专利名称：用于吹塑成形容器的方法和装置的制作方法
用于吹塑成形容器的方法和装置
本发明涉及一种用于吹塑成形容器的方法，在该方法中，用热塑性材 料制成的预成形坯在沿着输送路径在加热段的区域中在热方面被预处理之 后在吹塑模具内部通过吹塑压力作用成形为容器，在该方法中，所述在热 方面被预处理由多个彼此叠置地定位的加热辐射器实施。
此外，本发明还涉及一种用于用热塑性材料吹塑成形容器的装置，该 装置至少具有一个沿着预成形坯的输送路径设置的加热段和一个设置有吹 塑模具的吹塑站，在该装置中，加热段具有至少一个加热元件，所述加热 元件具有至少两个彼此叠置地设置的加热辐射器。
在通过吹塑压力作用成形容器时，用热塑性材料制成的预成形坯、例
如用PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的预成形坯在吹塑机内部供应给 不同的处理站。这种吹塑机典型地具有一个加热装置以及一个吹塑装置， 在该吹塑装置的区域中，事先调节温度的预成形坯通过双轴定向膨胀成容 器。该膨胀借助于导入到待膨胀的预成形坯中的压力空气来进行。DE-OS 43 40 291中描述了在预成形坯这样膨胀时在方法技术上的过程。处于压力下 的气体的开头提及的导入也包括压力气体导入到正在成长的容器泡中以及 压力气体在吹塑过程开始时导入到预成形坯中。
DE-OS42 12 583中描述了用于成形容器的吹塑站的基本结构。DE-OS 23 52 926中描述了用于调节预成形坯的温度的可能性。
在用于吹塑成形的装置内部，预成形坯以及己被吹塑的容器可借助于 不同的传递装置输送。尤其是使用输送棒经受住了考验，预成形坯套在这 些输送棒上。但预成形坯也可用其它承载装置来传递。使用用来传递预成 形坯的夹钳以及使用可插入到预成形坯的嘴部区域中以便保持的扩张棒也 属于可供使用的结构。
在使用传送轮的情况下传递容器例如在DE-OS 199 06 438中在在吹塑 轮与输出段之间设置有传送轮的情况下进行了说明。
预成形坯的已经描述的传递一方面在所谓的双级方法中进行，在这种双级方法中预成形坯首先以压注方法制造，接着临时储存并且随后才在它 们的温度方面进行预处理以及吹塑成容器。另一方面在所谓的单级方法中 进行应用，在这种单级方法中预成形坯直接在它们以压注技术制造和充分 硬化之后被合适地调节温度并且接着被吹塑成形。
在所使用的吹塑站方面已经公知了不同的实施形式。在设置在旋转的 输送轮上的吹塑站中经常遇到模具承载件的书本式的可翻开性。但也可使 用可彼此相对移动的或用其它方式导向的模具承载件。在尤其适用于接收 多个用于成形容器的模腔的位置固定的吹塑站中，典型地使用彼此平行设 置的盘作为模具承载件。
在实施加热之前，预成形坯典型地套在输送棒上，这些输送棒或者输 送预成形坯通过整个吹塑机，或者这些输送棒仅仅在加热装置的区域中环 行。在预成形坯被直立着加热时——预成形坯的嘴部在垂直方向上向下定 向，预成形坯通常套在输送棒的套筒状的保持元件上。在预成形坯被悬着 加热时——在这种被悬着加热中这些预成形坯以它们的嘴部在垂直方向上 向上定向，通常扩张棒插入到预成形坯的嘴部中，这些扩张棒夹紧预成形 坯。
在实施吹塑技术上的容器成形时， 一个重要任务在于，在容器壁中达 到预给定的材料分布。用于预给定所得到的材料分布的重要参数是在吹塑 成形之前在预成形坯中实现的热量分布。
热量分布典型地这样来实现在预成形坯的圆周方向上产生相同的温 度水平并且在预成形坯的纵向方向上产生温度曲线。此外，也穿过预成形 坯的壁从外向内预给定合适的温度曲线。原则上出发点应在于，预成形坯 的具有较低温度的区域导致被吹塑好的容器的较厚的壁区域以及预成形坯 的较热的区域在实施吹塑成形时较强地伸展并且由此导致被吹塑好的容器 的较薄的壁区域。
