允許改變加熱速率的製造容器的方法和機器的製作方法

2023-04-23 14:33:11

專利名稱：允許改變加熱速率的製造容器的方法和機器的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用塑料材料如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)制的粗坯(一般為預型件，儘管可以涉及中間容器)通過成型製造容器、尤其是細頸瓶和小瓶。
背景技術：
容器製造包括兩個主要階段，即粗坯加熱階段，在該粗坯加熱階段時，粗坯在加熱裝置中行迸，該粗坯加熱階段後是吹制階段，在該吹制階段吋，這樣被加熱的粗坯被轉移到模製裝置中，並且帶壓流體(一般為氣體，通常是空氣)被注入到粗坯中，以賦予粗坯以容器的最終形狀。在加熱裝置(通常稱為「爐子」)中，粗坯以一行進速度並按照預先確定的加熱廓線(profil de chauffe)在一行一般為齒素燈的紅外福射源前行進。 爐子行進速度為預型件通行的線性速度，預型件掛接在安裝於鏈條上的轉動支撐件或「轉盤」上，鏈條由齒輪驅動運動。姆個轉盤與ー小齒輪連在一起，小齒輪同齒條嚙合，以驅動預型件在其移動的過程中圍繞其軸線轉動。加熱廓線，即在加熱階段期間粗坯在爐子中實際接收到的能量數量的廓線，主要通過三個可控的加熱參數確定-由輻射源發出的紅外輻射的功率，它決定注入到爐子中的能量的總數量；-爐子的布局(topographie)，以及尤其是與輻射源相対的反射器的存在，其決定沒有被粗坯直接吸收而是通過反射重新注入到爐子中的能量數量；-粗坯的強制通風的流量，其決定從爐子排出的能量數量。尤其在專利SIDEL FR 2 703 944,FR 2 907 684,FR 2 863 932 中(以及在它們各自對應的美國專利US 5 681 52UUS 2009/317506,US 7 553 156中)描述了爐子的結構。加熱裝置和吹制裝置一般構成生產線的一部分，生產線還包括與封口裝置相結合的充填裝置(或充填機)，需要時還包括加標裝置和打包裝置(例如包裝機)。在任何生產線上，都存在把它的速率強加於整個生產線的關鍵機器。在這種情況下，關鍵機器為充填機。為了補償不同機器的速率差，通過累積式傳送器在這些機器之間構成緩衝存貨，累積式傳送器的容量一般是可以調節的，以允許存貨適應速率變化。但是累積式傳送器是昂貴的和體積龐大的，並且改變每個機器的速率以使其適應於關鍵機器的速率從理論上是更有成效的。然而實際上，即便確實對於某些機器(尤其是吹制裝置)可以變化速率(以大約百分之幾的有限的方式)而不影響生產質量，但ー些機器並不是設計用以支持這種變化。這尤其是爐子的情況，爐子一旦達到它的穩定狀態，它的速率在生產過程中就不能改變，除非接受制出容器質量的不可控差距。現在，負責爐子的專業操作者根據要加熱的粗坯類型以及由關鍵機器施加的生產速率所確定的恆定加熱速率(即預型件的行進速度)對每個生產系列應用ー標準化的加熱廓線。如果操作者可以根據以主觀方式估計的容器的感知質量對加熱參數實行點式手動校正，則生產的容器的質量的不可控差距的危險太大，而不能賦予操作者改變爐子速率的自由。因此，在實踐中，爐子的速率在穩定狀態是固定的。

發明內容
本發明的目的是允許改變(可以是重大的改變)加熱速率，同時保持生產的質量標準。為此，首先提出利用塑料材料制粗坯製造容器的方法，該方法包括-按照預先確定的加熱廓線對以行進速度行進在配有多個輻射源的爐子中的粗坯進行加熱的加熱階段，
