CN111432998A - 用于对预制件进行温度处理的调温设备和用于运行这种调温设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行调温设备(116)的方法,其用于对调温设备(116)中的由热塑性材料制成的预制件(14)进行温度处理,相应的预制件(14)通过在调温设备(116)中的热处理对随后的成型过程做准备,在成型过程中借助在压力下供应到预制件(14)中的成型流体将预制件(14)成型为容器(12),并且在成型过程中预制件(14)被拉伸装置(11)沿其轴向方向拉伸,调温设备(116)被加热调节器(400,B)根据测量技术上求取的引导值在其加热功率方面调节,其特征在于,测量技术上检测一引导值,从该引导值中能够导出施加到预制件(14)上的拉伸力。本发明还涉及对由热塑性材料制成的预制件(14)温度处理的调温设备(116),该调温设备根据引导值被调节,引导值从由拉伸装置(11)施加的拉伸力导出。最后本发明涉及具有如上限定的调温设备的容器制造机。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于运行对由热塑性材料制成的预制件进行温度处理的调温设备的方法。本发明还涉及一种根据权利要求8的前序部分所述的用于对预制件进行温度处理的调温设备。最后,本发明涉及一种根据权利要求13的前序部分所述的用于由预制件制造容器的机器。
背景技术
已知通过吹塑由热塑性材料制成的预制件(例如由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的预制件)来制造容器,其中,将预制件在吹塑机内供应至不同加工站(DE 43 40 291A1)。通常,吹塑机具有用于调温或者进行温度处理的调温设备以及具有至少一个吹塑站的吹塑装置,在该吹塑装置的区域中,之前经过温度处理的预制件分别被膨胀成容器。借助作为压力介质的、以成型压力引入到要膨胀的预制件中的压缩气体(压缩空气)进行膨胀。在DE 43 40 291 A1中阐述了在预制件的这种膨胀时的方法技术上的流程。在DE 42 12 583A1中说明了吹塑站的基本结构。在DE 23 52 926 A1中阐述了对预制件进行调温的可能性。在此,调温或热处理应理解为将预制件加热到适用于吹塑成型的温度,并且必要时给预制件施加一温度特性。同样已知在附加地使用拉伸杆的情况下由预制件吹塑成型容器。
根据典型的进一步加工方法,将通过吹塑成型制造的容器供应给随后的填充装置,并且在这里用所规定的产品或填充物填充。因此,使用单独的吹塑机和单独的填充机。在此,也已知将单独的吹塑机和单独的填充机合并为一个机组,即合并为模块化的吹塑填充装置,其中,吹塑和填充在分开的机器组件上并且时间上相继进行。
此外已经提出,由经热处理或者调温的预制件制造容器、尤其也呈瓶形式的容器,在此,同时用液态填充物填充,所述液态填充物作为用于使预制件膨胀或用于成型容器的液压压力介质以成型和填充压力被供应,使得同时借助填充将相应的预制件成型为容器。同时进行相应的容器的成型和填充的这类方法也能够被称为液压成型方法或液压容器成型。在这里也已知,通过使用拉伸杆来支持这种成型。在这里,预制件在成型和填充过程之前也先进行温度处理。
在容器通过填充物本身由预制件成型时,即在使用填充物作为液压的压力介质的情况下,仅还需要一个机器用于容器的成型和填充,然而,该机器为此具有增加的复杂性。US 7 914 726 B2示出了这样的机器的实施例。DE 2010 007 541 A1示出了另一实施例。