预成形坯的区域中的温度可用所谓的高温计来测量。被吹塑好的容器 的区域中的具体壁厚的在测量技术上的检测可用所谓的壁厚传感器进行， 这些壁厚传感器例如光学地或在使用声波的情况下工作。
用于加热预成形坯的加热元件以及各个加热辐射器的具体调节主要手 动地在对被吹塑好的容器的区域中的壁厚分布分析处理之后进行。由于多个在预成形坯的输送方向上前后相接地设置的加热元件以及产生的热平衡 过程，调节自适应地并且手动地在广泛的测试工作中进行，在该测试工作 中凭经验改变加热元件的调节并且检测对被吹塑好的容器的影响。这种方 式通常被证实是非常费时的。此外，在环境温度的温度波动或空气湿度波 动显著吋，通常需要再调节。
本发明的任务在于，这样改善开头所述类型的方法，使得通过机器结 构上的低投入支持在生产率高的同时在品质上高值的加热。
根据本发明，所述任务这样来解决在容器吹塑成形之后在容器的至 少一个高度水平上测量壁厚，调节对应配置给所述高度水平的加热辐射器 的加热功率，作为给定值给该调节输入用于壁厚的预给定值并且作为实际 值输入所测量到的壁厚。
本发明的另一个任务在于，这样设计开头所述类型的装置，使得高的 生产率在结构构造简单并且产品品质良好的情况下得到支持。
根据本发明，所述任务这样来解决加热辐射器连接在一个调节装置 上，该调节装置与至少一个用于检测容器的壁厚的传感器相连接，所述传 感器设置在这样的高度水平上，该高度水平相应于加热辐射器的、包括拉 伸因子在内的高度水平，该拉伸因子通过容器的已伸展区域的长度与预成 形坯的所属区域的长度的比例构成。
通过在容器的高度水平上设置壁厚传感器——该高度水平直接对应配 置给对应的加热辐射器的高度水平，在自动调节的范围内可这样调节加热 辐射器的热辐射，使得精确地达到容器的预给定的壁厚。该调节可实现在 很大程度上自动的工作，而无需手动地调节加热参数。尤其是由环境参数 的变化产生的干扰自动得到调节。此外，该调节不影响仅仅间接地影响所 得到的壁厚的参数，而是直接考虑重要的输出参数作为用于调节的实际值。
被吹塑好的容器的高的轮廓保真性可这样实现在多个不同的高度水
平上实施容器的壁厚测量。
对不同高度水平上的壁厚情况的有目的的影响可这样来实现至少两 对用于容器的壁厚的测量装置和壁厚调节器分别组合成一个用于实施依高 度水平特定的壁厚调节的调节回路，这些测量装置与这些壁厚调节器分别 设置在彼此相应的高度水平上。
7被吹塑好的容器的另一种品质改善可这样来实现实施预成形坯的温 度测量。
为了提供简单的调节结构而提出以级联调节来实施温度调节和壁厚 调节。
壁厚分布的直接调节这样得到支持在级联调节的内部调节回路中实 施温度调节，在级联调节的外部调节回路中实施壁厚调节。
通过所使用的全部加热元件对预成形坯的热影响可这样来考虑在加 热段的后面实施预成形坯的温度测量。
为了考虑预成形坯的材料中的热平衡过程而提出在预成形坯的输送 方向上在加热段与吹塑轮之间实施预成形坯的温度测量。
一个简单的装置结构可这样来实现在输送方向上在吹塑轮的后面实 施壁厚测量。
调节过程的快速实施这样得到支持加热段的仅一部分加热元件由壁 厚调节器控制。
在实施调节时小的延迟时间这样来实现至少在预成形坯的输送方向 上处于最后的加热元件由壁厚调节器控制。
一个简化的结构这样来提供至少两个加热元件并行地由壁厚调节器 控制。
也有助于简化的基本结构的是至少在预成形坯的输送方向上的第一 个加热元件不受调节地产生预成形坯的基本温度。