-在吹制裝置內吹制粗坯以形成容器的吹制階段，該方法包括以下操作a)改變粗坯的行進速度；b)改變加熱廓線；c)在加熱階段結束後，建立至少ー個粗坯的真實熱廓線；d)在吹制階段期間，進行所述粗坯內部的壓カ的測量並檢測至少ー個壓カ奇點；e)測量粗坯真實熱廓線與理論熱廓線之間的第一差距、以及壓力奇點與理論奇點之間的第二差距；f)只要第一和第二差距兩個不全都小於各自預先確定的允差，就重複操作b)至e)；g)只要第一和第二差距兩個全都小於各自的允差，並且只要行進速度沒有達到預先確定的最終值，就重複操作a)至e)。該方法的各種補充特徵可以單獨地或組合地提出-熱廓線包括對粗坯的熱量測定；-熱廓線包括在粗坯外壁上進行的溫度測量；-熱廓線包括在粗坯內壁上進行的溫度測量；-壓カ奇點是局部的壓カ峰值；-加熱廓線包括輸送給輻射源的電功率；-加熱廓線包括輸送給爐子的通風系統的電功率。其次，提出用於被儲存在處理裝置的存儲器中和/或被儲存在通過處理裝置的閱讀器可讀的存儲載體上的電腦程式產品，該電腦程式產品包括用以實施上述方法的操作a)至g)的指令。再者，提出用於由塑料材料制粗坯製造容器的機器，該機器包括配有多個輻射源的爐子，用以按照預先確定的加熱廓線加熱以行進速度行進的粗坯；以及控制中心，其被編程，以根據對在從爐子出來的粗坯上進行的溫度測量和在隨後的吹制過程中所述粗坯內的進行的壓カ測量，對行進速度和加熱廓線進行改變。該機器的各種補充特徵可以單獨地或組合地提出-控制中心被編程，以改變輸送給輻射源的電功率；-控制中心被編程，以改變輸送給爐子的通風系統的電功率。


根據下面參照附圖進行的描述，本發明的其它目的和優點得以顯現，附圖中-圖I是示出容器製造機器的平面示意圖，該機器包括粗坯加熱裝置和利用加熱的粗坯吹制容器的吹制裝置；-圖2是部分示出圖I機器的剖面示意圖；-圖3是說明加熱速率受控改變的不同階段的功能圖表；-圖4是線圖，其上描繪出示出加熱參數和吹制參數的ー些曲線。
具體實施例方式圖I和圖2上示意性示出利用塑料材料如PET制的粗坯3 (在此涉及預型件)制 造容器2的機器I。該機器I包括也稱為「爐子」的加熱裝置4、以及模製裝置5，模製裝置5配有一系列安裝在循環輸送裝置上的模具6，並且模製裝置直接位於爐子4的下遊。預型件3被傳送穿過爐子4，以便使預型件在模製裝置5內進行的吹製作業或拉伸吹製作業之前在爐子中被加熱。為此，爐子4設有第一發射壁7，第一發射壁配有電磁輻射源8，電磁輻射源在一頻譜上(在紅外範圍中或者，有需要時，在微波範圍中)以預先確定的功率進行發射。典型地，在紅外範圍中發射的輻射源8可以是燈(例如滷素燈，如圖2上所示實例中的)或ニ極管，如雷射二級管，例如垂直腔面發射雷射器(VCSEL)型。提供給輻射源的記為Ps的電功率以及發射的輻射的頻譜，通過可編程控制中心9被控制。以傳統的方式，爐子4包括與發射壁7相対的第二反射壁10，其保證由輻射源8發射的輻射至少部分反射，以限制耗散損失並因此優化加熱。每個預型件3掛接在一個旋轉吊件11上，旋轉吊件也稱為轉盤，其包括接合在預型件3的頸部13中的指狀件12、以及小齒輪14，小齒輪14與固定的鏈條15嚙合，固定的鏈條沿預型件3在爐子4內所遵照的路徑伸展。該傳送模式保證預型件3在其加熱過程中基本均勻地轉動。要指出的是，無論頸部13在下方(如實例中所示)還是頸部13在上方，都可以無區別地保證對預型件3的傳送。每個轉盤11被驅動圍繞軸16轉動，軸16與皮帶17連在一起，皮帶17被輪18帶動以在穩定狀態是固定的預先確定的線性行進速度V移動，輪18的動カ裝置由控制中心9操縱。預型件3之間的間距是固定的，生產速率(B卩，在實踐中，在預先確定的時間、一般為I小時的期間，從爐子4出來的預型件3的數量)直接與行進速度V成比例。對預型件3的加熱實現成使得預型件3在爐子4的出ロ具有的平均加熱溫度高於材料的玻璃轉化溫度。