HOLZER, Christian (Am Anger 13, Schierling, 84069, DE)
SCHÖNBERGER, Wolfgang (Johann-Wolf-Straße 4, Brennberg, 93179, DE)
SENN, Konrad (Untere Regenstrasse 5, Regensburg, 93059, DE)
WUTZ, Andreas (Raiffeisenstrasse 12, Roding, 93426, DE)
WINZINGER, Frank (Clermont-Ferrand-Allee 31, Regensburg, 93049, DE)
HOLZER, Christian (Am Anger 13, Schierling, 84069, DE)
SCHÖNBERGER, Wolfgang (Johann-Wolf-Straße 4, Brennberg, 93179, DE)
SENN, Konrad (Untere Regenstrasse 5, Regensburg, 93059, DE)
WUTZ, Andreas (Raiffeisenstrasse 12, Roding, 93426, DE)
| 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 (14) zum Bestrahlen des Vorformlings (5) mit Infrarotstrahlung umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (3) ferner umfassen: - eine Halte- und Hubvorrichtung (6) zum Halten bzw. Heben und Senken des Vorformlings (5) und/oder der Heizkammer (4), um den Vorformling (5) in die Heizkammer (4) einzuführen bzw. aus dieser zurück zu ziehen; und - eine Temperaturmesseinrichtung (9) zum Messen mindestens einer Temperatur des Vorformlings (5) und/oder der Heizkammer (4); und dass der Ofen (1) ferner eine Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern der Heizmodule (3), insbesondere der Heizstrahler (14) und der Halte- und Hubvorrichtungen (6) auf Grundlage der gemessenen Temperatur umfasst. 2. Ofen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmesseinrichtung (9) einen zentralen einlaufseitigen Temperatursensor (10a) umfasst, um eine Starttemperatur des Vorformlings (5) zu messen, und/oder dezentrale Temperatursensoren (10c), die an den Heizkammern (4) vorgesehen sind, um eine Temperatur der Heizkammer (4) während des Erwärmens zu messen. 3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) eingerichtet ist, um eine Heizleistung des Heizmoduls (3), eine Heizdauer und/oder eine Verweildauer des Vorformlings (5) in der Heizkammer (4) auf Grundlage der gemessenen Temperatur einzustellen. 4. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (4) einen in einer bezüglich der Hauptachse (5') des Vorformlings (5) axialen Richtung verstellbaren Boden (4b) umfasst. 5. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Boden (4b) aktiv beheizt und/oder Infrarotstrahlung reflektierend ausgebildet ist. 6. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkammer (4) mehrere, in einer bezüglich der Hauptachse (5') des Vorformlings (5) axialen Richtung hintereinander angeordnete Heizstrahler (14) umfasst, die getrennt vonein- ander betrieben werden können, um eine von den betriebenen Heizstrahlern (14) gebildete aktive Strahlerfläche an einen zu bestrahlenden Bereich (5b) des Vorformlings (5) anzupassen. 7. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (3) ferner je einen Heizstab (13) zum Bestrahlen des Vorformlings (5) mit Infrarotstrahlung umfassen, und dass die Halte- und Hubvorrichtung (6) ferner zum Heben und Senken des Heizstabs (13) eingerichtet ist, um den Heizstab (13) in den Vorformling (5) einzuführen bzw. aus diesem zurück zu ziehen. 8. Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Tiefe, bis zu der der Heizstab (13) in den Vorformling (5) eingeführt werden kann, einstellbar ist. 9. Ofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Heizstab (13) mehrere, in einer bezüglich der Hauptachse (5') des Vorformlings (5) axialen Richtung hintereinander angeordnete Heizstrahler (18) ausgebildet sind, die getrennt voneinander betrieben werden können, um eine von den betriebenen Heizstrahlern (18) gebildete aktive Strahlerfläche an einen zu bestrahlenden Bereich (5e) des Vorformlings (5) anzupassen. 10. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Heizkammer (4) eine Auflageplatte (21) für einen an dem Vorformling (5) ausgebildeten Tragring (5a) vorgesehen ist, wobei die Auflageplatte (21 ) mit der Heizkammer (4) über eine Steckkupplung und/oder eine magnetische Kupplung (22) schnellwechselbar verbunden ist. 11. Ofen nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Heizrad (2) ein Axialtransformator oder ein Schleifring (11 ) zur Stromversorgung der Heizmodule (3) vorgesehen ist und die Steuervorrichtung (12) auf dem Heizrad (2) mitrotierend angeordnet ist. 12. Verfahren zur Kalibrierung der Heizmodule (3) des Ofens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , folgende Schritte umfassend: a) Bereitstellen eines Referenzmodells (3') der Heizmodule (3); b) Beheizen mindestens eines Heizelements (14, 15, 18) des Referenzmodells (3') durch Zufuhr elektrischer Energie und Messen einer Temperatur des Referenzmodells (3'); c) Ermitteln eines Referenz-Wirkungskoeffizienten (31 ', 32', 33') für das Referenzmodell (3'), der einen Zusammenhang zwischen der zugeführten elektrischen Leistung und/oder der Dauer der elektrischen Leistungszufuhr und der gemessenen Temperatur herstellt; d) Ermitteln individueller Wirkungskoeffizienten (31 , 32, 33) für die zu kalibrierenden Heizmodule (3) in Analogie zum Vorgehen in Schritt c); und e) Berechnen individueller Korrekturwerte (35) der Heizmodule (3) für die Konditionierung der Vorformlinge (5) in den Heizmodulen (3) aus den in den Schritten c) und d) ermittelten Wirkungskoeffizienten (31', 32", 33', 31 , 32, 33). 