附图中示意性地示出了本发明的实施例。附图表示
图1用于用预成形坯制造容器的吹塑站的立体视图，
图2 吹塑模具的纵剖面，在该吹塑模具中使预成形坯拉伸和膨胀，
图3 用来说明用于吹塑成形容器的装置的基本结构的草图，
图4 具有增大的热容的变型的加热段，
图5 具有多个彼此叠置地设置的加热辐射器的加热元件以及对应配
置的预成形坯的横剖面，
图6 用于测量被吹塑好的容器的壁厚的传感器装置的横剖面，
图7具有加热段、吹塑轮、高温计和壁厚传感器的吹塑机的原理视
图，以及图8用于调节预成形坯的温度以及用于调节被吹塑的容器的壁厚的 调节方案的示意性视图。
图1和图2中示出了用于使预成形坯1成形为容器2的装置的原理结构。
用于成形容器2的装置基本上由一个设置有吹塑模具4的吹塑站3组 成，预成形坯1可嵌入到该吹塑模具中。预成形坯1可以是用聚对苯二甲 酸乙二醇酯压注的件。为了可使预成形坯1嵌入到吹塑模具4中以及为了 可取出制作好的容器2，吹塑模具4由一些模具半部5、 6和一个可由升降 装置8定位的底部件7组成。预成形坯1可在吹塑站3的区域中由一个输 送棒9保持，该输送棒与预成形坯1一起在该装置内部穿过多个处理站。 但也可例如通过钳或其它操作装置使预成形坯1直接嵌入到吹塑模具4中。
为了可导入压力空气，在输送棒9下方设置有一个连接活塞10，该连 接活塞给预成形坯1供应压力空气并且同时相对于输送棒9进行密封。但 在变型的结构中原则上也可考虑使用固定的压力空气导入管路。
预成形坯1的拉伸在该实施例中借助于一个由缸12定位的拉伸杆11 进行。根据另一个实施例，通过一些由滚子(Abgriffrolle)加载的凸轮段 来进行拉伸杆11的机械定位。使用凸轮段尤其是当在一个旋转的吹塑轮上 设置多个吹塑站3时是符合目的的。
在图l中所示的实施形式中，拉伸系统这样构造，使得提供两个缸12 的串联布置。由一个初级缸13使拉伸杆11首先在真正的拉伸过程开始之 前移动直到预成形坯1的底部14的区域中。在真正的拉伸过程期间，初级 缸13连同移出的拉伸杆与一个承载初级缸13的滑座15共同由一个次级缸 16或通过一个曲线控制装置定位。尤其考虑的是，这样被曲线控制地使用 次级缸16,使得由一个在实施拉伸过程期间沿着一个曲线轨滑动的导向滚 子17预给定当前的拉伸位置。导向滚子17由次级缸16压在导向轨上。滑 座15沿着两个导向元件18滑动。
在设置在承载件19、 20的区域中的模具半部5、 6闭合之后，承载件 19、 20的彼此相对锁止借助一个锁止装置20进行。
为了与预成形坯l的嘴部区段21的不同形状适配，根据图2提出在吹 塑模具4的区域中使用独立的螺纹嵌件22。除了已被吹塑的容器2，图2还用虚线描绘了预成形坯1并且示意性地 示出了一个正在成长的容器泡23。
图3示出了一个吹塑机的基本结构，该吹塑机设置有一个加热段24以 及一个旋转的吹塑轮25。从一个预成形坯输入装置26起，预成形坯1由传 送轮27、 28、 29输送到加热段24的区域中。沿着加热段24设置有一些加 热元件30以及鼓风机31，以便加热预成形坯1。在足够加热预成形坯1之 后，这些预成形坯被传送给吹塑轮25，吹塑站3设置在该吹塑轮的区域中。 完成吹塑成形的容器2由另外的传送轮供应给输出段32。
为了可使预成形坯1这样成形为容器2,使得容器2具有保证填充在容 器2内部的食品、尤其是饮料具有长期的可用性的材料特性，在加热和定 向预成形坯1时必须遵循专门的方法步骤。此外，通过遵循专门的尺寸确 定规范可获得有利的效果。
作为热塑性材料可使用不同的塑料。例如可使用PET、 PEN或PP。
