用于pet預(yù)制件的加熱系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于PET預(yù)制件的加熱系統(tǒng)
[0001]發(fā)明技術(shù)
本發(fā)明涉及在吹瓶過(guò)程中用于加熱PET預(yù)制件的加熱系統(tǒng)和在吹瓶過(guò)程中加熱PET預(yù)制件的對(duì)應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]US 2012/0160822 Al公開(kāi)了一種加熱由半徑、材料厚度、和材料吸收光譜表征的預(yù)制件的方法，所述方法包括以下步驟:取決于想要的溫度廓線(temperature profile)，基于預(yù)制件半徑和材料厚度選擇對(duì)于預(yù)制件的想要的有效吸收系數(shù)；生成激光輻射光束，其包括具有基于吸收光譜的吸收系數(shù)被編制以滿足有效吸收系數(shù)的波長(zhǎng)光譜的輻射；以及將激光輻射光束引導(dǎo)到預(yù)制件，以加熱預(yù)制件。
[0003]FR 2 976 841 Al公開(kāi)了一種借助于電磁輻射而加熱塑料材料的預(yù)制件以用于從形成的預(yù)制件產(chǎn)生空心體的方法。
[0004]EP2 425 959 Al公開(kāi)了一種包括加熱通道的設(shè)備，其具有主要輻射器，該主要輻射器以發(fā)射最大值來(lái)發(fā)射波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射。另外，提供了次要輻射器，其以另一發(fā)射最大值來(lái)發(fā)射另一波長(zhǎng)范圍中的電磁輻射。所描述的方法只提供有限的可能性來(lái)將加熱過(guò)程適配于所處理的預(yù)制件的最后的形式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的是提供在吹瓶過(guò)程期間加熱預(yù)制件的改進(jìn)的加熱系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的方法。
[0006]按照第一方面，呈現(xiàn)了用于加熱具有瓶頸、至少一個(gè)側(cè)壁和瓶底的預(yù)制件的加熱系統(tǒng)，加熱系統(tǒng)包括具有用于優(yōu)選地在預(yù)制件的瓶頸處持住至少一個(gè)預(yù)制件的握持設(shè)備的輸送系統(tǒng)。輸送系統(tǒng)適配于輸送加熱系統(tǒng)內(nèi)的預(yù)制件。加熱系統(tǒng)還包括光提供安排。所述光提供安排包括用于加熱預(yù)制件的側(cè)壁的至少一個(gè)激光輻射生成單元；以及用于直接加熱預(yù)制件的底部的照明裝置。
[0007]激光輻射生成單元包括一個(gè)或多個(gè)激光器(優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)激光器陣列)并發(fā)射基本上垂直于預(yù)制件的假想軸、延伸穿過(guò)握持設(shè)備(例如，在圓柱體預(yù)制件的情形下圓柱體的軸)的激光。激光輻射生成單元的激光器由此可以優(yōu)選地被集成在加熱系統(tǒng)的側(cè)面或側(cè)壁處中，從而圍合預(yù)制件通過(guò)加熱系統(tǒng)的路徑。優(yōu)選類(lèi)型的激光器是發(fā)射紅外(IR)激光的垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。VCSEL可以在晶片尺度過(guò)程中產(chǎn)生，這樣，可以以有利的價(jià)格提供高質(zhì)量激光器，并且尤其是激光器陣列。而且，VCSEL確實(shí)具有優(yōu)點(diǎn):IR輻射可被調(diào)諧到優(yōu)選地只被預(yù)制件吸收的波長(zhǎng)區(qū)域。
