DE2427611A1

DE2427611A1 - Vorrichtung zum erwaermen von werkstuecken aus kunststoff

Info

Publication number: DE2427611A1
Application number: DE19742427611
Authority: DE
Inventors: Claus Horwege; Heinrich Lemke
Original assignee: Heidenreich and Harbeck GmbH
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1974-06-07
Publication date: 1975-12-18
Also published as: DE2427611C3; DE2427611B2

Description

Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken aus Kunststoff (Zusatz zu P 24 06 955.4 vom 14.2.1974) Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken aus Kunststoff, die zwischen wenigstens einem Infrarotstrahler und einer die Strahlung reflektierenden Fläche hindurchführbar sind, wobei die reflektierende Fläche als gekrümmter Reflektor ausgebildet ist.
Es ist bekannt, Kunststoffe durch Infrarot-Strahlung zu einer Weiterverformung zu erwärmen. Hierfür werden vorzugsweise Infrarot-Strahler benutzt, die bei großer Intensität sehr kurze Reizzeiten von nur wenigen Sekunden zulassen.
Infrarot-Strahlung bietet den Vorteil,nicht nur die Oberfläche des bestrahlten Kunststoffes zu erwfirmen, sondern durch die Oberflache auch direkt die tieferen Schichten zu erreichen.
Die Strahlung wird überwiegend von dem sich der Strahlungsquelle am nächsten befindlichen tiaterial absorbiert. Dies bewirkt bei intensiver Bestrahlung eine hohe Temperaturspitze an der bestrahlten Oberfläche.
engen der bekannt geringen Wärmeleitfähigkeit der Kunststoffe findet der Temperaturausgleich während der kurzen Fleizzeit bei Infrarot-Strahlung innerhalb der Wand nur relativ langsam statt.
Insbesondere wenn ri*7erkstüclce mit großer Wanddicke entsprechend etwas länger erwärmt werden müssen, um die notwendige Energiemenge einzubringen, führt dies häufig zu unerwünschten Veränderungen in der Oberflächenschicht z.B. Materialveranderungen durch Überhitzung oder Auftreten von Kristallinität bei beispielsweise Polyäthylenterephthalat (PET).
Da der Absorbtionsgrad von der Wellenlänge der Infrarot-Strahlung abhängig ist, kann bei Verwendung von sogenannten Hellstrahlern gegenüber Dunkelstrahlern das Temperaturgefälle innerhalb der Wandung des Halbzeuges erheblich vermindert werden. Dadurch vermindert sich die Gefahr unerwünschter Veränderungen in der Oberflächenschicht des Elalbzeuges, weiterhin verkürzt sich die Zeit, in der sich das Temperaturgefalle in der Wandung des Halbzeuges lauf einen Mittelwert einstellen soll.
Ordnet man die zu erwärmenden Werkstücke zwischen einem Strahler und einem ebenen Reflektor an, so wird ein großer Anteil der Strahlung vom Reflektor an den Strahler zurückgegeben. Dadurch nehmen Strahler und Reflektor eine hohe Eigentemperatur an und werden thermisch stark belastet.
Die Mauptpatentanmeldung zielt auf eine Verbesserung der Art ab, daß die reflektierende Fläche gegenüber dem Strahler als gekrümmter Reflektor ausgebildet ist, der einen großen Teil der sonst das Werkstück nsichttsffenden Infrarot-Strahlung sammelt und auf das Werkstück reflektiert, so daß sich kürzere Heizzeiten und eine Entlastung der Strahlungsquelle ergibt.
Die in der Strahlungsquelle angeordneten Strahler haben jedoch ein Strahlungsfeld von 3600, die Strahlung wird also gleichmäßig um den Umfang des Strahlers abgegeben. Dabei wird der vom Strahler auf der dem Werkstück abgekehrten Seite abgegebene Strahkingsanteil mittels eines im Querschnitt konkaven Reflektors in Richtung des Werkstückes reflektiert. Die dem Strahler zugekehrte Vorderseite des Werkstückes erhält also die vom Strahler unmittel bar abgegebene Strahlung und den vom Reflektor des Strahlersreflektierten Strahlungsanteil, während die dem Strahler abgekehrte Rückseite des Werkstückes von der an den gekrümmten Flächen reflektierten Strahlung erwärmt wird. Zur umfangsgleichen Erwärmung des Werkstückes wird dieses um seine Achse in Drehung versetzt und durch das Strahlungsfeld der Heizvorrichtung hindurchgeführt.
Infolge der IJechselwirkung zwischen dem Strahler und dem Reflektor, der den vom Strahler auf der dem Werkstück abgekehrten Seite austretenden Strahlungsanteil reflektiertlist jedoch ebenfalls eine gegenseitige thermische Wechselwirkung zu beobachten, die zu einer unerwünschten Temperaturerhöhung von Strahler und Reflektor führt und Verluste durch Absorption zur Folge hat und den thermischen Wirkungsgrad der Strahler verringert.
Die der Zusatzerfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Vorrichtung nach der Hauptpatentanmeldung so zu verbessern, daß der thermische Wirkungsgrad der Strahler vergrößert, die Lebensdauer der Strahler erhöht und die erforderliche Anzahl der Strahler verringert wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Infrarot-Strahler zwischen zwei Werkstüc]#bahnen angeordnet ist und die die Strahlung des Infrarot-Strahlers auf die Werkstücke reflektierenden Flächen symmetrisch zu der die Achse des Infrarot-Strahlers enthaltenden Mittelebene zwischen den beiden Werkstückbahnen angeordnet sind.
Erfindungsgemäß wird somit die Heizvorrichtung als doppelseitig der symmetrisch wirkende Strahlungsquelle ausgebildet. Es wird/erhebliche Vorteil vermittelt, daß der direkte Strahlungsanteil auf die zu erwärmenden Werkstücke verdoppelt wird, da nunmehr achssymmetrisch zum Strahler beide Strahlungsbereiche unmittelbar als Primärstrahlung nutzbar sind. Ferner sind dadurch die bei den bisher üblichen Anordnungen von Strahler und Reflektoren auftretenden Absorptionsverluste vermieden, die einen unerwünschten Einfluß auf die Oberflächen temperatur des zu erwärmenden Werkstückes haben.