在定向过程期间预成形坯1的膨胀通过供应压力空气来进行。压力空 气供应划分为预吹塑阶段和接着的主吹塑阶段，在该预吹塑阶段中气体、 例如压縮空气以低的压力水平供应，在该主吹塑阶段中气体以较高的压力 水平供应。在预吹塑阶段期间典型地使用具有处于10bar至25bar区间内的 压力的压力空气，在主吹塑阶段期间供应具有处于25bar至40bar区间内的 压力的压力空气。
从图3也可看出，在所示的实施形式中加热段24由多个环行的输送元 件33构成，这些输送元件彼此链式排列并且沿着一些转向轮34被导向。 尤其考虑的是，通过链式的布置展开一个基本上矩形的基本轮廓。在所示 的实施形式中，在加热段24的朝向传送轮29和输入轮35的延展区域中使 用一个单个的尺寸确定得相对大的转向轮34并且在相邻的转向部的区域中 使用两个尺寸确定得相对小的转向轮36。但原则上也可考虑其它任意的导 向装置。
为了可彼此相对尽可能紧密地布置传送轮29和输入轮35，所示的布置 被证实是尤其符合目的的，因为三个转向轮34、 36定位在加热段24的相 应的延展区域中，更确切地说分别是较小的转向轮36定位在向加热段24 的直线延伸部分过渡的区域中并且较大的转向轮34定位在到传送轮29和输入轮35的直接的传送区域中。作为使用链式的输送元件33的替换方案， 例如也可使用旋转的加热轮。
在容器2完成吹塑之后，这些容器由取出轮37从吹塑站3的区域导出 并且通过传送轮28和输出轮38输送到输出段32。
在图4中所示的变型的加热段24中可通过更多数量的加热元件30每 单位时间加热更多量的预成形坯1。鼓风机31在此将冷却空气导入到冷却 空气通道39的区域中，这些冷却空气通道分别位于对应配置的加热元件30 的对面并且通过流出口排出冷却空气。通过这样设置流出方向实现了冷却 空气的基本上横向于预成形坯l的输送方向的流动方向。冷却空气通道39 可在位于加热元件30对面的表面的区域中提供用于热辐射的反射体，也可 通过排出的冷却空气来实现加热元件30的冷却。
图5示出了一个加热元件30的示意性视图，该加热元件设置有多个彼 此叠置地设置的加热辐射器41。在使用加热辐射器41的情况下，在预成形 坯1的纵向轴线42的方向上可产生预给定的温度曲线。在实施拉伸过程中， 预成形坯1的伸展区域43基本上经受双轴定向。
图6示出了一个测量装置44的示意性视图，该测量装置具有多个彼此 叠置地设置的、用于检测容器2的壁厚的传感器45。作为拉伸和吹塑过程 的结果，预成形坯1的伸展区域43已经成形为容器2的定向区域46。预成 形坯l的伸展区域43具有初始长度47，容器2的定向区域46设置有产品 长度48。由产品长度48与初始长度47构成的商给出所实现的拉伸因子。
容器2具有一个容器纵向轴线49，在该容器纵向轴线的方向上前后相 接地设置传感器45。传感器距离50由加热辐射器距离51乘以拉伸因子得 到。
图7示出了一个吹塑机52的示意性视图，其结构相对于图3中的视图 极其简化和示意性。可以看到， 一个用于检测预成形坯1的温度的温度传 感器53在预成形坯1的输送方向上在加热段24的区域中设置在加热元件 30的后面。温度传感器53有利地尽可能紧挨着吹塑轮25设置，以便可在 预成形坯1的壁内部实施热平衡过程之后检测温度。作为温度传感器53例 如可使用高温计。尤其是可在预成形坯1的纵向轴线42的方向上彼此叠置 地设置多个温度传感器53，以便检测预成形坯1的温度曲线。被证实特别有利的是，多个温度传感器53各定位在加热辐射器41的高度水平上，以 便可实施各个加热辐射器41的直接调节。