13. Verfahren zum Konditionieren von Vorformlingen, insbesondere für das Streckblasen von Kunststoffgefäßen, in dem Ofen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , folgende Schritte umfassend: - Messen einer Starttemperatur der Vorformlinge (5); - Einbringen der Vorformlinge (5) in je ein Heizmodul (3); - Erwärmen der Vorformlinge (5), wobei die Heizmodule (3), insbesondere deren Heizenergiezufuhr und die Verweildauer der Vorformlinge (5) in den Heizkammern (4), auf Grundlage der jeweils gemessenen Starttemperatur individuell angesteuert bzw. geregelt werden. 14. Verfahren zum Konditionieren von Vorformlingen, insbesondere für das Streckblasen von Kunststoffgefäßen, in dem Ofen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , folgende Schritte umfassend: - Einbringen der Vorformlinge (5) in je ein Heizmodul (3); - Erwärmen der Vorformlinge (5) und Messen mindestens eines Temperaturwerts der Heizkammer (4) während des Erwärmens, wobei die Heizmodule (3), insbesondere deren Heizenergiezufuhr und die Verweildauer der Vorformlinge (5) in den Heizkammern (4), auf Grundlage des gemessenen Temperaturwerts individuell angesteuert bzw. geregelt werden. 15. Verfahren nach Anspruch 13 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmodule (3), insbesondere deren Heizenergiezufuhr und die Verweildauer der Vorformlinge (5) in den Heizkammern (4), ferner auf Grundlage der in dem Verfahren nach Anspruch 12 ermittelten individuellen Korrekturwerte (35) angesteuert bzw. geregelt werden. |
Die Erfindung betrifft einen Ofen vom Rundläufertyp zum Konditionieren von Vorformlingen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Verfahren zur Kalibrierung von Heizmodulen des erfindungsgemäßen Ofens sowie ein Verfahren zum Konditionieren von Vorformlingen in dem erfindungsgemäßen Ofen.
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.
Bei dem Ofen der DE 10 2006 015 853 A1 kann es jedoch vorkommen, dass einzelne Vorformlinge aufgrund einer Toleranz der Heizkammern bzw. Heizstäbe untereinander und/oder einer Toleranz bei der Positionierung der Vorformlinge in den Heizkammern in diesen unterschiedlich stark erwärmt werden. Außerdem wäre es wünschenswert, die Heizkammern und/oder die Heizstäbe für die Bestrahlung unterschiedlich großer Vorformlinge anzupassen und/oder bestimmte Bereiche der Vorformlinge gezielt für einen anschließenden Blasprozess zu konditionieren.
Es besteht somit Bedarf für einen Einzelkammer-Ofen, der sich für Vorformlinge unterschiedlicher Größen eignet und in dem die Vorformlinge in allen Heizkammern des Ofens möglichst gleichartig erwärmt werden. Diese Aufgabe wird mit einem Ofen gelöst, der die im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale umfasst. Dadurch, dass die Heizmodule eine Temperaturmesseinrichtung zum Messen mindestens einer Temperatur des Vorformlings und/oder der Heizkammer umfassen, kann eine voraussichtlich benötigte Heizenergie genauer abgeschätzt werden. Dadurch, dass der Ofen ferner eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Heizmodule, insbesondere der Heizstrahler und der Halte- und Hubvorrichtungen, auf Grundlage der gemessenen Temperatur umfasst, können die Temperaturmesswerte in der Steuereinrichtung verarbeitet werden und die Heizleistung und/oder Heizdauer der einzelnen Heizmodule gezielt eingestellt werden, um die Vorformlinge in einem erwünschten Ausmaß und in allen Heizmodulen möglichst gleichartig zu erwärmen.
Vorzugsweise umfasst die Temperaturmesseinrichtung einen zentralen einlaufseitigen Temperatursensor, um eine Starttemperatur des Vorformlings zu messen, und/oder dezentrale Temperatursensoren, die an den Heizkammern vorgesehen sind, um eine Temperatur der Heizkammer während des Erwärmens zu messen. Durch das Messen der Starttemperatur des Vorformlings kann insbesondere ein Sollwert der Heizleistung ermittelt werden, um eine gewünschte Erwärmung des Vorformlings in der Heizkammer zu gewährleisten. Durch dezentrale Temperatursensoren an den Heizkammern kann der Temperaturanstieg in der Heizkammer überwacht werden und gegebenenfalls nachgeregelt werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um eine Heizleistung des Heizmoduls, eine Heizdauer und/oder eine Verweildauer des Vorformlings in der Heizkammer auf Grundlage der gemessenen Temperatur einzustellen. Dadurch kann eine tatsächlich abgegebene Wärmemenge, insbesondere eine tatsächlich abgegebene Heizenergie, an einen berechneten Sollwert der Wärmemenge bzw. der Heizenergie angepasst werden.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform umfasst die Heizkammer einen in einer bezüglich der Hauptachse des Vorformlings axialen Richtung verstellbaren Boden. Dadurch kann die Länge der Heizkammer an die Länge des Vorformlings angepasst und dieselbe Heizkammer für Vorformlinge unterschiedlicher Länge verwendet werden. Ein Wechsel zwischen unterschiedlich großen Heizkammern wird dadurch entbehrlich.
Vorzugsweise ist der verstellbare Boden aktiv beheizt und/oder Infrarotstrahlung reflektierend ausgebildet. Dadurch kann der Vorformling, insbesondere in einem Bodenbereich des Vorformlings, effektiv bestrahlt werden.