关于预制件的温度处理,要求基本上一致地无关于在随后的步骤中是借助引入在压力下的气体还是借助在压力下的液体来成型设有合适温度特性的预制件。因此,用于热处理预制件的相应地要设置的调温设备和用于运行这样的调温设备的相应地要应用的方法对于两种已知的成型方法都是相同的。下面所说明的发明涉及两个描述的成型方法并且在此同样涉及所使用的机器和调温设备。
在现有技术中已知的调温设备例如由多个所谓的加热箱组成。这些加热箱通常沿着加热路段固定地布置,使预制件借助合适的运输装置运动穿过这些加热箱并且在此被加热。常用的运输装置包括例如由回转的输送链组成。在此,链节例如由运输销构成,所述运输销中的每一个通过夹紧配合到预制件的嘴部区段中而保持预制件并且在其回转运动中引导该预制件沿着加热路段并且穿过加热箱。
调温设备通常模块化地构造,即沿着加热路段布置有多个这种加热箱作为加热模块。所述加热模块能够是相同的加热箱或是不同类型的加热箱。
在加热箱内例如布置有加热元件。在现有技术中,优选地使用近红外辐射器(NIR)作为加热元件,例如能够在预制件的纵向方向上相叠地布置多个近红外辐射器作为加热元件。EP 2 749 397 A1或WO 2011/063784 A2示出了对于这样的调温设备的实施例和之前称为加热箱的加热模块的典型结构的实施例。
在现有技术中,已知这些调温设备连接到控制装置上。在此,该控制装置通常设计为使得预制件在调温设备内被加热,从而预制件以所希望的温度特性离开调温设备。这应理解为:不但在预制件中实现确定的温度,而且在预制件的纵向方向上和必要时在预制件的周向方向上实现确定的温度走势。也能够设置在径向方向上的温度特性,即在预制件的壁厚内。
在现有技术中也已知:例如附加于之前所述的加热元件,也能够设置用于冷却预制件表面的装置,例如用于对预制件表面有针对性地加载冷却空气流的装置。这些附加的用于冷却的装置也能够能够结合到调温设备的所谓的控制装置中。术语“控制装置”和“控制方法”包括下述装置和方法,借助所述装置和方法实施英文术语“开环控制”意义上的控制,并且借助所述装置和方法实施英语术语“闭环控制”意义上的调节以及它们的混合形式。根据本发明涉及在英文术语“闭环控制”意义上的对调温设备的调节,使得在权利要求书中是指调节和加热调节器。
为了控制技术上能够调节和/或控制调温设备,使得在调温设备的输出端经温度处理地存在所希望的方式中的预制件,即具有所希望的温度和所希望的温度特性,在现有技术中已知:在调温设备的输出侧例如布置有测量传感器,例如高温计,该高温计检测经过测量传感器的预制件的表面温度。在这样的实施方式中,对调节的引导值是预制件的表面温度。例如能够将该测量值与额定值进行比较,并且因此调温设备的调节能够设定为调节至预制件表面温度的额定值。
在已知的调温设备中部分地设置:关于在预制件的纵向方向上相叠地布置的加热元件进行区分。例如对于相叠地布置的加热元件分别限定各自的加热功率,所述加热功率被控制装置调节和/或控制。例如能够在控制装置中例如通过操作人员进行如下预设定:布置在不同高度水平上的加热元件是否应不同地加热和以什么方式加热。控制装置为此例如能够提供高度特定的参数。此外已知:设定用于所有加热元件的上级功率参数。一个辐射器层级(即所有布置在相同高度水平上的加热元件)的实际的由控制装置预给定的加热功率则通过两个参数的乘积得到。通过个性化地设定每加热元件层级的加热功率能够设定确定的加热特性。因此,例如能够在每个层级中设定加热功率,使得更强烈地加热预制件的确定区域。同时,能够通过对于所有加热元件共同的上级的功率参数来总体上设定加热功率。在此,在现有技术中通过根据高温计测量值校准所述上级的功率参数来进行调温设备的调节。高温计测量值构成所述调节的引导参量,例如预制件的表面温度。在现有技术中,高度特定的参数在大多数情况下不被调节,而是由在预制件的轴向上的所希望的温度特性得出。通常在机器设立或者调试时进行设定并且在需要时由操作人员更改,例如在生产变更为其它预制件时。
