供給管道70引導，以冷卻預製件20的表面。供給管道72引導輻射源冷卻劑流54，以通過並冷卻輻射源35，特別是冷卻輻射源的插座。空氣流M不是從後方吹到輻射源插座上，而是從加熱裝置30的底部吹出來並且向上流動，從而經過輻射源插座的後方。由於表面冷卻系統10的空氣流52和輻射源冷卻系統12的空氣流M不再從相反的方向進入，因此這也是有利的。因此，二者不會彼此幹擾並且流動方向的動力能夠被充分利用。另外，三個冷卻劑流50、52和M能夠結合，然後一起被排出。如果口部冷卻劑流 50的速度大於另外兩個冷卻劑流52、54的速度，則產生對空氣流動具有有利效果的抽吸力 S。輻射源冷卻劑流M還能夠被分(split)成用於冷卻輻射源球管的支流和用於冷卻輻射源插座的支流。圖5示出了用於調節體積流的空氣引導片75的不同設置。空氣引導片或百葉窗片75將整個空氣流的體積流52分成兩部分52a、54。第一部分被用作用於冷卻預製件(未示出)的表面的冷卻劑流支流52a。第二部分被用作用於冷卻輻射源(未示出)的冷卻劑流54。優選地，頻繁地控制整個空氣流的體積流52的調節。因此，兩個冷卻劑流52、54 可以根據空氣引導片75的調整和供給到系統的空氣的量而可變地調整和/或調節。圖5的(A)繪出了空氣引導片75完全打開、從而冷卻劑流52的大部分被用作表面冷卻劑流支流52a的情形。僅少量的冷卻劑流52被供給管道(未示出)自動地分出作為輻射源冷卻劑流討。圖5的⑶繪出了空氣引導片75被調整成一角度、從而整個冷卻劑流52的一部分被分出作為輻射源冷卻劑流討的情形。圖5的(C)繪出了空氣引導片75完全關閉供給管道或幾乎完全關閉供給管道、因此整個冷卻劑流52不用作或僅少量冷卻劑流52被用作表面冷卻劑流支流5 的情形。取而代之，所有或大部分的空氣52被分支為輻射源冷卻劑流M。優選地，關閉後的空氣引導片75不完全切斷表面冷卻劑流支流5 用的供給管道 (見圖5的(C))。這也可通過與圖3和圖4的比較而看出。根據本發明的優選實施方式，空氣引導片75的調整被連動地控制和/或調節。根據本發明的另一實施方式，各個空氣引導片75能夠被獨立地調整。圖6示出了具有加熱單元33的加熱通道31以及也能夠用作輻射源冷卻系統12 的表面冷卻系統10的第二實施方式。根據該實施方式，通過沿長度方向排列的與輻射源35相對的冷卻劑流52實現表面冷卻系統10。冷卻劑流52從所謂的冷卻劑縫(開口)80吹入。開口的截面積和/或開口的長度優選地能夠調整。而且，冷卻劑縫80的高度相對於彼此是可調的。通過這些可能的調整，空氣流52能夠被調節以冷卻預製件20的表面。各冷卻劑縫80的開口能夠獨立調節。可選地，多個冷卻劑縫80被集中在所謂的冷卻部中，並且冷卻部中所有的冷卻劑縫80被連動地控制和/或調節。圖7示出了表面冷卻系統10的第二實施方式的細節。為了簡便起見，僅示出了一個冷卻劑縫80和一個輻射源35。因為可調整和/或可調節的冷卻劑縫80被配置成正對輻射源35並且預製件20 在輸送通過加熱通道31期間轉動，所以預製件20的具有最高熱輻射的部位被來自冷卻劑縫80的表面冷卻劑流52冷卻。圖6除示出了反射器41 (對立反射器)、42 (底部反射器)和43 (背側反射器)之外還示出安裝在加熱通道31中的用於防止不期望的熱輸入到預製件20的口部區域22的冷卻板60 (從現有技術中已知並且例如在圖3和圖4中示出)。因為預製件20的口部區域22已經包括預製螺紋，因此這是必要。該螺紋不能變形，否則不能再確保其功能。對於某些溫度曲線(temperatur印rofile)來說也需要冷卻板60，特別是當期望溫度曲線出現特別尖銳的邊緣時。特別地，此時，該邊緣以下的輻射應當僅被引入預製件中。位置最高的輻射源35 (未示出)優選地被置於冷卻板60的緊下方，從而高強度的輻射撞擊冷卻板60。冷卻板60吸收該輻射的大部分。冷卻板60被口部冷卻劑流50冷卻並且所吸收的熱被排到周圍環境中。被冷卻板60吸收的能量損失掉了，這對整個設備的能效產生負面影響。圖8示出了加熱通道31和加熱單元33以及具有優化的冷卻板61的輻射源冷卻
