专利名称：用于加热塑料材料容器的设备及其谐振器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热塑料材料容器特别是加热塑料材料预成型件的设备和方法。
背景技术：
在饮料生产行业领域中，使用塑料材料容器或PET容器代替玻璃瓶已经呈增长趋势。在这些容器的制造过程中，首先制作得到塑料材料预成型件，然后将这些塑料材料预成型件加热并通过膨胀工艺而获得最终的塑料材料容器。现有技术中，通常是将上述情况中的塑料材料预成型件通过烘道，并在烘道内一般通过红外辐射被加热。此外，利用微波辐射加热塑料材料预成型件在现有技术中也是公知的。在这种情况下，利用微波产生装置例如磁电管来产生微波辐射，接着通过传输装置例如波导器被传输至待加热的塑料材料预成型件。可以通过调节单元来控制到达预成型件的微波能量。在这种情况下，一般在启动设备之前设定应用至塑料材料预成型件的功率，随后所述设备以该固定功率工作。通过这种方式，在谐振器中通过交变电磁场作用于预成型件而进行加热，然而，所述交变电磁场还在所述材料内部产生偶极子激励，进而加热预成型件。DElO 2007 022 386 Al公开了一种用于塑料材料半成品的加热设备。此处，在加热过程中的至少部分过程中，谐振器通过微波作用于待加热预成型件。DE 10 2006 015 475 Al同样公开了一种用于预成型件的回火方法及设备。在该方法中，利用了柱形设计的谐振器，这种设计的谐振器表现出相对高的壁电流损耗。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于增加该类型加热装置的效率，特别是降低该类型加热装置的损耗。根据本发明的独立权利要求的主题实现上述目的。优选实施例和进一步的改进构成从属权利要求的主题。根据本发明的一种用于加热容器特别是加热塑料材料预成型件的设备，具有至少一个微波产生单元，所述微波产生单元产生微波形式的交变电磁场。此外，该设备设置有微波传输单元，所述微波传输单元将所述微波产生装置产生的所述微波传输至谐振(谐振器)单元；以及传送单元，所述传送单元相对于所述谐振器单元传送所述塑料材料预成型件。此处，所述谐振器单元具有谐振器外壳，所述谐振器外壳形成用于加热所述塑料材料预成型件的容置空间并且具有至少一个面向所述塑料材料预成型件的内壁和连接区，通过所述连接区将所述微波导入所述谐振器单元。根据本发明，所述内壁的面向所述塑料材料预成型件的表面至少部分被处理(如热处理、抛光、涂覆或退火)，通过对所述内壁的处理降低了由所述微波所产生的壁电流损耗。因此根据本发明提出了以预定设方式设计前述内壁或其表面以降低壁电流损耗。此处，处理方式不仅可以是例如壁的抛光处理，而且可以是细致的织构化处理，还可以是这些方式的组合。下面将对其详细说明。优选地，抛光所述内壁以降低其表面粗糙度。塑料材料预成型件如PET的主要材料的介电损耗因子产生的问题是在所述谐振器中出现非常高的场强，或者是需要加热。该强场增强，需要快速加热，而在导电谐振器的壁上以及微波电源线的壁上产生高壁电流。由于前述壁电流为高频，其仅在薄表面表层中流动，这也被称为集肤效应。本发明的构思在于使得所述壁电流产生的损耗尽可能的小，从而就能量而言改进整个工艺。通过这种方式，例如，可以抛光前述表面。由于上述表面粗糙度增加了电流通路， 随着粗糙度的增加电流损耗也增加。优选地，前述内壁，即抛光内壁，具有的表面粗糙度小于3 μ m，优选小于2 μ m，最优选小于1 μ m。所述表面粗糙度一般应当较低，并且优选低于微波的穿透深度S，即Rmax<<5。当材料为铝并且频率为2. 45GHz时，Rmax应当小于1 μ m。优选地，所述内壁具有抛光表面或精密铣削表面。在进一步的优选实施例中，所述内壁由载体材料以及涂层构成，所述涂层设置于所述载体材料的面向所述塑料材料预成型件的表面，所述涂层应该具有比所述载体材料更高的电导率。在现有技术中，一般以单片或非涂层(即不具有特殊涂层)的方式制作前述谐振器的内壁。所述载体材料可以是例如铝块。此外，前述载体材料可以是例如电镀银或镀铜。由于前述电流仅流过薄层，通过应用高导电层可以降低电阻及损耗。优选地，层厚度D大于上述穿透深度δ。通过这种方式，可应用下面的关系Imm >> D > δ。所述涂层因此保证电流仅在前述导电层中流动。还可以使用固态高导电材料例如铜制造整个谐振器。在进一步的优选实施例中，所述谐振器外壳由多个部件构成。多组件谐振器的设计在制造上具有优势。此外，所述谐振器外壳的多部件设计以及例如内壁的多部件设计可以降低前述电流损耗。优选地，首先制造所述谐振器的多个部件，然后将其接合在一起，最终通过使用金属层特别是整块金属层覆盖各个切口以完成涂覆。在进一步的优选实施例中，所述谐振器外壳能够被分开。