[发明专利]一种加热预成型件的方法,一种驱动装置,一种预成型件加热系统以及一种计算机程序

说明书

技术领域

本发明描述了一种加热预成型件的方法。本发明还描述了一种驱动装置、一种预成型件加热系统以及一种用于加热预成型件的计算机程序。

背景技术

现今，大多数饮料容器是诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)之类的材料的轻量塑料瓶，该塑料瓶以两步骤工艺制造。在第一步骤中，用原材料创建所谓的中空的“预成型件”，例如通过缓慢、高温挤出工艺来创建。在第二步骤中，这些中空预成型件的“壁”再次被加热(此次加热至它们的再结晶点以下的温度，即在大约130℃以下)，然后经由吹塑而形成为期望的瓶形状。

在最先进的现有技术的预成型件加热炉中，这种加热是使用卤素灯来实施的，对于所述卤素灯而言，宽发射光谱中的显著部分位于红外区域中。在加热工艺期间，热能“沉积”在预成型材料中。尽管红外加热技术在技术上得到良好发展，但是其具有能效受限的缺点。能效低的一个原因是卤素灯发射的辐射不能被有效地引导或聚焦。然而，主要的原因是卤素灯的发射光谱与预成型材料的吸收光谱的较差匹配，这导致在预成型件的不适当区域中的能量吸收，例如在它的外表面中的能量吸收。这导致在预成型件壁的一些区域中更高的温度，而其它区域被不充分加热。例如预成型件的外表面可以变得非常热，而内表面被不充分加热。此外，由于材料的热导率的缘故，在预成型件的壁内沉积的能量的分布并不一定导致相同的温度分布。这样的温度梯度或者热点使得难以确保后续的吹塑阶段的均匀质量，并且甚至可以导致对预成型件外表面的损坏。因此，一些现有技术的工艺甚至在加热工艺期间采取(resort)对预成型件的附加冷却(例如借助于强制通风冷却)；从能量消耗的观点来看显然是昂贵且低效的措施，且因此并不理想。可替代地，在现有技术的炉中，不想要的温度梯度可以借助“平衡阶段”(即，在预成型材料内部的热传导应导致在预成型件壁中的温度的均衡的时间延迟)来处理。这些平衡阶段典型地耗费数秒(多达10秒)。然而，将这些阶段包括在加热工艺中意味着总工艺时间延长，从而提高预成型件加热工艺的总成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种避免上述问题的更经济有效的预成型件加热工艺。

本发明的该目的借助于根据权利要求1的加热预成型件的方法和根据权利要求10的驱动装置来实现。

根据本发明，加热用半径、材料厚度和预成型件材料吸收光谱表征的预成型件的方法包括步骤：基于期望的温度廓线、预成型件半径以及材料厚度选择预成型件的期望有效吸收系数；以及产生具有基于吸收光谱的吸收系数(即，基于吸收光谱的至少一个吸收系数)编译的波长谱的激光辐射束，以满足有效吸收系数。该方法还包括步骤：将激光辐射束引导至预成型件处以加热预成型件。这里，预成型件被理解为任何“预成型的”物体或工件，优选地为圆柱形且中空的，其将被加热以便被软化以用于后续的吹塑步骤。这样的预成型件的例子可以是基本上圆柱形中空的PET元件，饮料容器将由该元件制成。此外，“有效吸收系数”可以被看作在光的特定波长下预成型件材料的吸收光谱的吸收系数的函数。

激光辐射的术语“波长谱”被理解成意为具有它们的相对强度的激光辐射束的辐射波长的“集合”，不论这些是离散波长还是覆盖连续范围的波长范围。由于光子的波长同样可以借助其能量或频率来描述，因此激光辐射的术语“能量谱”或“频谱”可以被认为等同于术语“波长谱”。因此，如下面将阐述的，波长谱可以例如通过选择具有适当波长或波长范围的激光辐射源并混合或叠加来自这些激光辐射源的处于合适强度水平的辐射来“编译”。

有效吸收系数被理解成等同于针对入射辐射光谱的实际吸收(例如在预成型件中)，该实际吸收是针对所有的相关辐射波长而计算的。针对给定辐射光谱的有效吸收系数α_eff可以用下面的公式表达：