在现有技术中还已知:测量技术上检测吹制成的容器的壁厚并且将这些测量值用作加热调节的引导参量。WO 2010/054610 A1和WO 2007/110018 A1是这些现有技术的实施例,其中也说明了根据所属的传感器高度选择性地调节加热功率。
在现有技术中例如通过温度传感器在测量技术上检测在调温设备中占主导的温度,所述温度传感器例如能够布置在调温设备的反射器中。这样的温度测量例如能够用于确定调温设备是否已经达到确定的额定温度,预制件从该额定温度起开始进入到调温设备中。也能够设置多个这样的温度传感器。
上面所说明的、用于调节调温设备的方法由于各种原因被视为还需要改进的。高温计测量例如在预制件外表面上进行,然而预制件外表面的温度会与预制件内表面的温度明显有偏差。这例如由以下原因引起:加热辐射通过预制件中的吸收起作用并且在预制件外面上的吸收最大,因为加热辐射首先照射在那里并且在穿透预制件时指数下降地损失强度。即发生热平衡过程。然而,通常用于预制件的热塑性材料大多具有差的导热性,使得温度差仅缓慢地平衡。变化的环境条件也能够影响外部温度,例如机器的加速运转(Hochfahren)或生产运行中的中断。在离开调温设备时,预制件的外部温度就此而言不能总是足够准确地反映出预制件中的能量含量和能量分布,然而,所述能量分布确定了在完成成型的容器中的材料分布进而确定了容器特性。具有预制件温度引导参量的调节器视为相对于干扰参量不够稳健。对壁厚的测量技术上的检测与一些测量消耗相关并且已经由于该原因是需要改进的。与完全结束成型过程之后相比更早地检测引导值是值得期待的。
发明内容
在这一点上,本发明应引起改善并且改善预制件的温度处理的质量,并且因此也改善由此制造的容器的质量。相对于干扰参量的调节的稳健性也应被改善。
该任务通过根据权利要求1或权利要求7的方法,根据权利要求8的调温设备以及根据权利要求13的机器来解决。在从属权利要求中给出其它有利的特征。
根据本发明,在核心中设置:根据拉伸力引导参量实现对预制件温度处理的调节。温度处理在调温设备中发生,从而根据本发明按照引导值进行该设备的调节,该引导值与拉伸力物理参量直接相关,使得能够从中导出该物理参量。一方面能够通过布置相应的力测量装置直接检测拉伸力。另一方面能够测量一值,例如在知晓其他参量或通过使用数学方法的情况下能够从所述值计算拉伸力。该值优选与拉伸力具有成比例关系。为了调节的目的,实际上不必强制地从检测的值导出拉伸力。检测的值也能够直接参考用于调节调温设备,尤其在存在比例的情况下,尤其在存在线性比例的情况下。
在机械驱动的拉伸装置(例如拉伸杆)的情况下能够直接测量拉伸力,例如通过应变片(Dehnungsmessstreifen)在测量技术上检测。在液压或气动驱动的拉伸杆的情况下,例如在测量技术上检测驱动介质的压力导致一参量,由该参量能够导出拉伸力。然而,借助设有应变片的拉伸杆和相关测量技术的测量恰好非常费事。因此,拉伸装置(尤其拉伸杆)优选具有电拉伸系统,该电拉伸系统提供电流测量的可能性。因此能够在没有附加测量设备的情况下从电流测量推断出拉伸力。
根据本发明的按照拉伸力的调温设备的调节不应与在EP 2 117 806 B1的[0057]段中所说明的调节相混淆。在那里使用拉伸力来调节吹塑过程的参数,然而,该吹塑过程在温度处理之后才实施。在那里明确涉及吹塑压力的调节,该吹塑压力也与拉伸力直接相关,因为在提高吹塑压力时,必须施加较小的拉伸力,反之亦然。在EP 2 117 806 B1中不涉及对温度处理的调节。上述两个过程一起(即温度处理及其调节以及成型过程及其调节)仅共同得到从预制件产生容器的制造方法。在控制技术上应分开考虑两个过程。