Vorzugsweise umfasst die Heizkammer mehrere, in einer bezüglich der Hauptachse des Vorformlings axialen Richtung hintereinander angeordnete Heizstrahler, die getrennt voneinander betrieben werden können, um eine von den betriebenen Heizstrahlern gebildete aktive Strahlerfläche an einen zu bestrahlenden Bereich des Vorformlings anzupassen. Dadurch lässt sich die abgegebene Wärmestrahlung besonders genau an den zu bestrahlenden Bereich des Vorformlings anpassen. Außerdem können die Heizstrahler in einem nicht zu bestrahlenden Bereich der Heizkammer gezielt abgeschaltet werden, insbesondere in einem Bereich unterhalb des verstellbaren Bodens. Dadurch lässt sich der Vorformling gezielt und energieeffizient erwärmen, und es kann vermieden werden, dass sich die Heizkammer insbesondere unterhalb des verstellbaren Bodens unzulässig erwärmt.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform umfassen die Heizmodule ferner je einen Heizstab zum Bestrahlen des Vorformlings mit Infrarotstrahlung, und die Halte- und Hubvorrichtung ist ferner zum Heben und Senken des Heizstabs eingerichtet, um den Heizstab in den Vorformling einzuführen bzw. aus diesem zurückzuziehen. Dadurch kann der Vorformling von seiner Innenseite her besonders effektiv und, je nach Anforderung, besonders gezielt oder besonders gleichmäßig bestrahlt bzw. erwärmt werden.
Vorzugsweise ist eine maximale Tiefe, bis zu der der Heizstab in den Vorformling eingeführt werden kann, einstellbar. Dadurch kann zum Einen vermieden werden, dass der Heizstab mit dem Boden des Vorformlings kollidiert, und zum Anderen, dass ein Bodenbereich des Vorformlings von dem Heizstab nur unzureichend bestrahlt bzw. erwärmt wird.
Vorzugsweise sind an dem Heizstab mehrere, in einer bezüglich der Hauptachse des Vorformlings axialen Richtung hintereinander angeordnete Heizstrahler ausgebildet, die getrennt voneinander betrieben werden können, um eine von den betriebenen Heizstrahlern gebildete aktive Strahlerfläche an einen zu erwärmenden Bereich des Vorformlings anzupassen. Dadurch kann zum Einen vermieden werden, dass Bereiche des Heizmoduls außerhalb des Vorformlings bestrahlt und möglicherweise überhitzt werden, zum Anderen können die Strahlerfläche in besonders günstiger Weise an eine Bestrahlung der Abrisskante des Vorformlings im Halsbereich des zu blasenden Behälters angepasst werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Heizkammer eine Auflageplatte für einen an dem Vorformling ausgebildeten Tragring vorgesehen, wobei die Auflageplatte mit der Heizkammer über eine Steckkupplung und/oder eine magnetische Kupplung schnell wechselbar verbunden ist. Dadurch eignet sich die Heizkammer zur Bestrahlung von Vorformlingen mit unterschiedlichem Durchmesser des Tragrings bzw. des zu bestrahlenden Anteils des Vorformlings. Mit einer derartigen Kupplung lässt sich der Ofen besonders schnell zur Konditionierung unterschiedlich dimensionierter Vorformlinge anpassen. In einer vorteilhaften Ausführungsform können Auflageplatten ohne zusätzliche Steckverbindungen einfach auf die Heizkammer gelegt werden. Hierzu kann ein Anschlag in radialer Richtung genügen.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist am Heizrad ein Axialtransformator oder ein Schleifring zur Stromversorgung der Heizmodule vorgesehen, und die Steuervorrichtung ist auf dem Heizrad mitrotierend angeordnet. Dadurch kann die Anzahl der zur Stromversorgung bzw. Ansteuerung der Heizmodule benötigten Leitungen reduziert bzw. die Leitungsführung vereinfacht werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren zur Kalibrierung der Heizmodule des erfindungsgemäßen Ofens gelöst, wobei das Verfahren die im Anspruch 12 definierten Schritte umfasst. Durch Vergleich der Effektivität der zu kalibrierenden Heizmodule mit einem Referenzmodell der Heizmodule kann für jedes Heizmodul ein individueller Korrekturwert ermittelt werden, um die in die einzelnen Heizmodule einzubringende elektrische Energie an einen gemeinsamen Zielwert der Temperaturerhöhung und/oder Erwärmungsdauer anzupassen.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren zum Konditionieren von Vor- formlingen, insbesondere für das Streckblasen von Kunststoffgefäßen, in dem erfindungsgemäßen Ofen gelöst, wobei das Verfahren die im Anspruch 13 definierten Schritte umfasst. Dadurch, dass die Heizmodule auf Grundlage einer gemessenen Starttemperatur der Vorformlinge individuell angesteuert bzw. geregelt werden, können die Vorformlinge reproduzierbar und in allen Heizmodulen einheitlich erwärmt werden.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird ebenso gelöst durch ein Verfahren zum Konditionieren von Vorformlingen, insbesondere für das Streckblasen von Kunststoffgefäßen, in dem erfindungsgemäßen Ofen, wobei das Verfahren die im Anspruch 14 definierten Schritte umfasst. Dadurch, dass die Heizmodule auf Grundlage eines in der Heizkammer während des Erwärmens gemessenen Temperaturwerts angesteuert bzw. geregelt werden, können die Vorformlinge reproduzierbar und in allen Heizmodulen einheitlich erwärmt werden.