典型地，對於PET制的預型件3，平均加熱溫度約為140°C，PET的玻璃轉化溫度約為80°C。預型件3在爐子4的出口與模製裝置5的入口之間的轉運是足夠短暫的，以便預型件3的散熱冷卻是可忽略的。根據ー實施方式，(尤其在如圖2上所示輻射源8是散熱的滷素燈的情況中)，爐子4包括鼓風機形式的強制通風系統19，其產生壓送空氣流，空氣流被導向在爐子4中通行的預型件3，以便排出一部分熱量。鼓風機19由控制中心9操縱，控制中心控制輸送給鼓風機19的電功率，記為Pv (並因此控制產生的空氣流的流量)。提供給輻射源8的電功率Ps、提供給鼓風機19的功率Pv和預型件3的行進速度V三者全都由控制中心操縱，因此控制中心被編程設計。為了使爐子4的生產速率適應位於同一條生產線上的關鍵機器(例如充填裝置)的速率變化，希望引入行進速度V的改變，或者以便提高行進速度(增加速率)，或者相反地以便降低行進速度(降低速率)，同時保持輸出模製裝置5的容器2的質量。行進速度V的改變引起預型件3暴露於保證加熱它們的輻射的時間的改變，如果希望保持容器2的質量，該改變需要加熱廓線的改變。經驗表明，容器2的質量很大部分上取決於從爐子4出來的預型件3的溫度廓線。特別地，預型件3的太低溫度可能引起容器2上出現微白的珍珠體(perlescence)(珍珠狀外觀)，這是預型件3過度拉伸的結果，預型件過度拉伸引起分子級聚合長鏈的斷裂。相反，預型件3的太高溫度可能導致材料的球粒結晶，從而使預型件3不適於吹制。因此已經確定的是，從爐子4出來的任何預型件3應呈現與預先確定的理論廓線相符的真實熱廓線，對於理論廓線，容器2的質量是最佳的。這不一定意味著真實熱廓線應·嚴格等於理論廓線，這在實踐上是不可能得到的，而是意味著真實熱廓線相對於理論廓線應呈現小於一定允差的差距，該允差可以由本領域技術人員通過進行普通實驗確定，並且對於該允差，所得到的容器2的質量符合裝瓶規定。熱廓線可以簡化為通過放置在爐子4出口處的熱傳感器進行的唯一的平均溫度測量。但優選地，熱廓線包括多個在預型件3的主體20上進行的溫度測量，尤其是在預型件3的外壁21上和/或其內壁22上進行的溫度測量。根據圖2上示出的實施例，熱廓線包括通過與控制中心9連接的熱(紅外)攝影機23實現的在整個主體20或該主體一部分上對外壁21的熱量測定，熱量測定數據由攝影機23傳遞給控制中心。根據另ー實施例，熱廓線包括在內壁22上進行的溫度測量或熱量測定，該溫度測量或熱量測定可以按照其內容在此援引加入的法國專利申請n° FR 2 935 924或它的國際對應專利申請n° WO 2010/031923的說明來實現。但是已經確定的是，即便對預型件3熱廓線的控制對於保持制出的容器2的最終質量是必要的，但它是不足夠的。實際上實驗表明，具有基本相同的熱廓線並且相等機械特徵(預型件3實際上可具有形狀缺陷或材料缺陷)的兩個預型件3可以導致質量不等的容器2。事實上，基於從爐子4出來的預型件3的單ー熱廓線對加熱參數(Ps和Pv)進行的反饋顯示出對於控制容器2的質量是不足的。但是試驗表明，通過同時考慮吹制過程中預型件3中的壓カ的變化和熱廓線，可以有效地對加熱參數進行反饋，以便控制容器2的質量。更確切地，不必考慮壓カ曲線整體，而考慮該壓カ曲線上的至少ー奇點就顯示出是足夠的。實際上，考慮預吹製作業期間的對應於預型件3的塑性流動閾值的局部壓カ峰值甚至顯示是足夠的，預型件3從該閾值開始在模具6中徑向膨脹。記為點B的該點的特徵和它對容器2的質量的重要性在法國專利申請n° FR 2909 305 (或者在它的國際對應專利申請n° WO 2008/081108)中已被闡述過。