CN109421245B - 允许起动即生产的容器生产设备和方法 - Google Patents

Abstract

从坯件(3)生产容器(2)的生产设备(1)，其具有：成型装置(8)，配有由电动机(10)驱动的转盘(9)；坯件(3)的加热装置(14)，配有：红外线辐射器(16)，每个辐射器(16)的电源(19)；控制器(23)，其存储转盘(9)转动的额定速度规定值ω_N和额定电功率规定值P_N。控制器(23)被程序控制，以便：根据额定速度规定值ω_N控制转盘(9)的转动，在转盘的加速过程中：考虑转盘(9)的实际瞬时转动速度，将电源(19)的电功率调节到瞬时值，使得：

Description

允许起动即生产的容器生产设备和方法

技术领域

本发明涉及从(尤其是PET的)塑料制坯件生产容器。

背景技术

术语“坯件”指：

·预型件，即注塑粗制件，其圆柱形的主体在下端由封闭底部延伸，在上端由形状为最终形状的颈部延伸，或者

·中间容器，来自在预型件上进行的(例如预成型)操作，用于经受新的工序，以最后形成容器。

容器生产通常包括：

·坯件热调节(也称为加热)第一阶段，在加热装置(也称为加热炉)中进行，加热装置限定加热室，该第一阶段在于使预型件在加热室中行进，使之达到高于材料玻璃化转变温度(对于PET，该温度约为80℃)的温度；

·从预型件成型容器的第二阶段，在成型装置中进行，成型装置配有模型，模型具有待成型容器的型腔，该第二阶段在于将每个热预型件输入到一个模型中，对预型件注入压力流体(尤其是气体，通常是空气)，使预型件贴靠在模型上，从而使预型件具有容器型腔。

传统加热炉配有卤素白炽灯，根据普朗克定律在连续光谱上进行辐射。

在进行整个生产之前，最好预热加热炉，借助于灯使加热炉具有适当的温度，可使坯件具有温度分布，允许随后进行良好成型。

这种预热缓慢，并需要精调。

但是，近来提出的供选的加热技术基于使用辐射器，其配有单色电磁辐射源(尤其是激光)，其辐射光谱主要在红外线范围。借助于该技术工作的加热炉，由欧洲专利申请EP3119582(Sidel公司)提出，相对于传统的卤素灯加热炉具有许多优越性。特别是，在这种加热炉中：

·辐射器以红外线进行辐射，无热扩散，与卤素加热炉的不同之处在于，无需进行任何通风；

·预型件可以根据更精确的温度分布进行加热；

·不需要进行任何预热。

后一种优越性表现在生产能力方面：理论上，无需预热即可起动生产，因此不会延迟时间；实际上，只要启动成型装置，启动加热炉(即辐射器供电)，并开始前送坯件。

实际上，并不那么简单。成型装置是很重的机械，惯性大，起动时，有一个相当长的加速阶段。在该起动阶段，坯件在加热炉中前送的平均速度低于额定速度(达到全生产速度)。启动生产，不等待达到全生产速度，增加了坯件受辐射器辐射的照射时间。

但是，这种受照射时间决定坯件从加热炉输出的最终温度。然而，容器的质量基本上取决于坯件在加热炉中获得的温度分布。特别是，过热的坯件导致畸形容器。

面对这个困难，美国专利申请US2012/0080827(Krones)提出一种解决方案，其中，加热炉是转动的并具有单独的加热工位，所述解决方案在于，或者改变从开始加热起的角度，或者改变热功率(参见[0054])。

但是，除了坯件在单独的加热工位中的加热非常不同于进行中加热之外，该专利在适于施加角度改变或者热功率改变的方式上是缄默的。

本发明旨在提供一种对上述问题真正实用的解决方案，提出一种启动容器生产的方法和设备，一方面，无需等待成型装置达到其全生产速度，另一方面，在低生产速度起动阶段，保持成品容器的质量。

发明内容

为此，首先，本发明提出一种从塑料制坯件生产容器的生产设备，其限定坯件和容器的移动路径，并具有：

·成型装置，成型装置配有由电动机驱动的转盘和一系列安装在转盘上的成型工位，每个成型工位都包括具有容器型腔的模型和在坯件中注入压力流体的注入装置；

·加热坯件的加热装置，加热装置位于成型装置上游的移动路径上并限定加热室，该加热装置配有：

·沿着加热室边缘的一系列相邻的辐射器，每个辐射器都具有多个发射红外线的单色辐射源；

·驱动坯件的驱动***，驱动***与转盘同步，并具有多个用于支承坯件的单独的支架；

·电源，电源向每个辐射器供给电功率；

·控制器，其连接于成型装置的电动机和加热装置的电源，该控制器具有存储器，存储器中存储转盘转动的额定速度规定值ω_N以及与额定生产速度相应的额定电功率规定值P_N，控制器被程序控制，用于从转盘不动的停机状态起：