[0008]激光輻射生成單元或加熱系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)器，其用于驅(qū)動(dòng)激光輻射生成單元，以便生成適配于吹瓶過(guò)程的加熱程序。在這方面，瓶子意味著可以基于預(yù)制件產(chǎn)生的任何種類(lèi)的容器。激光輻射生成單元可包括兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多的激光器陣列，它們可以借助于驅(qū)動(dòng)器被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器由此可以適配于激光器或陣列的驅(qū)動(dòng)部分。以便于使得能夠進(jìn)行瓶子加熱，并且最終，吹瓶過(guò)程適配于所打算的瓶子形式。
[0009]為了將加熱廓線進(jìn)一步適配于PET預(yù)制件的形狀和所打算的瓶子形式，加入了照明裝置。對(duì)于許多PET瓶子的形狀而言，尤其是預(yù)制件的瓶底區(qū)域必須被吹伸到極限，允許達(dá)到特殊的、客戶要求的直立、凹陷等等。因此，預(yù)制件的瓶底區(qū)域的溫度是吹瓶過(guò)程的最關(guān)鍵參數(shù)之一，這使得高度希望的是，能對(duì)積聚的能量進(jìn)行更好的控制。照明裝置由此提供對(duì)于預(yù)制件的底部的直接加熱。光并且由此熱可以直接積聚在預(yù)制件的底部，這允許了限定的局部加熱。直接加熱意味著光達(dá)到預(yù)制件的底部，而不用之前與預(yù)制件交互(例如，由預(yù)制件指引或折射的光)。直接加熱可以由此使得能夠?qū)崿F(xiàn)由照明裝置提供的加熱廓線在加熱和吹瓶過(guò)程后適配于所打算的瓶子底部的形式。
[0010]照明裝置適配于從激光輻射生成單元獨(dú)立地加熱預(yù)制件的底部。后者可以通過(guò)使用以將所發(fā)射的光引導(dǎo)至預(yù)制件的底部方式來(lái)安排的一個(gè)或者多個(gè)光源而被安排。所發(fā)射的光可以直接達(dá)到預(yù)制件的底部，或其可以借助于如鏡子之類(lèi)的反射設(shè)備來(lái)指引。預(yù)制件的直接照射可以借助于被集成在握持設(shè)備中的一個(gè)或者多個(gè)光源或被放置在預(yù)制件的底部下面的一個(gè)或者多個(gè)光源而被生成。預(yù)制件的底部的間接照射可以由類(lèi)似于激光輻射生成單元的、被集成在加熱系統(tǒng)的側(cè)面的光源生成。光可以垂直于預(yù)制件的軸被發(fā)射，以及借助于一個(gè)或多個(gè)反射設(shè)備被重新引導(dǎo)到預(yù)制件的底部，這樣，使得能夠?qū)崿F(xiàn)以所限定的加熱廓線直接加熱預(yù)制件的底部。光輻射可以可替換地相對(duì)于由激光輻射生成單元的激光器所發(fā)射的激光而傾斜。傾斜的角度可以取決于激光器的位置，例如，離加熱系統(tǒng)的底部的距離。
[0011]用于照明設(shè)備的一個(gè)或者多個(gè)光源可以是傳統(tǒng)的鹵素?zé)艋蛉缬糜诩す廨椛渖蓡卧募す馄骰蚣す馄麝嚵?。雖然基于燈的解決方案可能會(huì)更簡(jiǎn)單和更便宜的，但它具有缺點(diǎn):由于鹵素?zé)舻膶挼腎R譜，大多數(shù)能量被積聚在預(yù)制件的表面層，把這些表面層加熱到大于再結(jié)晶溫度(通常大于140°c)的溫度，而內(nèi)部體積仍舊低于120°C的目標(biāo)溫度。而且，由于這樣的鹵素?zé)舻南鄬?duì)較低的加熱效率，大多數(shù)IR輻射不被用來(lái)加熱預(yù)制件，而用來(lái)提高整個(gè)加熱爐環(huán)境的溫度。然而，由于在預(yù)制件的底部只要求有限量的附加能量，因此，這些缺點(diǎn)可能是可管理的。激光器解決方案可以提供如上面討論的選擇性波長(zhǎng)光譜，并且可以具有另外的優(yōu)點(diǎn):激光被引導(dǎo)，并且可以以容易的方式被操控。由此，與由傳統(tǒng)鹵素?zé)舭l(fā)射的光相比，可以更集中地應(yīng)用激光。