Ferner ist die Erwärmung des Werktückes durch Konvektion geringer, da ein wesentlich größerer Strahlungsanteil nummehr direkt den Werkstücken zugeführt wird. Ein hoher Konvektionsanteil hat aber ebenfalls einen unerwünschten Einfluß auf die Oberflächentemperatur des Werkstückes. Im Gegensatz dazu ist bei den bisher üblichen Strahleranordnungen mit Reflektor der Konvektionsanteil sehr hoch, da ein relativ großer Anteil der direkt auf der dem Werkstück abgekehrten Seite des Strahlers abgegebenen Strahlung bei großer Strahlungsdichte an einer verhältnismäßig kleinen Reflektorfläche reflektiert werden muß. Dies ist erfindungsgemäß ebenfalls vermieden, da nun der sonst reflektierte Strahlungsanteil ebenfalls als direkte Strahlung unmittelbar zur Erwärmung des Werkstückes nutzbar ist. Die Zusatzerfindung zielt dementsprechend auf eine Verbesserung der Strahlungsanordnung ab.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird die Produktionsleistung der Heizeinrichtung erhöht. Ferner wird der thermische Wirkungsgrad verbessert und wird durch die bessere Ausnutzung der vom Strahler abgegebenen Primärstrahlung die thermische Belastung der Strahler verringert und deren Lebensdauer erhöht. Ferner wird die thermische Belastung der verwendeten Reflektoren verringert.
Nach. einem weiteren Merkmal sind auf den dem Infrarot-Strahler und den reflektierenden Flächen abgekehrten Seite der Werkstücke jeweils Reflektoren vorgesehen. Daniit wird auch die nicht unmittelbar die Werkstücke treffende Strahlung nutzbar gemacht.
Diese Reflektoren können eben ausgebildet sein. Vorzugsweise weisen die Reflektoren jedoch eine der Form der #erkstücke angepaßte Krümmung auf, so daß ein großer Teil der das Werkstück nicht treffenden Infrarot-Strahlung gesar,melt und auf das Werkstück reflektiert wird, wodurch sich kürzere Heizzeiten und eine Entlastung der Strahlungsquelle ergibt.
Sind die Reflektoren eben ausgebildet, so können die werkstücke zwischen den feststehenden Infrarot-Strahler und den feststehenden Reflektoren hindurchgeführt werden, wobei sie eine Drehung um ihre Längsachse ausführen, um eine gleichmäßige Erwärmung ihrer Oberflache zu erzielen.
Sind dagegen die Reflektoren fr die Werkstücke gekrümmt ausgebildet, so sind die Werkstücke und die Reflektoren vorteilhafter Weise gemeinsam an dem feststehenden Infrarot-Strahler vorbei bewegbar. Auch in diesem Fall können die l-ilerkstücke eine Drehung um ihre Achse ausführen.
Nach einen weiteren Merkmal erstreckt sich die Längsachse des Infrarot-Strahlers parallel zur Bewegungsrichtung der Werkstücke.
Dabei können mehrere Infrarot-Strahler im Abstand voneinander in der: Mittelebene zwischen den beiden Werkstückbahnen angeordnet sein. In bekannter t'-7eise kann die Energieaufnahme der einzelnen Infrarot-Strahler so geregelt werden, daß längs des Verkstückes eine bestimmte Temperaturab@tufung erzielbar ist, die für die tF^-i'eiterverarbeitung der lerkstücke eine wesentliche Bedeutung hat.
Ferner sind die gekrürmlten Flächen zwischen den Infrarot-Strahlern zu diesen parallel angeordnet und sind jeweils die zu zwei benachbarten Infrarot-Strahlern gehörenden reflektierenden Flächen zu einem im Querschnitt etwa rautenförmigen Körper vereinigt. Dadurch ergibt sich eine einfache und platzsparencJ.e Anordnung der reflektierenden Flächen zwischen den einzelnen Infrarot-Strahlern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Heizvorrichtung mit mehreren Infrarot-Strahlern und zwei Werkstückbahnen, Fig. 2 einen Schnitt in Pfeilrichtung 2-2 durch die iieizvorrichtung der Fig. 1.
In der Zeichnung sind mehrere Infrarot-Strahler 10, 11, 12 im Abstand voneinander senkrecht übereinander angeordnet und die von ihnen abgegebene Strahlung wird zum größten Teil unmittelbar den Werkstücken 15 und 16 zugeführt, die auf beiden Seiten der Strahler im gleichen Abstand von den Strahlern angeordnet sind. Die Werkstücke 15 und 16 werden von einer nicht dargestellten Fördereinrichtung gehalten und längs der mit Pfeilen in Fig. 1 angedeuteten Werkstückbahnen parallel an den Strahlern vorbei bewegt.
Zwischen den Strahlern 10, 11, 12 sind Reflektoren 17 bis 22 angeordnet, deren gekrümmte Flächen jeweils parabolisch gekrümmt sind und so achsensymmetrisch angeordnet sind, daß die Längsachsen 24 in der Strahler/der Brennlinie der parabolischen Krümmungen liegen.
In dem Ausführungsbeispiel sind die gekrümmten Flächen 23 jeweils an einer ebenen Wandung 25 befestigt, so daß sich einzelne Blechkörper ergeben, von denen jeweils zwei Körper zwischen benachbarten Strahlern zu einer Einheit zusammengefügt sind.
Auf der der Strahler- und Reflektoranordnung abgekehrten Seite der Werkstücke sind ebenfalls Reflektoren 30 bzw. 31 angeordnet.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Reflektor 30 aus einer ebenen Platte bestehen kann, die sich längs der Werkstückbahnen erstreckt.
Entgegen der Darstellung in der Zeichnung sind längs beider Werkstückbahnen ebene Reflektoren vorgesehen, um die Erwärmungsverhältnisse für die Werkstücke 15 und 16 gleich zu halten. In diesem Fall sind die Reflektoren 30 feststehend und die Werkstücke 15 und 16 bewegen sich in Pfeilrichtung durch die Heizvorrichtung.
Vorzugsweise sind jedoch die Reflektoren 31 gekrümmt ausgebildet so daß der die Werkstücke nicht unmittelbar treffende Strahlungsanteil gesammelt und auf die den Strahlern abgekehrte Rückseite der Werkstücke reflektiert wird. In diesem Fall werden die Werkstücke 15 und 16 zusammen mit den Reflektoren 31 in Pfeilrichtung an den Strahlern vorbei bewegt. Selbstverständlich werden dann sinngemäß ebenfalls beide Werkstückbahnen mit gleichen gekrümmten Reflektoren 31 versehen.
Zur Vergleichmäßigung der Erwärmung der Werkstücke werden diese um ihre Längsachse in Drehung versetzt, während sie durch die Heizvorrichtung geführt werden.