·根据额定速度规定值ω_N控制转盘的转动，

·在转盘加速过程中：

·考虑转盘转动的实际瞬时速度ω(t)，

·将电源的电功率调节到瞬时值P(t)，使得：

其中，T是正实数或者零。

根据一种具体实施方式，生产设备具有向加热装置供给坯件的供给装置，适于采用开启状态和闭合状态，在开启状态，坯件向加热装置自由通过，在闭合状态，坯件向加热装置的通过被阻止，控制器被程序控制，以便：

·只要转盘的实际转动速度低于在额定速度规定值的15％至50％之间的一阈值，使供给装置保持闭合；

·一旦转盘的转动速度达到该阈值，就控制供给装置开启。

其次，本发明提出一种在如上所述的设备中从塑料制坯件生产容器的生产方法，该生产方法从转盘不动的生产设备停机状态起，具有以下工序：

·由控制器根据额定速度规定值ωN，控制转盘的转动，

·在转盘加速过程中：

·测量转盘的实际瞬时转动速度ω(t)，

·按控制器的指令，使电源的电功率调节到瞬时值P(t)，使得：

附图说明

根据下面参照附图对一种实施方式所作的说明，本发明的其他目的和优越性将显而易见，附图如下：

-图1是从塑料坯件生产容器的设备的立体示意图；

-图2是曲线图，在上部，一条曲线示出生产起动时转盘速度升高；在中部，一条曲线示出加热装置功率升高；在下部，脉冲时序图示出供给装置的开启指令；

-图3是图1所示设备的沿另一方向的局部立体图，圆圈中是以处于闭合状态的供给装置为中心的细部放大图；

-图4类似于图3，示出供给装置开启；

-图5类似于图3，示出生产设备稳态工作。

具体实施方式

图1示出从塑料坯件3生产容器2的设备1。

在所示的实施方式中，坯件3是粗制注塑预型件，其每个都具有一个主体4、一个在下端封闭主体4的底部5、以及一个使主体4延长至上端的开口颈部6(其形状是最终形状)。主体4和颈部6由凸缘7分开，坯件3及其成型的容器2可以提供凸缘7悬置，如后所述。

作为变型，坯件3可以是从预型件(例如预吹制后)获得的中间容器，但是，其形状不是最终形状并且其用于进行精加工工序(例如吹制)。

下文中，坯件3是任意预型件，但是，该实施方式不是限制性的。

设备1限定预型件3和容器2的移动路径T。该路径T沿着设备1的不同组件所限定的路线部分。术语“上游”和“下游”参照预型件3的移动方向进行限定。

首先，设备1具有成型装置8和一系列成型工位11，所述成型装置8配有转盘9，转盘由电动机10驱动围绕轴线X转动，所述成型工位11安装在转盘9上。为清楚起见，图1仅示出一部分成型工位11。

每个成型工位11包括一个具有容器型腔的模型12，以及一个在预热的预型件3中注入压力流体(通常是空气)的装置。

根据附图所示的一种实施方式，每个模型12是皮夹式，具有一对半型箱，半型箱围绕一个公共铰链铰接在下述位置之间：

·开模位置(图1中央)，在该位置，半型箱分开，以排出一个成品容器2，然后输入一个新的预热的预型件3，以及

·合模位置(图1右部)，在该位置，半型箱接合，以共同形成待成型容器的型腔。

驱动转盘9的电动机10例如是伺服电动机，即永磁无刷伺服电动机(也称为永磁同步电动机，或者直流无刷电动机)，其具有固连于转盘的转子和周缘固定定子。

成型装置8还配有编码器13，编码器安装在轴线X上，提供角度信息，角度信息中可推知转盘9的瞬时转动速度，记为ω(t)。

在(稳定的)全生产速度，转盘9以记为的ω_N额定转动速度(平稳地)转动。

其次，设备1具有使预型件3加热的加热装置14，加热装置位于成型装置8上游的移动路径上。

该加热装置14也称为“加热炉”，限定加热室15，预型件3在其中行进。加热炉14配有：

·沿着加热室15边缘的一系列(例如面对着的两排)相邻的辐射器16，且每个辐射器具有多个电磁辐射源；

·驱动预型件3的驱动***17，驱动***与转盘9同步，并具有多个用于预型件3的单独支架18；

·电源19，其向辐射器16供给电功率。

根据一种实施方式，驱动***17是一个配有链节的传送链，每个链节支承一个支架18(称为转盘)，预型件3悬置于支架。该传送链17在轮子20上循环，至少一个轮子要么由电动机21驱动(如图1所示)，在这种情况下，其与转盘9同步，要么由转盘9本身驱动，轮子20因此例如由一个传动带连接于转盘9。