可先驗地來看，相對於從爐子4出來的預型件3的單ー熱廓線，點B沒有帶來任何補充信息。實際上，假定點B的位置受預型件3的平均加熱溫度影響粗略地，溫度增加導致點B發生的時刻tB的提前，以及相應壓カPb的降低；相反，溫度降低理論上導致點B發生的時刻tB的推遲，以及相應壓カPb的増加。如果僅限於考慮平均溫度，這些斷言是正確的。實際上，預型件3的加熱廓線和點B沒有提供兩個多餘的信息，而是對於預型件3的內在特徵互補的信息，從而允許評價其與令人滿意的理論模型的一致性。用於證明該陳述而援引的假設為在類似的溫度廓線中，或者能被測量或者會非常強制考慮的極小溫度變化能以明顯的方式影響吹制質量，對此的經驗表明點B是可靠的並且是可測量的指示標。因此，對
-在爐子4出口的預型件3的溫度廓線，-以及吹制期間預型件中的特別的壓力點(在這種情況下是點B)，的同時考慮允許對加熱廓線進行可靠的反饋，以便在改變爐子4的速率時保持容器2的質量。容器2中的壓カ的測量可以通過壓カ傳感器24進行，壓カ傳感器例如(如圖2上所示)安裝在將流體注射到預型件3中的噴ロ 25中，吹制時噴ロ 25罩在模具6上，並且噴ロ與控制中心9連接，傳感器24向控制中心9傳遞它的測量值。利用預型件3製造容器2包括兩個主要階段，即按照預先確定的加熱廓線對以行進速度V在爐子4中行進的預型件3進行加熱的加熱階段，和將預型件3在吹制裝置5內吹制的相繼吹制階段，如圖I和2上所示，每個預型件3已被引入ー模具6中。行進速度V和加熱廓線(其特徵在於輸送給輻射源8的功率Ps和輸送給鼓風機19的功率Pv)在控制中心9中被編程(並受該控制中心控制)。基於初始行進速度Vi,現在描述可以改變該速度以達到最終速度Vf的操作方式。該操作方式示於圖3上。控制中心從進行以下操縱開始a)改變行進速度V，以及b)改變加熱廓線，這以同時或幾乎同時的方式進行。引起的改變是增量的，並且相當於所追求的最終改變的僅一百分比(其小於被改變參數的初始值與最終值之差的10%，優選小於5%)。簡單地說，速度V被增加變化量δ V(正的或負的)，被改變的速度等於V+ δ V。同樣地，輸送給輻射源8的功率Ps和/或輸送給鼓風機19的功率Pv被増加相應的變化量δ Ps或δ Pv(正的或負的)，被改變的功率Ps或Pv等於Ps+ δ Ps或相應地等於Pv+ δ Pv。具體地，行進速度V的改變可以通過變化驅動輪18的轉速實現，驅動預型件3的皮帶17在驅動輪18上循行。在該初次改變之後，隨後進行c)在一完整的加熱階段後且離開爐子4時，建立在行進速度V和加熱廓線改變之後進入爐子4中的至少ー個預型件3 (或選擇ー些預型件3，還或者，優選地選擇所有預型件3)的真實熱廓線，然後d)在吹制階段期間，測量該(或這些)預型件3中的壓力。
通過熱攝像機23測量熱廓線，結果是一條曲線(或點雲)，該曲線對應於溫度T的隨軸向坐標(或高度，記為Z)的函數f的變化，並認為在恆定高度，溫度T是恆定的(如果排除用於製造非迴轉對稱容器的優選加熱的情況，這符合大多數情況)，其中測量在預型件3上進行。因此溫度廓線由曲線T=f (Z)提供。壓カ測量通過壓カ傳感器進行，結果是與隨從預型件3進入模具6開始所經過的時間t的函數f的壓カP的變化相對應的一條曲線(或點雲)P=g(t)。測量值T和P連續地被傳送到控制中心9。控制中心獲得數據，將真實溫度廓線與儲存的理論廓線進行相應比較，並在壓力曲線中檢測被程控的奇點(這裡是點B)。控制中心9然後進行以下操作e)測量預型件3的真實熱廓線與儲存的理論熱廓線之間的第一差距δ T ;測量真實壓カ奇點(真實點B)與儲存的理論奇點(理論點B)之間的第二差距δ B。