Vorzugsweise werden die Heizmodule, insbesondere deren Heizenergiezufuhr und die Verweildauer der Vorformlinge in den Heizkammern, ferner auf Grundlage der in dem erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren ermittelten individuellen Korrekturwerte angesteuert bzw. geregelt. Dadurch können die einzelnen Vorformlinge in den Heizkammern besonders einheitlich und gleichmäßig erwärmt werden, da sowohl die Erwärmungsdauer als auch die in den Heizkam- mern jeweils zur Verfügung stehende Wärmemenge besonders gleichmäßig und für alle Heizkammern im Wesentlichen gleichartig eingestellt werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Vorformlinge nicht hängend sondern mit dem Mündungsbereich in lotrechter Richtung nach unten stehend in der Heizkammer aufgenommen.
Der Ofen kann dazu ausgebildet sein, nur mit bestimmten Heizkammern Vorformlinge zu erwärmen. Dies kann nötig sein, wenn man den Ofen mit einem geringeren Ausstoß an Vorformlingen betreiben will. Die Heizkammern, die nicht bestückt werden, bleiben dabei leer. Beispielsweise ist es möglich, nur jede zweite Heizkammer mit einem Vorformling zu bestücken. Heizkammern die nicht bestückt werden, werden bevorzugt nicht aufgeheizt. Der Abstand zwischen den Vorformlingen kann nach dem Heizen für das Blasen auf einzelnen Blasstationen ausgeglichen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Wert von einem aus den Vorformlingen gefertigten Behälter gemessen und an die Heizkammer zurück gemeldet, in der der betreffende Vorformling erwärmt wurde. Bei dem gemessenen Wert handelt es sich bevorzugt um eine Wandstärke des fertigen Behälters.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird an einer oder mehreren radialen oder axialen Stellen des Vorformlings eine Temperatur erfasst und ein Korrekturwert an die jeweilige Heizkammer zurück gemeldet. Somit soll ein für jeden Vorformling möglichst gleichmäßiges Aufheizverhalten pro Heizkammer erzielt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ofen vom
Rundläufertyp;
Fig. 2a und 2b schematische Längsschnitte durch Varianten der erfindungsgemäßen Heizkammern;
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Variante der erfindungsgemäßen Heizkammern mit verstellbarem Boden;
Fig. 4 eine schematische Teilansicht des erfindungsgemäßen Heizmodule mit einem höhenverstellbaren Heizstab; Fig. 5a und 5b schematische Längsschnitte durch Varianten der erfindungsgemäßen Heizkammern mit schnell wechselbaren Auflageplatten;
Fig. 6 schematische Längsschnitte durch schnell wechselbare Heizkammern; und
Fig. 7a bis 7c eine schematische Darstellung eines schnell wechselbaren Heizstabs und der Verwendung von Heizstäben unterschiedlicher Länge bei der Bestrahlung von Vorformlingen mit unterschiedlicher Größe.
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 eine Vielzahl Heizmodule 3 mit je einer Heizkammer 4 zum Erwärmen eines Vorformlings 5 angeordnet sind. Die Vorformiinge 5 können von (in Fig. 1 nicht dargestellten) Halte- und Hubvorrichtungen 6 aus einem herkömmlichen Einlaufsternrad 7 übernommen und in die Heizkammern 4 übergeben, bevorzugt abgesenkt werden. Die erwärmten Vorformiinge 5 werden entsprechend an ein herkömmliches Auslaufsternrad 8 zur Weiterverarbeitung des Vorformlings 5 in einem Blasprozess übergeben. Es wäre es auch möglich, die Heizkammem 4 durch die Halte- und Hubvorrichtungen 6 zu bewegen.
Die Halte- und Hubvorrichtungen 6 können beispielsweise schwenkbare Außen- oder Innengreifer zum Halten der Vorformiinge 5 umfassen und/oder Antriebe zum Ausführen einer Drehbewegung zwischen den Vorformlingen 5 und den Heizmodulen 3. Ebenso können an den Halte- und Hubvorrichtungen 6 Strahlungsschutzschilde und/oder Kühlrippen bzw. Kühlkanäle vorgesehen sein, die jedoch der Übersichtlichkeit halber im Folgenden nicht dargestellt sind.
Es ist weiterhin eine Temperaturmesseinrichtung 9 vorgesehen, von der in Fig. 1 vereinfachend nur Temperatursensoren 10a bis 10c dargestellt sind, die an dem Einlaufsternrad 7, dem Auslaufsternrad 8 bzw. auf dem Heizrad 2 an jedem der Heizmodule 3 angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber ist nur einer der Sensoren 10c dargestellt. Der einlaufseitige Temperatursensor 10a dient dazu, eine Starttemperatur der Vorformiinge 5 vor dem Zuführen der Vorformiinge 5 in die Heizmodule 3 zu bestimmen. Entsprechend ist der auslaufseitige Temperatursensor 10b am Auslaufsternrad 8 dazu ausgelegt, eine Endtemperatur der Vorformiinge 5 nach dem Erwärmen in den Heizmodulen 3 zu messen. Die Temperaturmesseinrichtung 9 umfasst somit zentrale bzw. gemeinsame Sensoren 10a, 10b, an denen nacheinander alle Vorformiinge 5 vorbei laufen. Demgegenüber sind die Temperatursensoren 10c dezentral ausgelegt, so dass die Temperaturmesseinrichtung 9 zum separaten Ermitteln bzw. Überwachen der Temperatur in oder an jeder der Heizkammern 4 ausgelegt ist. Die Temperaturmesseinrichtung 9 kann eine beliebige Kombination der Temperatursensoren 10a bis 10c umfassen aber auch nur den Sensor 10a, 10b oder die Sensoren 10c.