每个辐射器16的辐射源选择成发出红外线范围的单色辐射。

理论上，单色源是发出单频正弦波的理想源。换句话说，其频谱仅由一条零光谱宽度的光谱线构成(狄拉克)。

实际上，这种辐射源不存在，实际辐射源的辐射频谱在小但非零的频谱宽带上延伸，以辐射强度最大的主频率为中心。为了本专利申请的需要，这种实际辐射源视为单色。同样，为了本说明书的需要，一种多波型辐射源视为单色，即在具有以不同的主频率为中心的多个窄频带的非连续光谱上进行辐射。

在良好选择下，单色辐射的优越性在于，其可集中在一种(或多种)频率上，以致预型件3的材料的热状况在吸收方面特别有利。

作为实施例，为了得到在预型件3的表面上的快速加热，可以选择材料非常吸收的一种(或多种)红外线频率。相反，为了得到在预型件3的厚度中的较为缓慢但是更为均匀的加热，可以选择材料相对吸收得少的一种(或者多种)频率。

实际上，辐射器16配有的辐射源是激光辐射源(例如激光二极管)，其以红外线进行辐射，并列和重叠地布置，以形成一个或多个矩阵。

这里，每个矩阵可以是一个表面辐射垂直腔式激光二极管矩阵(VCSEL)，每个二极管例如发出波长约为1微米的瓦特数量级单管功率的激光束。

这些辐射源进行辐射，即发出的辐射传输到预型件3，无需空气用作传输载体。

辐射源将其提供的电功率转变为加热室内的辐射电磁场。

该功率是可变的。因此，如图1所示，加热炉14最好具有用于电源19的或者在电源19内的功率变换器22。该功率变换器22可以是模拟的或者电子的变换器。

假定辐射器16提供的功率(记为R)可视为基本恒定的，由辐射器16辐射的电磁场的瞬时功率(记为P_C(t))按一种比例关系关联于向辐射器16提供的电功率(记为P(t))：

P_C(t)＝R·P(t)