真實點B與理論點B之間的差距δ B可以無區別地是在點B的壓カ值中的差距δ Pb、或點B發生時刻tB值中的差距δ tB。控制中心9隨後進行以下操作f)將熱廓線的差距δ T與預先確定的允差St (儲存在控制中心中)進行比較，以及將差距δΒ (δΡΒ和/或StB)與同樣儲存的預先確定的(壓カ的和/或時間的)允差Sb進行比較。如果差距δΤ和δ B沒有兩個全都小於它們各自的允差St和Sb，這就意味著在預型件3的質量中發現偏差，則控制中心9重複操作b)至e)，以通過迭代校正加熱廓線，直至差距δΤ和δ B包括在設定的允差內。只要差距δ T和δ B包括在設定的允差St和Sb中，並且只要沒有達到最終值VF，控制中心9就控制操作a)至e)的重複，即控制改變速率和加熱廓線的操作的重複。上述操作可以通過安裝到控制中心9的處理器中的或在其可讀的外部載體(⑶-ROM型只讀光碟型)上的電腦程式的指令實施。圖4的線圖上示出速率的二次相繼改變首先，從高速V1出發，降低速度V直至低速V2 (Vi=V1 ;Vf=V2)，然後相反地，從低速V2出發，增加速度V直至高速V1 (Vi=V2 ;VF=Vi)。在線圖上畫出-表示行進速度V變化的曲線，-表示提供給輻射源8的電功率Ps的變化的曲線，以及-表示提供給鼓風機19的電功率Pv的變化的曲線。為了簡單起見，示出速度V的線性的和連續的減小。相反，功率Ps和Pv的雉堞形變化表示通過相繼的迭代(S Ps和δ Pv)改變這些參數，控制中心9隨著速率的變化控制這些迭代。在線圖上看到該方法是可逆的。在速率第一次改變時，功率Ps相繼階梯式地從高值Psi減小直至低值PS2，然後，在速率第二次改變吋，功率Ps相繼階梯式地從低值Ps2増加直至高值Psi。同時地，功率Pv首先從低值Pvi相繼階梯式地増加直至高值Pv2 ;然後，在速率第二次改變吋，功率Pv從高值Pv2相繼階梯式地減小直至低值Pvi。已經觀察到，僅對輸送給輻射源的功率Ps的參數與輸送給通風系統的功率Pv的參數進行改變，就足以在爐子4速率改變過程中保持容器2的質量。該觀察可以在下面的理論中找到解釋。
作為第一集近似，被爐子4中的預型件3有效吸收的能量Ep的數量等於輻射源8發射的能量Es的數量減去由鼓風機19從爐子4排出的能量Ev的數量和爐子4本身的承受加熱的組成件所吸收的能量Ef的數量Ep ^ Es-Ev-Ef如果考慮大部分承受輻射的組成件是只吸收它們所接收的輻射的ー極小部分的反射器，而主要輻射部分都反射給預型件3，則可以合理地認為爐子4的組成件所吸收的能量Ef的數量是可以忽略的。因此，作為第二集近似，被爐子4中的預型件3有效吸收的能量Ep的數量基本等於由輻射源8發射的能量Es的數量減去由鼓風機19從爐子4排出的能量Ev的數量
·
Ep ^ Ev-Ee另外，根據適當近似估計·-假定輻射源8發射的能量Es的數量與吸收的電功率Ps的效率是恆定的，則由輻射源8發射的能量Es的數量與吸收的電功率Ps成正比ES Kl · Ps，其中Kl是正的常數；-由鼓風機19從爐子4排出的能量Ev的數量同時與被鼓風機19吸收的電功率Pv以及與由輻射源8發射的能量Es (即被輻射源8吸收的電功率Ps)的數量成正比Ev ^ K2 · Ps · Pv，其中K2是正的常數。因此，被預型件3有效吸收的能量Ep的數量可以用下面的方式表達Ep ^(Kl-K2 · PV)PS可看到，根據該近似法，被預型件3有效吸收的能量Ep隨著提供給輻射源8的電功率Ps的增加而以線性的或準線性的方式増加，以及相反地，隨著提供給鼓風機的電功率Pv的増加而以線性的或準線性的方式減小。這樣配置和被編程的機器9 (和它的方法)允許引起爐子4速率的自動改變，同時保持容器2的質量。結果得到爐子4在生產線中更好的適應性和在生產過程中以連續的方式改變速率的可能性，同時限制不合格容器2的損耗。
