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Dokumentenidentifikation DE10020410A1 18.10.2001
Titel Wärmeprofil-Ausgleich in Blasformmaschinen durch Quarzglas-Infrarotstrahler mit inhomogen segmentierter Glühwendel
Anmelder Bauer, Kay-Michael, Dipl.-Ing., 22115 Hamburg, DE
Erfinder Bauer, Kay-Michael, Dipl.-Ing., 22115 Hamburg, DE
Vertreter Jaeschke, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 22851 Norderstedt
DE-Anmeldedatum 26.04.2000
DE-Aktenzeichen 10020410
Offenlegungstag 18.10.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2001
IPC-Hauptklasse B29C 49/64
IPC-Nebenklasse B29C 49/68   H05B 3/44   

Beschreibung[de]
1. Beschreibung des Einsatzgebietes der Erfindung und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine spezielle Einrichtung zur schnelleren Erwärmung von hohlen Vorformlingen, auch "Preforms" genannt, in Kunststoffblasformmaschinen.

Die Erwärmungszonen sind eine Vorstufe vor der Blasverformung zur Flasche oder anderen Behältern für Flüssigkeiten oder nieder- und hochviskose Materialien. Verwendet werden transparente Preforms aus PET, PEN, PET/PEN oder PP-Kunststoffen. Auch andere und nicht transparente Kunststoffe sind möglich.

Heutige Blasformanlagen werden linear oder mit runden Heizrädern gebaut, wobei die Vorformlinge mit Infrarotstrahlern (auch IR-Strahler genannt) aus Quarzglasrohren mit Wolframwendel erwärmt werden. Die Preforms laufen in sich rotierend an den IR-Strahlern vorbei.

In den heutigen Maschinen werden lineare Infrarotstrahler eingesetzt, mit homogen gewickelter Wolframwendel. Diese sind Halogenstrahlern für Scheinwerfer in ihrer Bauart sehr ähnlich. Die Längen der IR-Strahler sind je nach verwendeten Heizkästen unterschiedlich.

Aufgrund der Geometrie der linearen oder runden Heizanlagen ergeben sich in Zusammenhang mit den linearen IR-Strahlern Nachteile in der Erwärmung der Preforms. Hinweis: Aus anderen Verfahren, z. B. in Fotokopiergeräten, sind Quarzrohrstrahler mit homogen oder möglicherweise auch inhomogen segmentierten Wendeln grundsätzlich bekannt.

Patentschutz beanspruche ich für die Verwendung von Infrarotstrahlern aus Quarzglas mit inhomogen segmentierten Glühwendeln in der gewerblichen Anwendung in Kunststoff- Blasformmaschinen.

1.1 Anwendung bei runden Maschinen
  • a) Am Umfang der Heizräder sitzen diese Infrarotstrahler in horizontaler Brennlage in tangentialer Position in Heizkästen. Beim runden Heizrad ist die Entfernung der Vorformlinge zum Infrarotstrahler somit nicht immer gleich, sondern durchläuft vom Maximum über ein Minimum wieder zu einem Maximum. (Anlage 1). Je größer der Abstand, desto geringer die Erwärmung am Preform.
  • b) Welche Strahlungsleistung auf einem Objekt aber ankommt, ist nur abhängig von der Entfernung zum jeweils strahlenden Punkt einer Glühwendel. Die Summe der ankommenden Strahlungsleistung von allen Punkten der Glühwendel ist somit nicht in jeder Position, trotz konstantem Abstand zum linearen Strahler, gleich. In Pos X erhält der Preform Strahlungsleistung von den Positionen X, Y und Z. Vor Z ist jedoch der Abstand deutlich größer als wenn der Preform sich unter Position X unter der Mitte des Strahlers befinden würde. In der vorhandenen Erwärmungszone erhält der Preform somit nicht die maximal mögliche Erwärmung, denn seine Verweildauer ist in dieser Position nur sehr gering.
  • c) Die Aufgabe der Erfindung dieses gekennzeichneten Teils 1.1 des Patentanspruchs besteht darin, diesen Abstandsnachteil durch eine neue Art der Infrarotstrahler-Glühwendel- Konstruktion auszugleichen. Ein Umbau bestehender Anlagen und Heizkästen ist nicht erforderlich.
1.2 Anwendung bei linearen Maschinen
  • a) Bei linearen Anlagen ergibt sich trotz der Parallelität der linearen Infrarotstrahler zur Heizstrecke keine homogene Erwärmungszone für die Preforms, denn in der Mitte (Pos. Y) vor den Infrarotstrahlern, ergibt sich ein Maximum an Infrarot-Bestrahlungsstärke (kW/m2) und zu den Enden (Pos. X und Z) jeweils ein Minimum. (Skizze zu Pos. 1.2 in Anlage 1). Gemäß Lambert'schen Cosinus-Gesetz emittiert ein Strahler, unabhängig vom Winkel, von jedem Punkt seiner emittierenden Fläche die gleiche Strahlungsleistung in jede Richtung.
  • b) Welche Strahlungsleistung auf einem Objekt aber ankommt, ist nur abhängig von der Entfernung zum jeweils strahlenden Punkt einer Glühwendel. Die Summe der ankommenden Strahlungsleistung von allen Punkten der Glühwendel ist somit nicht in jeder Position, trotz konstantem Abstand zum linearen Strahler, gleich. In Pos A erhält der Preform die Strahlungsleistung von den Positionen X, Y und Z. In Pos. A ist jedoch die Summe der Abstände deutlich größer, als wenn der Preform sich unter Position B unter der Mitte des Strahlers befinden würde. Nach dem Stand der Technik erhält der Preform somit nicht die maximal mögliche Erwärmung, denn seine Verweildauer ist in der Position B nur sehr kurz.
  • c) Die Aufgabe dieses gekennzeichneten Teils 1.2 des Patentanspruchs besteht darin, diesen Nachteil auszugleichen und die Aufheizzeit des Preforms, bei unveränderter aufgenommener Strahlerleistung, zu verringern und damit die Produktionsgeschwindigkeit mit verbessertem Wirkungsgrad zu erhöhen. Ein Umbau bestehender Anlagen und Heizkästen ist nicht erforderlich.
Diagramm