由于所述谐振器接下来还可以被打开，这是特别有优势的。另一方面，该类型的分割线可在所述谐振器内产生更高的电流损耗。在这种情况下，优选地，以分割线特别是所述内壁的分割线基本平行于所述壁电流流动方向的方式来设计所述谐振器外壳。下面将更详细地描述通过这种方式同样可以降低电流损耗。在进一步的优选实施例中，所述内壁具有纹理，所述纹理的方向平行于所述内壁中的所述微波产生的所述电流方向。所述纹理例如可以是上述切口，所述切口对于外壳的两部分设计是必要的。然而，也可以设置带有凹槽和凹陷的槽纹或叉齿状结构，所述凹槽和凹陷沿着平行于所述壁电流的流动方向延伸。内壁的总电阻是由表面电阻RF、电流通路的长度1(平行于电流方向)和宽度b(与电流方向呈直角)来决定，并且可以由以下公式表示R = RF*l/b。为了减小该电流及其电阻，可以在平行于电流方向的表面上形成波纹或叉齿，通过这种方式来人为增加前述宽度b并因此减少电阻。此处，可以将上面的措施组合，例如具有规定纹理的涂层或者具有规定纹理的抛光表面，此外，还具有平行于电流方向的规定切然而，可以将所述谐振器设计为一体式。在这种情况下，可以在塑料材料的负极上电镀沉积金属层，然后再化学消除负极性。然而，还可以利用特殊工具对一体式谐振器进行切割。优选地，所述纹理的形式为波纹和/或叉齿。如果在特定的实施例中根据成本或制造不能阻止所述切口被设置为不平行于电流方向，那么可以在所述切口的内侧上设置沟槽。所述沟槽减小了螺纹紧固的拱座表面并通过这种方式增加了接触压力。由于所述接触压力，两个面以改进的方式相互紧靠，因此前述切口被最小化并通过这种方式减小了阻抗。与所述内壁未做任何处理的实施例相比较，每个规定的措施能够减小内壁的电阻，特别是在电流的流动方向上。此外，上述平行于电流流动方向的切口设计构成一种内壁处理措施，特别是在本发明的多部件谐振器外壳中。
从附图可看到进一步的优势和实施例。在所述附图中图1为用于加热容器的设备的示意图；图2为根据本发明的第一实施例中的设备的示意图；图3为图2所示的设备中的谐振器的示意图；及图4为本发明的优选实施例的内壁的示意图。
具体实施例方式图1示出了用于加热容器或塑料材料预成型件10的设备1。此处，设备1具有多个微波产生装置4，微波产生装置4产生的微波通过导管装置到达谐振器16，并且从谐振器 16进入容器10，容器10此时为预成型件。然而，所述设备还可以用于加热已经成型的塑料材料容器。此处，附图标记2表示传送装置，所述传送装置使各个容器围绕旋转轴X旋转。附图标记14表示能量确定单元，所述能量确定单元控制应用至所述容器的能量。容器10可以通过驱动装置观在平行于旋转轴X的方向Y上相对于谐振器16移动位置。图2示出了根据本发明的第一实施例的设备1。该设备具有磁电管4，磁电管4中已经整合了加热装置(未示出)。磁电管4产生微波，所述微波进入循环器32，并通过连接装置33从所述循环器进入导管装置6，导管装置6为微波导或矩形波导形式。所述微波通过连接区从导管装置6进入谐振器16或设置在谐振器内的容器10。此时，容器10以箭头 Pl的方向插入至谐振器16。附图标记34表示温度传感器并且特别是高温计，所述高温计设置于谐振器16并且不接触地测量预成型件10的温度。从所述预成型件返回的所述微波依次进入所述循环器及水箱38。水箱38被用于衰减所述微波。可以通过二极管形式的传感器装置20测量返回的微波能量。所述测量值依次被控制装置15接收并被用于确定操作。然而，为了确定操作或能量，可以使用高温计34测量的值来补充或替代所述传感器装置测量的值。此外，所述高温计还可以用于改变加热阶段。附图标记14表示能量确定单元，此处，能量确定单元14具有两个线性电动机形式的驱动器26。此外，能量确定单元14具有两个控制元件或调节钮对、2如，所述控制元件或调节钮对、2如可以在箭头Pl的方向上相对于波导器6改变位置。在当前操作即加热容器过程中，如有必要，控制装置15改变控制元件M相对于矩形波导的位置，并因此控制应用至所述容器的微波能量。现有技术中公知的设备设置有至少三个控制元件。而此处公开的实施例中，两个该类型的控制元件也已经足够。如上所述，容器10至少部分设置于谐振器单元16而被加热。此时，谐振器单元16 具有外壳8，外壳8内部形成腔体25。此外，每个谐振器外壳8都具有面向所述预成型件的内壁。图3详细示出了谐振器单元16。谐振器单元16明显具有多个内壁，此处仅示出了多个内壁中的内壁22a、22b及22c，所述内壁限定了用于所述容器的上述腔体25或容置空间。此处，所述容置空间不需要完全闭合。在所述内壁中，应当降低了由微波冲击所产生的电流损耗。所述微波通过入口 12 (参见图2、进入谐振器单元16。附图标记34表示温度传感器，用来确定谐振器16内部的温度，特别是腔体25的温度。