Fig. 1 zeigt ferner einen zentralen Schleifring 11 zur Stromversorgung der Heizmodule 3 und mindestens einer Steuereinheit 12, die zum Verarbeiten von Messsignalen der Temperaturmesseinrichtung 9 und zum Ansteuern der Heizmodule 3 eingerichtet ist, insbesondere zur Steuerung der Heizleistung und der Heizdauer der einzelnen Heizmodule 3 bzw. der Verweildauer der Vorformlinge in den Heizkammern 4. Da die Steuereinheiten 12 mit dem Heizrad 2 rotieren, lassen sie sich besonders einfach mit den Temperatursensoren 10c und den Heizmodulen 3 verbinden. Messsignale der feststehenden Sensoren 10a, 10b könnten beispielsweise per Funk oder über den Schleifring 11 an die Steuereinheit 12 übertragen werden. Als Alternative für den Schleifring 11 ist ein Axialtransformator denkbar.
Die Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße, thermisch isolierende Heizkammer 4 mit einem feststehenden Kammerboden 4a und die Fig. 2b eine alternative Variante der Heizkammer 4 mit einem in der Höhe, also längs der Hauptachse 5' des zu erwärmenden Vorformlings 5 verstellbaren Bodenelement 4b. Die Fig. 2a und 2b unterscheiden sich außerdem darin, dass in die Heizkammer 4 der Fig. 2a ein vergleichsweise langer Vorformling 5 eingeführt ist, in die Heizkammer 4 der Fig. 2b dagegen ein vergleichsweise kurzer Vorformling 5, an dessen Länge die Position des Bodens 4b angepasst ist. Gezeigt sind ferner ein zentraler, höhenverstellbarer Heizstab 13 als optionaler Bestandteil des Heizmoduls 3, dessen Eintauchtiefe in die Heizkammer 4 an die Länge des jeweiligen Vorformlings 5 angepasst ist, sowie ringförmige, übereinander gestapelte Heizelemente bzw. Strahler 14 an der Innenwand der Heizkammer 4. Der Vorformling 5 kann entweder, wie in Fig. 2a gezeigt, von der (nicht dargestellten) Halte- und Hubvorrichtung 6 über der Heizkammer 4 gehalten werden oder, wie in Fig. 2b dargestellt, mit einem an dem Vorformling 5 ausgebildeten Tragring 5a auf einer Auflageplatte 4c der Heizkammer 4 aufliegen.
Die Heizelemente 14 sind bevorzugt einzeln ansteuerbar, so dass insbesondere auch nur diejenigen Heizelemente 14 beim Erwärmen des Vorformlings 5 aktiv betrieben werden können, die im Wesentlichen einem zu erwärmenden Wandabschnitt 5b des Vorformlings 5 gegenüberliegen. Die Heizelemente 14 können dabei auch mit regulierter bzw. gedrosselter Leistung angesteuert werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass ein Heizelement 14 mit halber Leistung betrieben wird. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 2b nur diejenigen Heizelemente 14 weiß gezeichnet, die dem zu erwärmenden Wandabschnitt 5b des Vorformlings 5 im Wesentlichen gegenüberliegen und in der gezeigten Konfiguration aktiv elektrisch beheizt werden, wohingegen die nicht aktivierten bzw. abgeschalteten Heizelemente 14' auf Höhe des verstellbaren Boden- elements 4b bzw. darunterliegend dunkel schraffiert eingezeichnet sind. Dadurch ist gewährleistet, dass die abgegebene Wärmeleistung der Heizelemente 14 effektiv zur Erwärmung des Vor- formlings 5 genutzt werden kann, und dass gleichzeitig eine unerwünschte Erwärmung nicht zu bestrahlender Bereiche der Heizkammer 4, wie beispielsweise der seitlichen oder unteren Bereiche des verstellbaren Bodens 4b, vermieden wird.
Die Position des höhenverstellbaren Bodens 4b kann an unterschiedlich lange Vorformlinge 5 angepasst werden, beispielsweise mit Hilfe eines in Fig. 2b durch einen Blockpfeil angedeuteten Verstellmechanismus. Die bestrahlungsseitige Oberfläche 4d des verstellbaren Bodens 4b ist vorzugsweise Infrarotstrahlung reflektierend ausgeführt. Ebenso kann in dem verschiebbaren Boden 4b ein Bereich 4e ausgebildet sein, in dem die bestrahlungsseitige Oberfläche 4d an die Form des Vorformlings 5 angepasst ist, beispielsweise in Form einer Ausbuchtung. Dadurch kann der Bodenbereich des Vorformlings 5 besonders effektiv und gleichmäßig bestrahlt werden.
Die Position des höhenverstellbaren Bodens 4b könnte beispielsweise manuell oder über die Steuervorrichtung 12 automatisch eingestellt werden. Entsprechend könnte die Position des Heizstabs 13 über die Halte- und Hubvorrichtung 6 manuell oder automatisch eingestellt werden. Mit dem höhenverstellbaren Heizstab 13 und dem höhenverstellbaren Bodenelement 4b lassen sich Vorformlinge 5 mit unterschiedlicher Größe in derselben Heizkammer 4 erwärmen, so dass ein Austausch der Heizkammern 4 bei einem Wechsel zwischen Vorformlingen 5 unterschiedlicher Größe entbehrlich ist. Dies reduziert Einrichtungszeiten des Ofens 1 und erübrigt die Bevorratung einer Vielzahl unterschiedlicher Heizkammern 4 bzw. Heizstäbe 3.