9系統，圖9僅示出了優化的冷卻板61。優化的冷卻板61被特別定製成將大部分的輻射反射回加熱通道31 (見圖8)和/ 或使其不吸收輻射和/或將輻射釋放到周圍環境中。通過使優化的冷卻板61的下側面62 具有高反射的表面或通過冷卻板61的下側面62的其它特殊定製來達到該效果。為了提高下側面62的反射性能，可使下側面62包括高拋光表面或高反射層。還可以用例如陶瓷等合適的材料製造冷卻板61。由於吸收了較少的輻射且反射了更多的輻射，因此冷卻板的溫升減小。輻射不被冷卻板61吸收，而是被反射回加熱通道31 (見圖8)，因此能夠被用於使預製件20升溫(見圖8)。還可以通過冷卻板61的下側面62的特殊形狀來實現更好的利用頂輻射。冷卻板61的下側面62可以特別設計成使入射的輻射沿預製體20的方向反射(見圖8)。下側面62的設計可以是例如斜面、凹曲面或具有相應特性的其它設計。圖9示出了曲面與斜面的結合，以允許位置最高的輻射源35能設置得更高。這有時是必須的，以獲得上面已經敘述的溫度曲線的特別尖銳的邊緣。通過所述的兩個變型例，能夠實現現有的頂輻射的更好且更貼近目標的反射，從而對設備的整體效率產生積極的影響。已經參照優選實施方式說明了本發明。但是，本領域技術人員可以想到在不脫離所附權利要求書的保護範圍的情況下進行修改和變型。
權利要求
1.一種加熱裝置(30)，其用於在拉伸吹制裝置或吹塑成形裝置中加工預製件00)之前使所述預製件00)升溫，所述加熱裝置(30)包括加熱通道(31)，所述加熱通道(31)具有用於沿著輸送路線移動所述預製件(20)的輸送部件(34)，在所述加熱通道(31)的至少一側配置有頂輻射源(35)，所述加熱裝置(30)包括至少一個用於產生使所述預製件00) 的口部區域02)冷卻的口部冷卻劑流(50)的部件、至少一個用於產生使所述預製件OO) 的表面冷卻的表面冷卻劑流(5 的部件以及至少一個用於產生使所述頂輻射源(35)冷卻的輻射源冷卻劑流(54)的部件，其特徵在於，所述加熱裝置(30)包括至少一個用於控制所述表面冷卻劑流(5 的量和/或流動方向的機械能調的調整裝置(75、80)。
2.根據權利要求1所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，所述機械能調的調整裝置(75、 80)是能調節和/或能控制的。
3.根據權利要求1或2所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，通過所述機械能調的調整裝置(75、80)能從所述表面冷卻劑流(5 分離出輻射源冷卻劑流(54)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，所述機械能調的調整裝置(75、80)包括至少一個空氣引導片(75)。
5.根據權利要求1或2所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，所述機械能調的調整裝置 (75,80)包括所述表面冷卻劑流(5 用的冷卻劑縫(80)，所述冷卻劑縫(80)配置在所述加熱通道(31)的與所述頂輻射源(3 所在側相反的一側，從而每一個頂輻射源被配置成與一個冷卻劑縫(80)相對。
6.根據權利要求5所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，各冷卻劑縫(80)是獨立能調的和/或能關閉的和/或高度能調的。