Claims

Patentansprüche

@ Vorrichtung zum Erwärmen von Werkstücken aus Kunststoff, die zwischen wenigstens einem Infrarot-Strahler und einer die Strahlung reflektierenden Fläche hindurchführbar sind, wobei die reflektierende Fläche als gekrümmter Reflektor ausgebildet ist, nach P 24 06 955.4, dadurch gekennzeichnet, daß der Infrarot-Strahler (10,11,12) zwischen zwei Werkstückbahnen angeordnet ist und die die Strahlung des Infrarot-Strahlers auf die Werkstücke (15,16) reflektierenden Flächen (23) symmetrisch zu der die Achse des Infrarot-Strahlers enthaltenden rittlebene zwischen den Werkstückbahnen angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den dem Infrarot-Strahler und den reflektierenden Flächen abgekehrten Seiten der Werkstücke jeweils Reflektoren (30,31) vorgesehen sind.

3.'Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (30) eben ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren (31) einen der Form der Werkstücke angepaßte Krümmung aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke zwischen dem feststehenden Infrarot-Strahler und den feststehenden Refledçtoren (30) hindurchführbar sind und eine Drehungum ihre Längsachse ausführen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke und die Reflektoren (31) an den feststehenden Infrarot-Strahler vorbei bewegbar sind und die Werkstücke eine Drehung um ihre Längsachse ausführen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,#daß sich die Längsachse (24) des Infrarot-Strahlers (10,11,12) parallel zur Bewegungsrichtung der Werkstücke erstreckt und mehrere Infrarot-Strahler im Abstand voneinander in der Mittelebene zwischen den beiden Werkstückbahnen angeordnet sind.

81 Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Flächen (23) zwischen den Infrarot-Strahlern zu diesen parallel angeordnet sind und jeweils die zu zwei benachbarten Infrarot-Strahlern gehörenden reflektierenden Flächen zu einem im Querschnitt etwa rautenförmigen Körper (18,19; (20,21) vereinigt stç4