此处，外壳8明显是由两个部件构成。附图标记42表示位于两个外壳部件中的其中一个上的沟槽。由于沟槽42减小了螺纹紧固的拱座表面，增加了两个外壳部件之间的接触压力。通过这种方式，减小了电流阻抗。图4示出了壁22a。此处，字母L表示壁22a的纵向，字母S表示电流方向。通过这种方式，在所述壁内由微波所产生的电流沿着线S流动。图4示出的右侧中，壁2 具有槽纹形状即多个叉齿44。通过这种方式，壁2 在图4示出的方向b上延伸，如上所述，通过这种方式增加前述宽度b并减小电阻。附图标记23表示所述壁的表面。此外，壁2 还可以具有涂层以降低电流损耗，如上所述，所述涂层可由导电性好的材料特别是银或铜制成。所述壁的表面23还可以被抛光，如上所述。用于所述表面的处理措施还可以用于所述导管装置或波导器6的内壁上。在本申请文件中公开的要求保护的所有特征，对于本发明是必须的，与现有技术相比，各个特征或其组合均具有新颖性。
权利要求
1.一种用于加热容器特别是加热塑料材料预成型件(10)的设备(1)，该设备(1)具有至少一个微波产生单元G)，所述微波产生单元(4)产生微波形式的交变电磁场；微波传输单元(6)，所述微波传输单元(6)将所述微波产生装置(4)产生的所述微波传输至谐振器单元(16)；以及传送装置，所述传送装置相对于所述谐振器单元(16)传送所述塑料材料预成型件(10)；其中所述谐振器单元(16)具有谐振器外壳(8)，所述谐振器外壳(8)形成用于加热所述塑料材料预成型件(10)的容置空间05)并且具有至少一个面向所述塑料材料预成型件(10)的内壁(22a，22b，22c)和连接区(12)，通过所述连接区(1 将所述微波导入所述谐振器单元(16)，其特征在于，所述内壁Oh，22b，22c)的面向所述塑料材料预成型件(10)的表面至少部分被处理，通过对所述内壁的处理降低了由所述微波所产生的壁电流损耗。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，抛光所述内壁(22a，22b，22c)以降低其表面粗糙度。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述内壁(22a，22b，22c)具有的表面粗糙度小于3 μ m，优选小于2 μ m，最优选小于1 μ m。
4.根据前述至少一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述内壁0 ,22b，22c)由载体材料以及涂层构成，所述涂层设置于所述载体材料的面向所述塑料材料预成型件的表面，其中所述涂层具有比所述载体材料更高的电导率。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述涂层的层厚度d大于所述微波的穿透深度。
6.根据前述至少一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述谐振器外壳(8)由多个部件构成。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，由多个部件构成的所述谐振器外壳的分割线基本平行于所述壁电流的流动方向(S)。
8.根据前述至少一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述内壁(22a，22b，22c)具有纹理，所述纹理的方向平行于所述内壁Oh，22b，22c)中的所述微波产生的所述电流方向⑶。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述纹理的形式为波纹和/或叉齿。
全文摘要
本发明涉及一种用于加热塑料预成型件(10)的设备(1)，包括至少一个微波产生器(2)，产生微波形式的交变电磁场；微波传输单元(4)，将微波产生器(2)产生的微波传输至谐振器单元(6)；和传送装置，将塑料预成型件(10)传送至谐振器单元(6)；其中谐振器单元(6)包括谐振器外壳(8)，谐振器外壳(8)形成用于加热塑料预成型件(10)的容置空间(10)，所述外壳具有至少一个面向塑料预成型件(10)的内壁(22a，22b，22c)和注入区(12)，通过所述注入区将微波导入谐振器单元(6)，内壁(22a，22b，22c)的面向塑料预成型件的表面至少部分被退火，通过退火处理降低了微波在内壁中产生的功率损耗。
文档编号B29C49/64GK102239041SQ200980148869
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月4日
发明者A·阿佩斯麦尔, G·温克勒, J·齐默勒, K·森 申请人:克朗斯股份公司