Die Fig. 3 zeigt eine Variante der Heizkammer 4 mit einem höhenverstellbaren Bodenelement 4b, das mindestens einen elektrisch aktiv beheizbaren Heizstrahler 15 umfasst. Die weiteren Merkmale der Heizkammer 4 der Fig. 3 entsprechen im Wesentlichen den zuvor beschriebenen Varianten der Heizkammer 4, so dass entsprechende Merkmale nicht nochmals beschrieben werden. Allerdings sind zusätzlich im Bereich der Auflageplatte 4c, bzw. direkt an dieser ausgebildet, Infrarotstrahlung reflektierende Schutzschilder 16 und 17 vorgesehen zum Abschirmen eines Mündungsbereichs 5c des Vorformlings 5 gegenüber der von den Heizelementen 14, 15 und dem Heizstab 13 in einem Bereich des Vorformlings 5 abgegebenen Wärmestrahlung. Diese optische Abschirmung, die zusätzlich auch mit einem Luftstrom oder durch eine Flüssigkeit gekühlt sein könnte, verhindert, dass sich der Mündungsbereich 5c in unerwünschtem Maße erwärmt, um ausreichende Stabilität des Mündungsbereichs 5c während der Erwärmung in der Heizkammer 4 und dem anschließenden Blasprozess zu gewährleisten. Mit den aktiv beheizten Heizelementen 15 des Bodens 4b wird eine verbesserte Erwärmung des Vorformlings 5 im Bodenbereich 5d des Vorformlings 5 erzielt.
Die Verstellung des verschiebbaren Bodenelements 4b und/oder des höhenverstellbaren Heizstabs 13 könnte so ausgeführt werden, dass sämtliche Heizmodule 3 diesbezüglich während einer Umdrehung des Heizrads 2 von einer Ist-Position in eine Soll-Position gebracht werden. Die Bodenelemente 4b und/oder die Heizstäbe 13 könnten danach über eine (nicht gezeigte) Klemmvorrichtung fixiert werden, bis eine erneute Höhenverstellung erforderlich ist.
In Fig. 4 ist ein höhenverstellbarer Heizstab 13 schematisch dargestellt. Insbesondere sind an dem Heizstab 13 mehrere, in axialer Richtung, also längs der Hauptachse 5', übereinander angeordnete Heizstrahler bzw. Heizelemente 18 vorgesehen, die vorzugsweise einzeln ansteuerbar sind. Wie Fig. 4 ferner zu entnehmen ist, bilden die Heizelemente 18 des Heizstabs 13 einen axialen inneren Heizbereich 19 aus, im Wesentlichen entsprechend einer ersten gemeinsamen Strahlerfläche der Heizelemente 18 zur Bestrahlung des Vorformlings 5 von seiner Innenseite her, und die Heizelemente 14 der Heizkammer 4 einen axialen äußeren Heizbereich 20, im Wesentlichen entsprechend einer zweiten gemeinsamen Strahlerfläche der Heizelemente 14 zur Bestrahlung des Vorformlings 5 von seiner Außenseite her. Dabei erstreckt sich der axiale innere Heizbereich 19 vorzugsweise weiter in Richtung des Mündungsbereichs 5c des Vorformlings 5 als der axiale äußere Heizbereich 20. Dadurch kann die Innenseite 5e des Vorformlings 5, insbesondere in einem an dem Tragring 5a angrenzenden Bereich, gezielt bestrahlt werden, um die sogenannte Abrisskante für das anschließende Blasen des Gefäßes gezielt auszubilden. Als Abrisskante ist hierbei die Stelle des Vorformlings 5 bezeichnet, an der der Vorformling 5 beim Blasen des Gefäßes unter dem Tragring 5a verstreckt wird. Um den Halsbereich des Gefäßes optimal auszubilden, insbesondere um einen schiefen Hals zu vermeiden, kann die axiale bzw. vertikale Position der Abrisskante mit Hilfe des Heizstabs 13 flexibel ange- passt werden.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Lage der Heizstrahler 18 im Bereich der auszubildenden Abrisskante verschoben wird bzw. nur einzelne Heizstrahler 18 aktiv beheizt werden. Durch eine derartige Innenbeheizung des Vorformlings 5 mit dem Heizstab 13 kann das zur Verstreckung im Blasprozess zur Verfügung stehende Material des Vorformlings 5 bestmöglich ausgenutzt werden. Dies gewährleistet insbesondere, dass die Abrisskante an einer geeigneten Stelle ausgebildet wird und dass möglichst viel Material des Vorformlings 5 aus dem Bereich unter dem Tragring 5a in die Schulter des auszubildenden Gefäßes gelangt und dort für ausreichende Stabilität sorgt. Die Fig. 5a und 5b zeigen Varianten der Heizkammer 4, bei denen die Auflageplatte 4c für den Tragring 5a des Vorformlings 5 in Form einer schnell wechselbaren Auflageplatte 21 ausgeführt ist. Im Beispiel sind die gezeigten Auflageplatten 21 über eine magnetische Kupplung 22 mit der Heizkammer 4 verbunden. Wie die Fig. 5a und 5b ferner zeigen, kann das Heizmodul 3 mit der schnell wechselbaren Auflageplatte 21 an Vorformlinge 5 mit unterschiedlichem Außendurchmesser auf einfache und zeitsparende Weise angepasst werden. Derartige schnell wechselbare Auflageplatten 21 könnten mit den beschriebenen Varianten der Heizkammern 4 beliebig kombiniert werden.