在现有技术中已知几种类型的拉伸装置。在实践中,拉伸杆已被广泛使用。因此,有利地提出:将拉伸装置设计为由电拉伸杆驱动器驱动的拉伸杆,尤其由伺服马达或线性马达驱动,其中,在测量技术上检测电拉伸杆驱动器的电流消耗。在此,存在测量技术上简单的条件并且伺服或线性马达的在测量技术上能够容易检测的电流也能推导出施加的拉伸力。
在简单的控制技术上实施的意义上优选的是,仅参考拉伸力走势或引导值走势的特定的特征值用于调节,例如曲线走势中的局部最大值。也优选的是,例如在拉伸力曲线或者引导值曲线的特定区域上进行积分,以使由此产生的拉伸能量或引导值能量成为调节的基础。也能够采用这些优选值中的几个。这也适用于不将检测到的值换算为拉伸力,而是直接考虑用于调节的情况。在这种情况下,也优选使用上面提到的特征值和/或在特定的测量值范围上的积分。
通过以下方式能够进一步改进温度处理的调节:在测量技术上检测预制件的外部温度并且将其作为第二引导值输送给加热调节器。一方面,调温设备具有用于加热预制件的加热装置和用于对预制件加载冷却介质的冷却装置。在此,冷却装置(例如风扇)和加热器(例如辐射加热器)由加热调节器分别根据不同的引导值进行调节,尤其根据外部温度引导值调节冷却装置和根据拉伸力引导值或者与此相关的参量调节加热装置。然而,在本发明的范围内也能够实现这种控制技术配属的逆转。通过同时加热和冷却能够良好地设定动态平衡和稳定的温度处理。尤其也能够以这种方式设定在预制件中(即在预制件壁内)沿径向方向的温度特性。
因为拉伸力与制成的容器中的材料分布直接相关并且因此与容器特性直接相关,优选的是,加热调节器将拉伸力引导值或者将能够从中导出拉伸力的引导值相对于外部温度引导值优先考虑。
拉伸杆的驱动器不但必须施加拉伸力,而且必须补偿由于拉伸杆运动而出现的、例如在密封装置上的摩擦损失,拉伸杆穿过该密封装置引导。因此,对于改进调节有利的是,在测量技术上检测并且在调节时考虑所述摩擦力,例如其方式是:将检测的电流值消除摩擦份额。摩擦损失例如能够通过执行和在测量技术上检测拉伸杆的空行程被检测。在空行程中无预制件地执行拉伸杆运动。摩擦损失也能够通过关注拉伸力曲线或者引导值曲线的以下区域来考虑,在该区域中,结束拉伸系统克服其惯性的加速度,但尚未开始预制件的拉伸。执行空行程被视为优选的,因为由此能够在拉伸杆的整个拉伸行程上获得关于摩擦损失的信息,而在其它所描述的情况下,所述摩擦损失在拉伸系统的加速和预制件的拉伸区域中与有效使用的力重叠,并且摩擦损失与加速度或拉伸力之间不能分离。
能够有利的是,将在测量技术上检测的值作为所述调节所基于的引导值之前,在测量技术上检测的值经过例如用于平滑的滤波。
之前的阐述同样也适用于根据本发明的设备。
例如由PET的拉伸强度特性得出拉伸力或能够从中导出拉伸力的引导值,所述拉伸力或引导值原则上适合于作为调节调温设备的引导值,其中,PET是代表性的而不限制(到目前为止也已经用于从预制件成型地制造容器的)热塑性材料类别的一般性。PET仅是特别合适的热塑性预制件材料的实施例。从拉伸强度特性即能够得出:在成型过程期间出现的力在成型的容器的后来特性中起重要作用。一方面,导入到预制件中的成型流体的压力作为施加到预型件上的力起作用,另一方面,例如拉伸杆的力作为施加到预型件上的力起作用,该拉伸杆引导所产生的容器泡和施加拉伸力。基于研究确定:例如由拉伸杆施加的拉伸力非常敏感地与制成的容器的特性关联,参见图8。