Das anliegende Diagramm zeigt den Unterschied der Bestrahlungsstärkeverteilung auf der Heizstrecke, die die Preforms durchlaufen. Idealer Weise werden die Wendelsegmente so dimensioniert, daß sich eine annähernd homogene Verteilung auf der gesamten Heizstrecke ergibt. Dem Preform kann damit mehr Wärmeenergie zugeführt werden, bei linearen und runden Heizstrecken, als nach dem Stand der Technik.

Literatur-Hinweis

Anwendungsinformation von Philips Licht, Autor: Kay-Michael Bauer, Abbildung: 16.2 und 18.4

Diese Diagramme zeigen den Sachverhalt nach dem Stand der Technik. Ein Exemplar liegt als Anlage anbei. Liste der Kennziffern für die Details in den Zeichnungen/Bildern 1 homogene Glühwendel

2 inhomogene Glühwendel

Legende: je dunkler die Farbe der Segmente, desto höher die spezifische Leistung

3 Kunststoff-Preforms, in sich rotierend

4 linearer Infrarotstrahler, elektrisch mit Sockel und Kabelanschluß

5 Heizrad der Blasformmaschine, rotierend

6 Heizstrecke

7 Heizkasten

8 Vorschubrichtung

9 Strahlrichtung der Infrarotstrahlung

10 Kunststoffblasformmaschine


Anspruch[de]
  1. 1. Einrichtung und Verfahren zur schnelleren Erwärmen von Kunststoff-Preforms (3) an Blasformmaschinen mit Heizrad ohne Konstruktions- und Leistungsänderungen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren geschieht durch eine nicht mehr homogen (1), sondern gezielt inhomogen segmentiert (2) gewickelte Glühwendel der Infrarotstrahler (4), z. B. aus Wolfram. Dabei werden die äußeren Wendelsegmente mit höherer spezifischer Leistung (Watt/cm) ausgelegt und die inneren mit geringerer oder gleicher spezifischer Leistung als bisher üblich. Dadurch erhalten die Preforms (3) über eine längere Strecke eine hohe Infrarot- Bestrahlungsstärke (kW/m2) als in heute üblichen Anlagen. Die Heizräder können unterschiedliche Durchmesser haben. Die Dimensionierung der Wendel-Segmente richtet sich nach dem Durchmesser der Heizräder.
  2. 2. Einrichtung und Verfahren zum schnelleren Erwärmen von Kunststoff-Preforms (3) an Blasformmaschinen mit linearen Heizzonen ohne Konstruktions- und Leistungsänderung. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren geschieht durch eine nicht mehr homogen gewickelte Wolframwendel (1), sondern durch gezielt inhomogen segmentiert gewickelte Wolframwendel (3) der Infrarolatrahler (4). Dabei werden die äußeren Wendelsegmente mit höherer spezifischer Leistung (Watt/cm) ausgelegt und die inneren mit geringerer oder gleicher als bisher üblich. Dadurch erhalten die Preforms (3) über eine längere Strecke eine hohe Infrarot- Bestrahlungsstärke (kW/m2) als in heute üblichen Maschinen. Die Produktionsgeschwindigkeit der Maschinen läßt sich somit bei gleicher Leistungsaufnahme und ohne konstruktive Änderungen erhöhen.






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