Bevorzugt ist der Heizstab 3 in vertikaler Richtung in Bezug auf die Eintauchtiefe variabel einstellbar, um den Bereich des auszubildenden Flaschenhalses mehr oder weniger stark zu beheizen. Ebenso kann die Eintauchtiefe des Vorformlings in die Heizkammer einstellbar sein, um den Bereich des Flaschenhalses mehr oder weniger stark zu beheizen.
Fig. 6 zeigt eine Variante des Heizmoduls 3, bei der die Heizkammer 4 selbst als schnell wechselbare Komponente ausgelegt ist. Fig. 6 zeigt beispielsweise an der Position I eine vergleichsweise große Heizkammer 4, die über eine Kupplung 25, wie beispielsweise eine Steckkupplung, mit dem Heizrad 2 schnell wechselbar verbunden ist. Diese Heizkammer 4 könnte beispielsweise gegen eine mit einer identischen Kupplung 25 versehene Heizkammer 4 mit kleineren Abmessungen ausgetauscht werden, wie anhand der Positionen II bis IV angedeutet. Diese Vorgehensweise ist besonders dann vorteilhaft, wenn sich die Größe der auszuwechselnden Vorformlinge 5 besonders stark unterscheidet. In den Kupplungen 25 könnten geeignete elektrische Verbindungen oder andere für den Betrieb der Heizkammer 4 benötigte Verbindungen integriert sein.
Die Fig. 7a zeigt einen Heizstab 13, der über eine Schnellwechselkupplung 26, wie beispielsweise eine Steckkupplung, mit der Halte- und Hubvorrichtung 6 verbunden werden kann. Wie die Fig. 7b und 7c andeuten, kann so auf einfache Weise zwischen unterschiedlich langen Heizstäben 13 gewechselt werden und die Heizmodule 3 an unterschiedlich lange Vorformlinge 5 angepasst werden. Beispielsweise kann dadurch vermieden werden, dass ein für einen Vor- formling 5 zu langer Heizstab 13 mit dem Vorformling 5 beim Absenken des Heizstabs 13 kollidiert oder dass ein zu kurzer Heizstab 13 nicht weit genug in einen zu erwärmenden Vorformling 5 abgesenkt werden kann.
Mit den beschriebenen schnell wechselbaren Varianten der Auflageplatte 21 , der Heizkammer 4 und des Heizstabs 13, die sich beliebig kombinieren lassen, kann der Ofen 1 bei einem Wechsel zwischen Vorformlingen 5 unterschiedlicher Abmessungen besonders einfach und schnell umgestellt werden. Hierbei sind in allen Fällen neben magnetischen Kupplungen und Steckkupplungen auch andere Schnellverschlüsse denkbar.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen bzw. Varianten lassen sich beliebig in vorteilhafter Weise kombinieren.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Kalibrierung des erfindungsgemäßen Ofens 1 , insbesondere der einzelnen Heizmodule 3 bzw. der Heizkammern 4 beschrieben:
Herstellungsbedingt unterliegen die Heizkammern 4 und die Heizstäbe 13 einer gewissen Toleranz. Dies trifft nicht nur für die Form und Maßhaltigkeit der Heizkammern 4 und der Heizstäbe 13 zu, sondern auch auf die Zusammensetzung der Materialien, die beispielsweise keramische Materialmischungen, wie Funktionskeramiken, als für den Energieeintrag besonders relevante Bestandteile der Strahler 14, 15, 18 enthalten können, sowie den Aufbau der Heizkammern 4 bzw. der Heizstäbe 13, insbesondere bezüglich der Wärmeübergänge zwischen einzelnen funktionellen Komponenten und/oder Materialschichten. Für den nachfolgenden Blasprozess ist es jedoch wünschenswert, dass die Vorformlinge 5 in dem erfindungsgemäßen Ofen 1 trotz derartiger Toleranzen möglichst reproduzierbar und in allen Heizmodulen 3 identisch auf die angestrebte Prozesstemperatur erwärmt werden.
Es werden daher für die in dem Ofen 1 verwendeten Typen der Heizkammern 4 und der Heizstäbe 13 baugleiche Referenzmodelle 4' und 13' bereitgestellt, um zugehörige Referenz- Wirkungskoeffizienten 31 ', 32' als Vergleichsstandard für die einzelnen, in dem Ofen 1 eingesetzten Heizkammern 4 bzw. Heizstäbe 13 durch Vergleichsmessung zu ermitteln.
Vorzugsweise wird als Vergleichswert ein Referenz-Wirkungskoeffizient 33' für das Heizmodul 3' bestehend aus den Referenzmodellen 4' und 13' ermittelt, der einen Zusammenhang zwischen der eingesetzten elektrischen Leistung und/oder der Dauer der elektrischen Leistungszufuhr in das Heizmodul 3' und der dadurch verursachten Erwärmung der Heizkammer 4' und/oder eines in der Heizkammer 4' angeordneten Vorformlings 5 herstellt. Vorzugsweise wird der Referenz-Wirkungskoeffizient 33' für eine Vielzahl möglicher Einstellungen des Heizmoduls 3' bereit gestellt, beispielsweise für unterschiedliche Positionen des verstellbaren Heizkammerbodens 4b' bzw. der Heizstäbe 13' und/oder eine unterschiedliche Anzahl bzw. Anordnung aktiv betriebener Heizelemente 14', 15' und 18' des Referenzmodells 3'.