图7中也示出了用于检测容器2的壁厚的测量装置44的布置。测量装 置44例如可设置在取出装置54的区域中，该取出装置将被吹塑好的容器2 从吹塑轮25送走。
图8示出了一个用于加热元件30或加热辐射器41的调节系统的示意 性视图。该调节系统以级联调节的形式构造。外部调节回路在吹塑站3的 后面通过测量装置44检测容器2在预给定的高度水平上的壁厚2并且将该 实际值输入给壁厚调节器55的输入端。用于壁厚调节器55的直接输入值 是预给定的壁厚以及在测量技术上检测的壁厚之间的调节差。壁厚调节器 55的输出值是用于内部的温度调节回路的给定值。
作为直接的控制值给温度调节器56输入壁厚调节器55的输出值与在 预给定的高度水平上预成形坯1的由温度传感器53检测的温度值之间的 差。典型地，给加热辐射器41的每一个都对应配置一个在图8中所示的调 节结构。
根据简化的调节，内部调节回路被略去，仅仅进行壁厚方面的调节， 而不在测量技术上检测和调节温度。这些调节器55、 56中的至少一个以有 利的方式构造有积分特性，以便避免调节差。根据另一个调节方案，调节 考虑到基于预成形坯1或容器2的输送路径长度的调节系统不动时间情况。 在此考虑，存在调节参量变化与输出参量变化之间的根据输送速度己知的 延迟。
权利要求
1. 用于吹塑成形容器的方法，在该方法中，用热塑性材料制成的预成形坯在沿着输送路径在加热段的区域中在热方面被预处理之后在吹塑模具内部通过吹塑压力作用成形为容器，在该方法中，所述在热方面被预处理由多个彼此叠置地定位的加热辐射器实施，其特征在于在容器(2)吹塑成形之后在容器(2)的至少一个高度水平上测量壁厚；调节对应配置给所述高度水平的加热辐射器(41)的加热功率；作为给定值给该调节输入用于壁厚的预给定值并且作为实际值输入所测量到的壁厚。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于在多个不同的高度水平上实施 容器(2)的壁厚测量。
3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于至少两对用于容器(2) 的壁厚的测量装置(44)和壁厚调节器(55)分别组合成一个用于实施依 高度水平特定的壁厚调节的调节回路，这些测量装置与这些壁厚调节器分 别设置在彼此相应的高度水平上。
4. 根据权利要求1至3中一项的方法，其特征在于实施预成形坯(1)的温度测量。
5. 根据权利要求1至4中一项的方法，其特征在于以级联调节来实施温度调节和壁厚调节。
6. 根据权利要求1至5中一项的方法，其特征在于在级联调节的内部调节回路中实施温度调节，在级联调节的外部调节回路中实施壁厚调节。
7. 根据权利要求1至6中一项的方法，其特征在于在加热段(24)的后面实施预成形坯的温度测量。
8. 根据权利要求1至7中一项的方法，其特征在于在预成形坯(l) 的输送方向上在加热段(24)与吹塑轮(25)之间实施预成形坯(1)的温 度测量。
9. 根据权利要求1至8中一项的方法，其特征在于在输送方向上在吹 塑轮(25)的后面实施壁厚测量。
10. 根据权利要求1至9中一项的方法，其特征在于加热段(24)的 仅一部分加热元件(30)由壁厚调节器(55)控制。
11. 根据权利要求10的方法，其特征在于至少在预成形坯(1)的输 送方向上处于最后的加热元件GO)由壁厚调节器(55)控制。
12. 根据权利要求1至11中一项的方法，其特征在于至少两个加热元件(30)并行地由壁厚调节器(55)控制。
13. 根据权利要求1至12中一项的方法，其特征在于至少在预成形坯(1) 的输送方向上的第一个加热元件(30)不受调节地产生预成形坯(1) 的基本温度。