例如当存在由电动驱动器驱动的拉伸杆时,能够在测量技术上简单地检测拉伸力引导值或者能够从中导出拉伸力的引导值。对于这样的具有电动拉伸杆驱动器的拉伸杆的实施例例如在已经提及的EP 2 117 806 B1中找到。在那里公开的伺服马达中能够例如借助马达电流、主轴导程以及马达的转矩常数由以下公式求取沿预制件纵轴线方向的力:
马达电流本身是已适合作为引导值的参量,因为能够从该马达电流(即通过计算)导出拉伸力。拉伸力甚至与电流良好近似地成线性比例。
附图说明
参照附图由下面所说明的实施例得到本发明的另外的优点、特征和细节。其示出了:
图1用于从预制件成型容器的成型机或机器的强烈示意性示图,
图2调温设备的加热箱的示意性示图,
图3经温度处理的具有温度特性化的预制件的原理示图,
图4成型机的可行的控制结构的示意性示图,
图5已知的用于调节调温设备的调节流程图,
图6根据本发明的用于调节调温设备的调节流程图,
图7根据拉伸行程的拉伸力曲线的示意性示图,
图8一方面调温设备的加热功率与检测的预制件的外部温度之间的相关性,和另一方面调温设备的加热功率与检测的拉伸力之间的相关性的示意性示图;
图9在拉伸杆的空行程时经过滤的拉伸力曲线的实施例,
图10在包括干扰参量补偿地调节调温设备时的调节关系的方框图,
图11 PT-n环节的方框图,
图12调温设备的示意性示图,用于说明控制技术上的参量,
图13相应于图10的没有干扰参量补偿的调温设备的简化调节路径的方框图,
图14作为成型站实施例的吹塑站的立体侧视图,在所述成型站中,由电驱动器来定位拉伸杆。
具体实施方式
在图1中示出原则上由现有技术已知的成型机10的结构。该示图示出这样的旋转机器类型的成型机10的优选构造方式,该旋转机器具有承载多个成型站16的旋转的工作轮110。然而,为了附图上的简化,仅示出一个这种成型站16。示意性示出的预制件14(也称为预成型坯)在使用传送轮114的情况下从供应装置112连续地供应给调温设备116。在调温设备116(该调温设备也被称为炉)的区域中,预制件14能够根据使用情况例如以其嘴部区段22在竖直方向上向上或在竖直方向上向下被运输,在所述调温设备中,预制件14沿着加热路径运输并且在此热处理。调温设备116例如配备有加热装置118,该加热装置沿着运输装置120布置,用于形成加热路段。例如能够使用具有用于保持预制件14的运输销的回转链作为运输装置120。例如具有IR辐射器或发光二极管或NIR辐射器的加热箱适合作为加热装置118。因为这样的调温设备在现有技术中以各种类型已知,并且因为加热装置的结构上的细节对于本发明不是重要的,所以可以省去超出对图2和图12说明的更详细的说明并且参考现有技术、尤其参考吹塑机和拉伸吹塑机的调温设备以及成型和填充机的调温设备的现有技术,所有这些机器全部包含在术语“成型机”中。
在充分的温度处理之后,将预制件14从传送轮122传送给可旋转地布置的(即围绕竖直的机器轴线MA能回转地驱动的)工作轮110或者传送给成型站16,该成型站周向分布地布置在工作轮110上。工作轮110配备有多个这种成型站16,在这些成型站的区域中,不但将预制件14成型为示意性示出的容器12,而且用规定的填充物填充容器12。在此,每个容器12的成型与填充同时进行,其中,填充物在成型时用作压力介质。相反地,在吹塑机的情况下,在该工作轮110上不进行填充,而是在后来的时间点在具有填充站的填充轮上进行填充。
在成型和填充之后,完成成型和填充的容器12被提取轮124从工作轮110提取、继续运输并且供应给输出路段126。工作轮110在生产运行中以所希望的回转速度连续回转。在一个回转期间,将预制件14置入到成型站16中、将预制件14膨胀成容器12包括用填充物填充并且(在设有拉伸杆的情况下)可能包括拉伸,并且将容器12从成型站16提取。为了实施本发明设置有拉伸装置,例如拉伸杆。