Hierzu könnte beispielsweise eine bestimmte einzuspeisende elektrische Energie vorgegeben werden und die zugehörige Temperaturerhöhung gemessen werden, oder auch umgekehrt. Vorzugsweise werden derart ermittelte Werte des Referenz-Wirkungskoeffizienten 33' mit den zugehörigen Parametern, wie etwa der Position des Kammerbodens 4b' in Form einer Referenz-Wertetabelle 34' in der Regelvorrichtung 12 abgespeichert. Gegebenenfalls können die Referenz-Wirkungskoeffizienten 31 ', 32' auch in getrennten (nicht weiter beschriebenen) Messvorrichtungen ermittelt werden und in entsprechenden Referenz-Wertetabellen 34' abgespeichert werden. Hier sind unterschiedliche Varianten zur Berechnung von Vergleichswerten denkbar.
Im Vorfeld der Konditionierung der Vorformlinge 5 wird für jedes Heizmodul 3 des Ofens 1 ein zugehöriger individueller Wirkungskoeffizient 33 bzw. getrennte individuelle Wirkungskoeffizienten 31 , 32 der einzelnen Modulkomponenten 4, 13 ermittelt. Das Vorgehen entspricht jeweils dem beim zugehörigen Referenzmodell 3', so dass für jedes Heizmodul 3 des Ofens 1 vergleichbare individuelle Wirkungskoeffizienten 31 , 32, 33 bzw. Wertetabellen 34 bereitgestellt werden können.
Bei der Konditionierung der Vorformlinge 5 werden die Wirkungskoeffizienten 31 , 32 und/oder 33 bzw. die Wertetabellen 34 einzelner Heizmodule 3 jeweils getrennt voneinander mit den Referenzkoeffizienten 31 ', 32' und/oder 33' bzw. den Werten der Referenztabellen 34' verrechnet, um einen individuellen Korrekturwert 35 für jedes der Heizmodule 3 zu erhalten. Dieser Korrekturwert 35 kann dann dazu verwendet werden, eine unterschiedliche Heizeffektivität der einzelnen Heizmodule 3 bzw. einen unterschiedlichen thermischen Wirkungsgrad auszugleichen, um die Vorformlinge 5 in allen Heizmodulen 3 im Wesentlichen identisch zu konditionieren. Hierbei sind verschiedenen Berechnungsvarianten denkbar, wie beispielsweise adaptive Algorithmen und die Kombination unterschiedlicher Wertetabellen 34 bzw. 34'.
Mit dem erfindungsgemäßen Ofen 1 kann beispielsweise wie folgt gearbeitet werden:
Ein kontinuierlicher Strom zu erwärmender Vorformlinge 5 wird über das Einlaufsternrad 7 an dem eingangsseitigen Temperaturfühler 10a vorbeigeleitet, wobei die Starttemperatur der zu erwärmenden Vorformlinge 5 jeweils bestimmt und von der Steuer- und Regeleinheit 12 ausgewertet wird. Die Vorformlinge 5 werden anschließend jeweils einem Heizmodul 3 des sich drehenden Heizrads 2 zugeführt und mit der Hubvorrichtung 6 in die Heizkammern 4 der Heizmodule 3 abgesenkt.
Vorzugsweise unter Berücksichtigung des individuellen Korrekturwerts 35 wird für jedes Heizmodul 3 eine elektrische Soll-Leistung und eine Soll-Heizdauer von der Steuereinheit 12 festgelegt und die Heizmodule 3 entsprechend beheizt. Die Erwärmung der Vorformlinge 5 wird dabei von den dezentralen Temperatursensoren 10c überprüft und kann je nach Ablauf der Erwärmung auf Grundlage der derart erfassten Temperaturwerte durch die Steuereinheit 12 während der Erwärmung angepasst werden. Zum Abschluss der Erwärmung der Vorformlinge 5 wird die Energiezufuhr zu den Heizmodulen 3 unterbrochen, die Vorformlinge 5 wieder aus den Heizkammern 4 zurückgezogen und von dem Heizrad 2 auf den Auslaufstern 8 transferiert. Dort laufen die erwärmten Vorformlinge 5 an dem Temperatursensor 10b vorbei, mit dem eine aus- laufseitige Prozesstemperatur der Vorformlinge 5 bestimmt bzw. überprüft wird. Die dabei jeweils ermittelte Temperatur wird an die Steuereinheit 12 übermittelt und kann von dieser dazu verwendet werden, die Energiezufuhr in die einzelnen Heizmodule 3 für nachfolgende Heizzyklen anzupassen.
Die erfindungsgemäße Kalibrierung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere auch bei Verwendung verstellbarer Heizkammern 4 und/oder Heizstäbe 13 dazu, unterschiedlich große Vorformlinge 5 unter jeweils optimierten Bedingungen zu konditionieren und dabei eine reproduzierbare und für alle Heizmodule 3 gleichartige Temperaturerhöhung bzw. Temperaturprofilierung der Vorformlinge 5 zu gewährleisten.
Die Steuer- und Regelungsvorrichtung 12 ermöglicht zudem eine flexible Ansteuerung einzelner Heizmodule 3. Beispielsweise könnte die Steuervorrichtung 12 nur jedes zweite oder dritte Heizmodul 3 beheizen bzw. mit einem Vorformling 5 bestücken, oder auch einen beliebigen Anteil der auf dem Heizrad 2 vorgesehenen Heizmodule 3, um beispielsweise eine Ausstoßleistung des Ofens 1 variabel anzupassen, ohne die Verweildauer der Vorformlinge 5 auf dem Heizrad 2 oder andere für die Konditionierung relevante Parameter zu ändern.
Next Patent: INSTALLATION SWITCHING DEVICE HAVING AN ARC-QUENCHING UNIT