[0012]用來(lái)直接加熱預(yù)制件的底部的光也可以借助于激光輻射生成單元被發(fā)射。照明裝置在這種情形中包括至少一個(gè)反射設(shè)備，其適配于把由激光輻射生成單元發(fā)射的激光重新引導(dǎo)到預(yù)制件的底部。用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光輻射生成單元的激光器的驅(qū)動(dòng)器在這種情形中也控制用來(lái)直接加熱預(yù)制件的底部的光。這可能具有這樣的效果:如果激光輻射生成單元不包括可被獨(dú)立地控制的幾個(gè)激光器或激光器陣列，則可能對(duì)于用來(lái)加熱預(yù)制件的底部的激光只存在有限的控制。這種情況可以借助于適配于在吹瓶過(guò)程后的PET瓶子的最終形式的反射設(shè)備而被補(bǔ)償。在具有可借助于上述驅(qū)動(dòng)器被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)的幾個(gè)激光器或激光器陣列的激光輻射生成單元的情形中，照明單元可以僅僅由作為反射設(shè)備(如鏡子)的無(wú)源光學(xué)單元組成。
[0013]反射設(shè)備可包括至少一個(gè)鏡面反射表面、漫反射表面或其組合。鏡面反射表面(如傳統(tǒng)的鏡子)可以具有優(yōu)點(diǎn):例如，激光器光以定向的方式被反射。由此，在吹瓶過(guò)程期間可以更容易在預(yù)制件的底部提供所限定的加熱廓線。
[0014]反射設(shè)備可被安排在握持設(shè)備下面，這樣，預(yù)制件可以在反射設(shè)備的上面被傳送。這種安排可以與激光輻射生成單元相組合地使用，但也可以在如果照明裝置包括如與激光輻射生成單元的激光器無(wú)關(guān)的激光器那樣的光源(例如，在預(yù)制件下面的(一個(gè)或者多個(gè))激光器、與握持設(shè)備組合的或被集成在握持設(shè)備中的(一個(gè)或者多個(gè))激光器和/或被集成在與激光輻射生成單元無(wú)關(guān)地操作的加熱系統(tǒng)的側(cè)壁上的激光器)的情況下使用。
[0015]反射設(shè)備可以替換地集成在握持設(shè)備內(nèi)。在這種情形中，反射設(shè)備可以是在預(yù)制件內(nèi)的、把光重新引導(dǎo)到預(yù)制件的底部的鏡面反射表面和/或漫反射表面。反射表面可置于從預(yù)制件內(nèi)的握持設(shè)備開(kāi)始延伸的柱子上。反射表面在這種情形中可以是更靠近表面，并且由此更靠近預(yù)制件的底部。持住反射表面的柱子本身應(yīng)當(dāng)是透明的或反射的，以便使得由它吸收的輻射能量最小化。底部的加熱甚至可以通過(guò)把反射表面的形狀以如下方式來(lái)安排而進(jìn)行改進(jìn)，即:使得預(yù)制件的底部的加熱適配于所打算的瓶子形狀，尤其是在加熱和吹瓶過(guò)程后的所打算的瓶子底部的形狀。
[0016]在照明裝置包括至少一個(gè)被安排在握持設(shè)備的下面以便直接加熱預(yù)制件底部的光源的情形中，可能有利的是，光源包括至少第一和第二激光器。第一激光器被安排成加熱預(yù)制件的底部的第一部分，以及第二激光器被安排成加熱預(yù)制件的底部的第二部分。使用多于一個(gè)的激光器可以具有優(yōu)點(diǎn):預(yù)制件的底部可以以更限定的方式被加熱。加熱系統(tǒng)，或更精確地，驅(qū)動(dòng)照明裝置的(一個(gè)或者多個(gè))光源的驅(qū)動(dòng)器甚至可以被安排成與由第二激光器發(fā)射的激光無(wú)關(guān)地控制由第一激光器發(fā)射的激光強(qiáng)度。可以被彼此無(wú)關(guān)地控制的激光器或激光器陣列可用來(lái)幾乎逐點(diǎn)地限定預(yù)制件的底部的加熱廓線。尤其地，包括許多可被獨(dú)立控制的小的VCSEL的激光器陣列可使得能實(shí)現(xiàn)具有高分辨率的激光圖案。替換地或附加地，VCSEL或VCSEL陣列的各組可被并行地控制，這樣使得能夠?qū)崿F(xiàn)不同的加熱區(qū)域。如果最后的PET瓶子的形狀包括均勻區(qū)域(最后的PET瓶子的圓柱部分)和具有例如不規(guī)則形狀的區(qū)域，則被共同控制和單獨(dú)控制的VCSEL的組合可以是有利的。溫度廓線可以被“印記”到預(yù)制件的底部，由此允許對(duì)于最終的PET瓶底部的設(shè)計(jì)的更廣的選項(xiàng)。激光器或激光器陣列可耦合到檢