7.根據前述權利要求中任一項所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，所述加熱裝置(30) 包括配置在所述輻射源(3 上方、高度與所述預製件00)的口部0 的高度大致相同的位置處的冷卻板(61)，所述冷卻板(61)具有面向所述輻射源(3 的下側面(62)，所述冷卻板(61)的下側面(6 具有反射表面和/或所述冷卻板(61)的下側面(6 的輪廓將所述輻射源(3 的熱輻射(38)反射到所述加熱通道(31)中。
8.根據權利要求7所述的加熱裝置(30)，其特徵在於，所述冷卻板(61)的下側面(62) 的輪廓具有凹曲面和/或斜面。
9.一種用於冷卻位於加熱裝置(30)中的預製件00)的表面和/或頂輻射源(35)的方法，所述加熱裝置(30)用於在拉伸吹制裝置或吹塑成形裝置加工所述預製件00)之前使所述預製件00)升溫，所述加熱裝置(30)包括加熱通道(31)，所述加熱通道(31)具有用於沿著輸送路線移動所述預製件00)的輸送部件(34)，在所述加熱通道(31)的至少一側配置有頂輻射源(35)，所述加熱裝置(30)包括至少一個用於產生使所述預製件00)的口部區域02)冷卻的口部冷卻劑流(50)的部件、至少一個用於產生使所述預製件00)的表面冷卻的表面冷卻劑流(5 的部件以及至少一個用於產生使所述頂輻射源(3 冷卻的輻射源冷卻劑流(54)的部件，其特徵在於，通過至少一個機械能調的調整裝置(75、80) 來調節和/或控制所述表面冷卻劑流(5 的量和/或流動方向。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述表面冷卻劑流(5 被分流成表面冷卻劑流支流(52a)和輻射源冷卻劑流(54)。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，經由至少一個空氣引導片(75)進行所述表面冷卻劑流(5 的分流。
12.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述表面冷卻劑流(5 經由冷卻劑縫 (80)流入，所述冷卻劑縫(80)配置在所述加熱通道(31)的與所述頂輻射源(3 所在側相反的一側，從而每一個頂輻射源被配置成與一個冷卻劑縫(80)相對。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，能夠調整所述冷卻劑縫(80)的截面積和/或長度和/或所述冷卻劑縫(80)之間的距離。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其特徵在於，各冷卻劑縫(80)能夠獨立地調整和/或關閉。
15.根據權利要求9或14所述的方法，其特徵在於，所述頂輻射源的向上指向的熱輻射(38)被高反射性的冷卻板(61)反射到所述加熱通道(31)中。
全文摘要
具有表面冷卻劑流的用於預製件的加熱裝置。本發明涉及一種加熱裝置，其用於在拉伸吹制裝置或吹塑成形裝置加工預製件之前使預製件升溫。本發明還涉及一種用於冷卻預製件的表面和/或輻射源的方法。該加熱裝置包括至少一個用於產生使預製件的口部區域冷卻的口部冷卻劑流的部件、至少一個用於產生使預製件的表面冷卻的表面冷卻劑流的部件以及至少一個用於產生使IR輻射源冷卻的輻射源冷卻劑流的部件。根據本發明，該加熱裝置包括至少一個用於控制表面冷卻劑流的量和/或流動方向的機械能調的調整裝置。優選地，該機械能調的調整裝置是可根據空氣流的體積來調節和/或控制的。
文檔編號B29C49/64GK102233667SQ20111010362
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月22日 優先權日2010年4月23日
發明者C·霍爾澤, W·舍恩伯格, 克勞斯·翁思 申請人:克羅內斯股份公司