此外,根据图1中的实施方式设置:通过输入装置128给工作轮110供应示意性示出的封闭盖130。由此能够实现:在工作轮110上也已经执行容器12的封闭并且在使用提取轮124的情况下操作完成成型、填充和封闭的容器12。
能够使用不同的热塑性材料作为预制件14的材料。示例性地提及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚丙烯(PP)。预制件14的设计尺寸以及重量匹配要制造的容器12的尺寸、重量和/或构型。
通常在调温设备116的区域中布置有多个电动构件和电子构件。此外,加热装置118设有湿气敏感的反射器。因为在工作轮110的区域中在使用液态填充物的情况下进行容器12的填充和成型,所以优选地为了避免电的问题应考虑避免湿气无意地进入到调温设备116的区域中。这例如能够通过提供至少一个防溅装置的隔离装置132实现。此外也能够实现,对在传送轮122的区域中使用的、用于预制件14的运输元件合适地调温或加载以压缩气体冲击,使得附着的湿气不能进入到调温设备116的区域中。
优选地,在使用钳子和/或(将嘴部区段22至少区域地从内部或从外部以保持力加载的)夹紧销或插入销的情况下操作预制件14和/或容器12。这样的操作器件也由现有技术充分已知。
成型机10为了其控制的目的或者为了其调节的目的而配备有测量传感器。因此,例如通常在调温设备116中布置有温度传感器160,以便能够测量调温设备116的温度。此外,在现有技术中已知:温度传感器162布置在顺时针回转的运输装置120的出口侧,该温度传感器例如构造为高温计并且例如在经过其的温度处理的预制件14上检测表面温度。最后,在现有技术中也已知:借助测量传感器对制成的容器12进行测量。因此,例如能够在输出路段126上布置有壁厚测量传感器164,以便检测从旁边经过的容器的壁厚。在此,前述传感器也能够由多个在高度上偏移地布置的传感器构成,用于例如沿着预制件纵轴线进行温度测量或用于例如沿着容器纵轴线实施壁厚测量。在调温设备116中也能够布置有多个温度传感器160。
在图1中示例性地示出的加热装置118例如能够如在图2中更详细地以示意性剖视图所示的那样。这种加热装置也被称为加热箱。通常,多个这种加热箱118沿着加热路段彼此并排地布置,用于形成加热通道,预制件14被引导穿过该加热通道。
在图2中以示意性剖视图示出的加热箱118具有多个近红外辐射器209,在所示的实施例中,九个近红外辐射器209在竖直方向上相叠地布置,并且这些近红外辐射器209的每一个都限定一加热平面。这些NIR辐射器209能够在需要时全部在相同功率上运行或也能够在不同功率上单独地或多个成组地运行。根据预制件14的轴向延伸,在垂直方向上位于下方的辐射器平面也能够被切断。为了在预制件14中得到温度特性,通常需要使不同辐射器平面上的近红外辐射器209以不同加热功率的运行。
与近红外辐射器209对置地布置有逆反射器207,该逆反射器将照射在其上的热辐射向预制件14的方向反射回来并且因此反射回到加热通道211中。加热通道211向下被底部反射器212封闭。预制件14在嘴部侧被支撑环防护罩205保护以免受热辐射,因为具有构造在其上的螺纹的嘴部区域应被保护免受不需要的加热。在此,支撑环防护罩205布置在操作装置203上,该操作装置如图1所说明的那样能够是回转链的一部分。此外,操作装置203还具有夹紧销202,该夹紧销以夹紧的方式配合到预制件14的嘴部区段中。这种夹紧销202和这种操作装置203由现有技术充分已知,并且不需要任何进一步的阐述。这种之前所说明的加热箱118的基本结构也由现有技术已知。