權利要求
1.利用塑料材料制的粗坯(3)製造容器(2)的方法，所述方法包括 -按照預先確定的加熱廓線對以行進速度(V)行進在配有多個輻射源(8)的爐子(4)中的粗坯(3)進行加熱的加熱階段； -在吹制裝置(5)內吹制粗坯(3)以形成容器(2)的吹制階段， 所述方法的特徵在於，其包括以下操作 a)改變粗坯(3)的所述行進速度(V)； b)改變所述加熱廓線； c)在加熱階段結束後，建立至少一個粗坯(3)的真實熱廓線； d)在所述吹制階段的期間，進行所述粗坯(3)中的壓力的測量並檢測至少一個壓力奇點(B)； e)測量所述粗坯(3)的所述真實熱廓線與理論熱廓線之間的第一差距、以及所述壓力奇點與理論奇點之間的第二差距； f)只要所述第一差距和第二差距兩個不全都小於各自預先確定的允差，就重複操作b)至 e); g)只要所述第一差距和第二差距兩個全都小於各自的所述允差，並且只要所述行進速度(V)沒有達到預先確定的最終值，就重複操作a)至e)。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述熱廓線包括對所述粗坯(3)的熱量測定。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述熱廓線包括在所述粗坯(3)的外壁(21)上進行的溫度測量。
4.如權利要求I至3中任一項所述的方法，其特徵在於，所述熱廓線包括在所述粗坯(3)的內壁(22)上進行的溫度測量。
5.如權利要求I至4中任一項所述的方法，其特徵在於，所述壓力奇點是局部壓力峰值。
6.如權利要求I至5中任一項所述的方法，其特徵在於，所述加熱廓線包括輸送給所述輻射源(8)的電功率(Ps)。
7.如權利要求I至6中任一項所述的方法，其特徵在於，所述加熱廓線包括輸送給所述爐子(4)的通風系統(19)的電功率(Pv)。
8.電腦程式產品，其用於被儲存在處理裝置的存儲器中和/或被儲存在通過處理裝置的閱讀器可讀的存儲載體上，所述電腦程式產品包括用以實施如權利要求I至7中任一項所述的方法的操作a)至g)的指令。
9.用於利用塑料材料制的粗坯(3)製造容器(2 )的機器(I)，所述機器包括配有多個輻射源(8)的爐子(4)，用以按照預先確定的加熱廓線加熱以行進速度(V)行進的粗坯(3)，其特徵在於，所述機器包括控制中心(9)，所述控制中心被編程，以根據在從所述爐子(4)輸出的粗坯(3)上進行的溫度測量和在隨後的吹制過程中所述粗坯(3)內的進行的壓力的測量，對所述行進速度(V)和所述加熱廓線進行改變。
10.如權利要求9所述的機器(1)，其特徵在於，所述控制中心(9)被編程，以改變輸送給所述輻射源(8)的電功率(Ps)。
11.如權利要求9或10所述的機器(1)，其特徵在於，所述控制中心(9)被編程，以改變輸 送給所述爐子(4)的通風系統(19)的電功率(Pv)。
全文摘要
用於利用塑料材料制的粗坯(3)製造容器(2)的機器(1)，該機器包括:配有多個輻射源(8)的爐子(4)，用於按照預先確定的加熱廓線加熱以行進速度行進的粗坯(3)；以及，編程控制中心(9)，用於根據在所述爐子(4)出口處的粗坯(3)上進行的溫度測量和隨後的吹制過程中在所述粗坯(3)中進行的壓力測量，對所述行進速度和所述加熱廓線進行改變。
文檔編號B29L22/00GK102837420SQ20121019682
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月14日 優先權日2011年6月23日
發明者J·讓德爾, T·多, M·德裡安 申請人:西德爾合作公司