14. 用于用热塑性材料吹塑成形容器的装置，该装置至少具有一个沿着 预成形坯的输送路径设置的加热段和一个设置有吹塑模具的吹塑站，在该 装置中，加热段具有至少一个加热元件，所述加热元件具有至少两个彼此 叠置地设置的加热辐射器，其特征在于加热辐射器(41)连接在一个调 节装置上，该调节装置与至少一个用于检测容器(2)的壁厚的传感器(45) 相连接；所述传感器(42)设置在这样的高度水平上，该高度水平相应于 加热辐射器(41)的包括拉伸因子在内的高度水平，该拉伸因子通过容器(2) 的已伸展区域的长度与预成形坯(1)的所属区域的长度的比例构成。
15. 根据权利要求14的装置，其特征在于多个传感器(45)设置在彼 此相互不同的高度水平上。
16. 根据权利要求14或15的装置，其特征在于各对对应配置给不同 的高度水平的传感器(45)和加热辐射器(41)分别设置在一个对应配置 给各自的高度水平的调节回路中。
17. 根据权利要求14至16中一项的装置，其特征在于调节装置具有 至少一个温度传感器(53)。
18. 根据权利要求14至17中一项的装置，其特征在于至少一个温度 传感器(53)和至少一个用于测量壁厚的传感器(45)与一个壁厚调节器(55)和一个温度调节器(56)共同设置在一个级联调节装置中。
19. 根据权利要求14至18中一项的装置，其特征在于:温度传感器(53) 和温度调节器(56)设置在该级联调节装置的内部调节回路中，用于调节 壁厚的传感器(45)和壁厚调节器(55)构成该级联调节装置的外部调节 回路的部分。
20. 根据权利要求14至19中一项的装置，其特征在于:温度传感器(53)在预成形坯(1)的输送方向上设置在加热段(24)的后面。
21. 根据权利要求14至20中一项的装置，其特征在于:温度传感器(53) 在预成形坯(1)的输送方向上设置在加热段(24)与吹塑轮(25)之间。
22. 根据权利要求14至21中一项的装置，其特征在于用于测量壁厚 的传感器(45)在预成形坯(1)的输送方向上设置在吹塑轮(25)的后面。
23. 根据权利要求14至22中一项的装置，其特征在于加热段(24) 的仅一部分加热元件(30)设置在壁厚调节回路中。
24. 根据权利要求14至23中一项的装置，其特征在于至少在预成形 坯(1)的输送方向上处于最后的加热元件(30)构造成壁厚调节回路的一 部分。
25. 根据权利要求14至24中一项的装置，其特征在于不同的加热元 件(30)的至少两个设置在同一个高度水平上的加热辐射器(41)并行地 由壁厚调节回路控制。
26. 根据权利要求14至25中一项的装置，其特征在于至少在预成形 坯(1)的输送方向上的第一个加热元件(30)设置在壁厚调节回路之外。
全文摘要
本发明涉及用于吹塑成形容器(2)的方法和装置。用热塑性材料制成的预成形坯(1)首先沿着输送路径在加热段(30)的区域中经受热方面的预处理。接着，预成形坯在吹塑模具内部通过吹塑压力作用成形为容器。预成形坯在热方面的预处理由多个彼此叠置地定位的加热辐射器(41)实施。在容器吹塑成形之后在容器的至少一个高度水平上测量壁厚。调节对应配置给所述高度水平的加热辐射器的加热功率。作为给定值给该调节输入用于壁厚的预给定值并且作为实际值输入所测量到的壁厚。
文档编号B29C49/78GK101432122SQ200780012238
公开日2009年5月13日 申请日期2007年2月22日 优先权日2006年3月29日
发明者F·莱温, M·利岑贝格, M·林克, R·鲍姆加特 申请人:Khs科波普拉斯特两合公司