在图2的加热箱118中也示出在图1中原理上所示的温度传感器160,其中,该温度传感器160通常布置在反射器后,例如在逆反射器207后。该温度传感器160检测加热箱118的温度。原则上也能够实现检测加热通道211内的温度或在加热通道211内对预制件14进行温度测量。
图3示出具有闭合的底部区域301和打开的嘴区段部302的典型的预制件14的侧视图。在嘴部区段302的区域中成型有外螺纹303以及支撑环304。在进行温度处理之后,在预制件14中产生特定的温度分布。因此,例如通过在预制件14的轴向方向上的相应加热能够产生温度特性,如在预制件14的左侧所示的那样。在那里可见,在底部区域和在支撑环下方的区域中与在它们之间的区域中相比实现更高的温度。然而也能够实现,在轴向方向上均匀地加热预制件。从壁区域305的放大区段可见,也在预制件壁内设定或者能够有针对性地设定温度走势。这尤其取决于以下原因:热辐射的吸收在径向外部比在径向内部导致更强的加热。虽然预制件壁中的温度差随着时间由于热平衡过程而消除。然而,这种温度补偿过程在通常由PET构成的预制件中较缓慢。
附加地,预制件14也能够在周向方向上设有温度特性。这例如对于随后应被成型为非圆形容器的预制件是已知的,例如椭圆形容器。
图4示出用于成型机10的控制装置400的可行的模块化控制结构的示意性示图。用字母A标明主控制装置,字母B标明用于控制或调节调温设备的控制装置,字母C标明用于驱动例如工作轮110的驱动器的控制装置,字母D标明安全装置,例如急停开关,以及字母E标明例如用于成型过程的控制装置,即例如用于拉伸杆的可行驱动、用于接通或关断成型流体的切换阀等。在显示器401上能够显示与控制相关的数据,并且由主控制装置通过数据线路405向显示器401提供要显示的值。显示器401也能够作为输入单元起作用并且能够通过连接线路405将通过该输入单元输入的值传送到主控制装置A。其它数据线路402、403和404以及数据线路405能够例如实施为数据总线并且用于例如在主控制装置A和另外的控制模块之间或在这些控制模块本身之间传输数据。
图5示出原则上在现有技术中已知的、用于加热调节的控制装置B的示意性结构,其中,选择预制件的表面温度TAuβen作为引导值。由所示的调节装置调节的调温设备与加热装置118和呈风扇形式的冷却装置119一起工作。该调节装置包含起始加热功率PHeiz0和起始风扇功率PLüfter0作为工作点,因为当前除辐射加热器外还设置有预制件表面的冷却。在此,应根据对预制件14的表面温度的测量来进行对温度处理的调节,并且为此目的,如在图1中所说明的那样,在加热路段的端部布置有高温计162。根据用高温计162测得的预制件14的表面温度TAuβen,IST,调节装置跟踪加热装置118的加热功率。此外能够设置:检测环境温度并且将该环境温度也并入到调温设备的调节中。在所示的实施例中设置:检测加热功率的下降。为了防止加热功率下降太大,在低于功率ΔSU时,通过冷却装置119改变表面冷却的功率。在加热功率下降时,例如一直提高表面冷却的功率,直至加热调节器确定预制件的表面温度下降并且加热功率再次提高。
图6示意性地示出根据本发明的加热控制装置的实施例,该加热控制装置具有用于以两个引导参量和两个调整参量进行加热调节的控制装置B。选择参量FReck,IST/FReck,SOLL作为第一引导参量,即拉伸力或能够从中导出拉伸力的参量,或从中求取的参量,例如变形功。选择参量作为第二引导参量,即预制件的表面温度。一方面选择调温设备的加热装置118的加热功率PHeiz作为调整参量,并且另一方面选择冷却装置119的冷却功率PLüfter作为调整参量。为提高调节的稳健性,将在图6中所示的调节结构设计为分散式多参量调节器。
