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Dokumentenidentifikation DE10020410B4 19.02.2004
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 der Patenterteilung 19.02.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.02.2004
IPC-Hauptklasse B29C 49/64
IPC-Nebenklasse B29C 49/42   H05B 3/44   

Beschreibung[de]

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.

Der Firmenprospekt "Philips Licht – IRK-Halogen-Infrarotstrahler im industriellen Wärmeprozess" zeigt verschiedene Ausführungen und Anwendungen von Infrarotstrahlern. Aus anderen Verfahren, z.B. in Fotokopiergeräten, sind Quarzrohrstrahler mit homogen oder möglicherweise auch inhomogen segmentierten Wendeln grundsätzlich bekannt. Aus der DE 195 16 972 C1 ist es bekannt, zum Ausgleich der geringeren spezifischen Leistung am Rand eines Infrarotstrahlers einen Infrarotstrahler mit zwei Rohren einzusetzen. Im ersten Rohr ist eine durchgehende Wendel angeordnet, während im zweiten Rohr die Wendel nur in den Randbereichen angeordnet sind.

Aus der DE 199 12 544 A1 ist ein Infrarotstrahler bekannt, bei dem als Emissionsquelle ein Carbonband eingesetzt wird, dass eine größere Länge als die eigentliche Bestrahlungslänge aufweist. Die DE 43 28 119 C2 beschreibt eine Anordnung von mehreren Infrarotstrahlern, durch die eine definierte inhomogene Erwärmung einer größeren Fläche erzeugt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Anordnung mit einem Infrarotstrahler zu schaffen, mit dem eine homogene Erwärmung von hohlen Vorformlingen in Kunststoffblasformmaschinen möglich ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Anordnung mit den Merkmalen des geltenden Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch 2 betrifft eine bevorzugte Ausrichtung des Infrarotstrahlers zu den bewegten Vorformlingen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Anwendungen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 den Stand der Technik,

2 ein Heizwendel gemäß der Erfindung,

3 die Anordnung des Heizwendels bei runden Maschinen und

4 als Diagramm den Vergleich der relativen Bestrahlungsstärke am Vorformling bei homogen (Stand der Technik) und inhomogen segmentiert gewickelter Glühwendel beim IR-Strahler.

Anwendung bei runden Maschinen:

Am Umfang der Heizräder sitzen die Infrarotstrahler 4 in horizontaler Brennlage in tangentialer Position in Heizkästen 7. Beim runden Heizrad ist die Entfernung der Vorformlinge 3 zum Infrarotstrahler somit nicht immer gleich, sondern durchläuft vom Maximum über ein Minimum wieder zu einem Maximum. Je größer der Abstand, desto geringer die Erwärmung am Preform.

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.

3 zeigt die Anordnung zum Erwärmen von Preforms 3 für das Blasformen bei runden Maschinen 10. Die Preforms werden auf einem Heizrad 5 und in sich rotierend in einer Erwärmungszone an einem Infrarotstrahler 4 vorbeigeführt. Zum Wärmeprofilausgleich in der Erwärmungszone weist der Infrarotstrahler 4 eine inhomogen segmentiert gewickelte Wolframwendel auf derart, dass die äußeren Wendelsegmente 2 eine höhere spezifische Leistung abstrahlen als die inneren Wendelsegmente 2. In der Zeichnung sind Wendelsegmente mit höherer Leistung dunkler dargestellt als diejenigen mit niedrigerer Leistung.

Anwendung bei linearen Maschinen:

Bei linearen Anlagen ergibt sich trotz der Parallelität der linearen Infrarotstrahler 4 zur Heizstrecke 6 keine homogene Erwärmungszone für die Preforms 3, 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. (1). Gemäß Lambert"schen Cosinus-Gesetz emittiert ein Strahler 1, unabhängig vom Winkel, von jedem Punkt seiner emittierenden Fläche die gleiche Strahlungsleistung in jede Richtung.

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. Auch hier schafft das Wendel gemäß 2 Abhilfe.

4 zeigt den Unterschied der Bestrahlungsstärkeverteilung auf der Heizstrecke 6, 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 sowohl bei linearen als auch bei runden Heizstrecken mehr Wärmeenergie zugeführt werden, als nach dem Stand der Technik.


Anspruch[de]
  1. Anordnung zum Erwärmen von Vorformlingen (3) für das Blasformen, die auf einem Heizrad oder einer linearen Heizstrecke und in sich rotierend an einem Infrarotstrahler (4) vorbeigeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Wärmeprofilausgleich in der Erwärmungszone (6) der Infrarotstrahler (4) eine inhomogen segmentiert gewickelte Wolframwendel aufweist derart, daß die äußeren Wendelsegmente (2) eine höhere spezifische Leistung abstrahlen als die inneren Wendelsegmente (2).
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarotstrahler (4) tangential zum Heizrad (5) beziehungsweise parallel zur linearen Bewegung der Vorformlinge verläuft.
  3. Verwendung eines Infrarotstrahlers mit einer inhomogen segmentiert gewickelten Wolframwendel, deren äußere Wendelsegmente (2) eine höhere spezifische Leistung als deren innere Wendelsegmente (2) aufweisen, zur Erwärmung von Vorformlingen (3) für das Blasformen, die auf einem Heizrad oder einer linearen Heizstrecke und in sich rotierend an dem Infrarotstrahler (4) vorbeigeführt werden.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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