向辐射器16提供的电功率具有与全生产速度所需的功率相应的非零的额定值P_N和可以为零的最小值P₀。

与提供的额定功率P_N相应的是辐射器16辐射的额定电磁功率P_CN：

P_CN＝R·P_N

额定电磁功率P_CN是在稳定态(即全生产速度)时应由辐射器16辐射的功率，以确保在加热室15的输出端，每个预型件3具有的温度分布允许形成合格的容器2。

同样，提供的最低功率P₀相应于由辐射器16辐射的记为P_c0的最低电磁功率：

P_c0＝R·P₀

只要提供的电功率P(t)(和因而电磁功率P_C(t))为非零，辐射器16就处于“起动”状态，即辐射源在加热室15中发出辐射。

相反，若P₀为零则P_c0为零。在这种情况下，辐射器16处于“关闭”状态，即其辐射源在加热室15中不发出任何辐射。

变换器22允许调节提供的瞬时电功率P(t)是额定电功率P_N的一部分：

P(t)＝K·P_N

其中，K是一个比例系数，为正实数或者零(在后一种情况下相应于关闭)，与辐射器16有关。

其三，设备1具有控制器23(电子的和/或信息的控制器)，连接于成型装置8和加热炉14，控制器分别控制转盘9的转动速度和辐射器16提供的电功率。

更准确地说，控制器23连接于成型装置8的电动机10并向其输送与转盘9的转动速度成比例的电功率(但是，转盘由于惯性而受到响应时间的影响)。

此外，控制器23连接于加热炉14的电源19，控制变换器22，以调制辐射器16提供的电功率。

根据图1所示的一种实施方式，控制器23连接于加热炉14的驱动***17的电动机21，向其输送电功率。

控制器23具有存储器24，其中存储：

·转盘9的速度规定值，其相应于转盘9的额定转动速度ω_N，以及

·加热炉14的功率规定值，其相应于额定电功率P_N。

控制器23被程序控制，用于从转盘9不动的停机状态起：

·根据额定速度规定值ω_N控制转盘9转动，

·在转盘9加速过程中：

·考虑转盘9转动的实际瞬时速度ω(t)，

·按控制器23的指令，使电源19的电功率调节到瞬时值P(t)，

使得：

其中，T是正实数或者零，相应于转盘9的功率P(t)和转动速度ω(t)之间可能产生的延迟。

如前所述，转盘9具有惯量，其实际瞬时速度值ω(t)(由编码器13测得，编码器将测量结果传输到控制器23)，从初始值ω₀(在初始时间t₀的速度值ω(t))，不立即达到额定速度规定值ω_N，而是进行加速，如图2上部的曲线所示。在所示的实施例中，加速呈线性，不必相应于实际情况，但是足以说明现象。

本发明不是为了开始生产而等待转盘9的瞬时转动速度ω(t)达到额定速度规定值ω_N(在时刻t₂)，而是提出起动辐射器16并立刻开始生产(T＝0，图2中央的实线曲线)，或者略有延迟(T>0，图2上的虚线曲线)，同时将瞬时电功率P(t)适配转盘9的瞬时速度ω(t)。

实际上，可以确定，预型件3接收的能量直接与预型件在加热室15中受照射的时间以及与向辐射器16提供的电功率成比例。

这种关系是由于辐射器16不存在热惯量，其瞬时辐射电磁功率P_c(t)，来自提供的电功率P(t)，根据所述关系，与其功率成比例：

P_c(t)＝R·P(t)

因为辐射器16没有热惯量，所以可使提供的瞬时电功率P(t)伺服于转盘9的实际瞬时转动速度ω(t)。

更准确地说，相同的比例系数一方面使瞬时电功率P(t)联系于额定功率P_N，另一方面使实际瞬时速度ω(t)联系于额定功率：

因此，控制器23控制向辐射器16提供的瞬时电功率P(t)逐渐增大，与转盘9的实际瞬时速度ω(t)成正比(必要时具有偏差T)，直至当速度ω(t)达到与全生产速度相应的速度ω_N时，达到额定功率P_N。

在转盘9加速、以及向加热炉14提供的(因而在加热室15中辐射的)功率增大的整个期间，预型件3接收恒定数量的能量，这允许包括过渡状态在内生产质量恒定的容器2。

因此，设备1的有效生产能力提高，基本上不必改变(例如，由一个较大功率的电动机取代转盘的电动机10，可更快速地达到额定速度，以缩短起动过渡阶段)。

根据图3、4和5所示的一种实施方式，设备1具有向加热炉14供给预型件3的供给装置25。

尤其如图5所示，在加热炉14的上游，预型件3在重力作用下在一个输送导轨26上进行移动，预型件通过凸缘7进行悬置。

在导轨26的下游端，供给装置25具有致动器27，致动器27配有的操纵杆28在以下位置之间活动：

·展开位置(相应于供给装置25的闭合状态，见图3)，在该展开位置，操纵杆28阻挡预型件3，防止其前送，以及

·收起位置(相应于供给装置25的开启状态，见图4和5)，在该收起位置，操纵杆28离开预型件3的路径，以允许预型件自由前送，以致由输送齿轮29装载和保持间距。

致动器27由与之连接的控制器23操纵。

更准确地说，控制器23可以被程序控制，用以根据条件，尤其是根据转盘9的瞬时转动速度ω(t)，控制供给装置25的开启。

因此，根据一种特殊转动方式，控制器23被程序控制，以便：

·只要转盘9的实际转动速度ω(t)低于(在t₀与t₂之间的一中间时刻t₁达到的)、为额定速度规定值ω_N的15％至50％之间的一阈值ω₁，使供给装置25保持闭合(图2下部计时器所作的记录上的状态F)；

·一旦转盘9的实际转动速度ω(t)达到该阈值ω₁，就控制供给装置25开启(图2的计时器所作的记录上的状态O)。

这样，可选择开始生产的时刻，显然，无需等待转盘9达到额定速度，而且也无需等待其达到满足成型容器2的速度，尤其是最小化预型件3的输送时间，在此输送时间期间，材料会冷却。

在图2的中央曲线上用虚线所示的实施例中，其中，延迟T非零，该偏差对应于起始瞬间t₀与中间时间t₁之间的间隔：

T＝t₁-t₀

这种时间延迟很短(以秒计算)，可通过延缓加热炉14起动直至供给装置25有效开启来限制能量消耗。

Claims (4)

1.从塑料制的坯件(3)生产容器(2)的生产设备(1)，其限定坯件(3)和容器(2)的移动路径(T)，并具有：

·成型装置(8)，成型装置配有由电动机(10)驱动的转盘(9)和一系列安装在转盘(9)上的成型工位(11)，每个成型工位都包括具有容器型腔的模型(12)和在坯件(3)中注入压力流体的注入装置；

·加热坯件(3)的加热装置(14)，加热装置位于成型装置(8)上游的移动路径(T)上并限定加热室(15)，该加热装置(14)配有：

·沿着加热室(15)边缘的一系列相邻的辐射器(16)，每个辐射器都具有多个发射红外线的单色辐射源；

·驱动坯件(3)的驱动***(17)，驱动***与转盘(9)同步，并具有多个用于支承坯件(3)的单独的支架(18)；

·电源(19)，电源向每个辐射器(16)供给电功率；

·控制器(23)，其连接于成型装置(8)的电动机(10)和加热装置(14)的电源，该控制器(23)具有存储器(24)，存储器中存储与额定生产速度相应的转盘(9)转动的额定速度规定值ω_N以及额定电功率规定值P_N；

该生产设备(1)的特征在于，控制器(23)被程序控制，用于从转盘(9)不动的停机状态起：

·根据额定速度规定值ω_N控制转盘(9)的转动，

·在转盘(9)加速过程中：

·考虑转盘(9)转动的实际瞬时转动速度ω(t)，

·将电源(19)的电功率调节到瞬时值P(t)，使得：

其中，T是正实数或者零，相应于转盘(9)的功率瞬时值P(t)和实际瞬时转动速度ω(t)之间可能产生的延迟。

2.根据权利要求1所述的生产设备(1)，其特征在于，生产设备具有向加热装置(14)供给坯件(3)的供给装置(25)，适于采用开启状态和闭合状态，在开启状态，坯件(3)向加热装置(14)自由通过，在闭合状态，坯件(3)向加热装置(14)的通过被阻止，控制器(23)被程序控制，以便：

·只要转盘(9)的实际转动速度低于在额定速度规定值的15％至50％之间的一阈值，就使供给装置(25)保持闭合；

·一旦转盘(9)的转动速度达到该阈值，就控制供给装置(25)开启。

3.在生产设备(1)中从塑料制的坯件(3)生产容器(2)的生产方法，所述生产设备限定坯件(3)和容器(2)的移动路径(T)并具有：

·成型装置(8)，成型装置配有由电动机(10)驱动的转盘(9)和一系列安装在转盘(9)上的成型工位(11)，每个成型工位都包括具有容器型腔的模型(12)和在坯件(3)中注入压力流体的注入装置；

·加热坯件(3)的加热装置(14)，加热装置位于成型装置(8)上游的移动路径(T)上并限定加热室(15)，该加热装置(14)配有：

·沿着加热室(15)边缘的一系列相邻的辐射器(16)，每个辐射器都具有多个发射红外线的单色辐射源；

·驱动坯件(3)的驱动***(17)，驱动***与转盘(9)同步并具有多个支承坯件(3)的单独的支架(18)；

·电源(19)，电源向每个辐射器(16)供给电功率；

·控制器(23)，控制器连接于成型装置(8)的电动机(10)和加热装置(14)的电源，该控制器(23)具有存储器(24)，存储器中存储与额定生产速度相应的转盘(9)转动的额定速度规定值ω_N以及额定电功率规定值P_N；

其特征在于，该生产方法从转盘(9)不动的生产设备(1)停机状态起，具有以下工序：

·由控制器(23)根据额定速度规定值ω_N，控制转盘(9)的转动，

·在转盘(9)加速过程中：

·测量转盘(9)的实际瞬时转动速度ω(t)，

·按控制器(23)的指令，使电源(19)的电功率调节到瞬时值P(t)，使得：

其中，T是正实数或者零，相应于转盘(9)的功率瞬时值P(t)和实际瞬时转动速度ω(t)之间可能产生的延迟。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，生产设备(1)具有向加热装置(14)供给坯件(3)的供给装置(25)，供给装置适于采用开启状态和闭合状态，在开启状态，坯件(3)向加热装置(14)自由通过，在闭合状态，坯件(3)向加热装置(14)的通过被阻止，另外设有以下工序：

·只要转盘(9)的实际转动速度低于在额定速度规定值的15％至50％之间的一阈值，使供给装置(25)保持闭合；

·一旦转盘(9)的转动速度达到该阈值，就控制供给装置(25)开启。

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