根据图6,为了改善调温设备的瞬态特性,将干扰参量输入k2集成到调节器中。根据实际炉温TOfen,IST和稳定炉温(即在特定运行时间后达到热平衡之后的炉温)之间的差,该干扰参量输入以相对于平衡加热功率PHeiz0的附加百分比功率的因子相加。PHeiz0是基本值。因此,在调温设备或者炉达到平衡状态之前产生较高的加热功率,以便仍然使预制件达到所希望的温度。此外,在图6中所示的方框图还设置有解耦分支k1,以减弱内部耦合。在所示的实施例中,引导参量FReck,IST/FReck,SOLL的相对于引导参量优先。所述干扰参量输入在方框图中示出为干扰k2,该干扰取决于在存在平衡条件时调温设备的温度相对于调温设备的实际温度TOfen,IST之间的差。该温度差越大,形成的干扰参量效应越大并且相对于基本加热功率应越高地选择因数用于提高加热功率。
加热功率PHeiz0和风扇功率PLüfter0是用于这些调整环节的设定功率,并且说明工作点或者基本点。这些功率根据引导参量改变。
根据本发明,根据在测量技术上检测的参量设置调节,从所述参量中能够导出拉伸力或所述参量是拉伸力本身。也能够根据由此求取的参量(例如根据拉伸功)进行调节。因此,下面应根据一实施例阐述能够如何提供该参量用于调节。
图7示出在测量技术上检测的拉伸力曲线,该拉伸力曲线已经由拉伸杆驱动器(即伺服马达)的电流消耗导出。在拉伸杆的拉伸行程上示出拉伸力,其中,直至达到预制件顶端也不会由拉伸杆施加拉伸力到预制件上。因此,在该行程区段上不发生拉伸。由于伺服马达的马达衔铁、传动装置以及拉伸杆的惯性,在所示的力走势中也能够看到加速和减速。在拉伸行程开始时,拉伸系统的质量加速。如果拉伸杆达到恒定速度,在所示的情况下约为50mm,则能够看到摩擦力。该摩擦力一方面由驱动器的传动装置引起,另一方面由拉伸杆表面在密封装置上的摩擦力引起。所述密封装置将成型站的加载以压力的部分与环境密封。如果拉伸杆接触顶端,则拉伸力升高。在图7中这在拉伸行程为约140mm的情况下实现。在切换P1阀之后,拉伸力又下降,因为预制件中的内部压力也产生轴向力,则在拉伸行程刚好低于200mm时在Peak l点处可见拉伸力下降。随着容器气泡形成的继续进行,预成型材料的拉伸硬化表现为驱动力曲线升高,显示出在Peak 2时拉伸力曲线中的第二局部最大值。为了不与成型站的底部模具冲突,拉伸杆必须在P1阶段的结束减速。为此所需的制动力与要用于真正拉伸的力叠加。
例如第一和/或第二峰值(Peak 1和/或Peak 2)或在拉伸力曲线的区域上(例如基本上在这两个峰值之间的区域)的积分适合用作引导值。这种积分是拉伸功。在将预制件成型为容器的成型过程简化了将成型能量引入到用于制造容器的预制件中。该成型能量分为热能(预成型坯的调温)和机械能(预制件的径向和轴向膨胀)。如果引入更多的热能,则需要更少用于成型的机械能。
机械成型功由对预制件加载以具有特定成型压力或者具有特定体积流的成型流体以及由通过拉伸杆施加的力组成。如上面所实施的那样,能够通过在测量技术上检测马达电流求取由拉伸杆施加的力。
下面示出并且阐述例如第二峰值适合作为引导值。在以该第二峰值作为引导值的研究中获得在图8中汇总的测量结果。例如研究在温度处理时第二峰值与加热功率之间的相关性,即在加热功率改变时Peak 2中的变化。为了比较,在图8中也给出预制件的表面温度如何取决于变化的加热功率。在图8中该比较的情况下示出,与到目前为止所使用的由高温计检测的表面温度相比,拉伸力以更高的精确性反映输入到预制件中的加热功率,即引入的热能含量。根据预期,拉伸力随着表面温度升高或者随着加热功率升高而降低。拉伸力在加热功率改变时降低了42%(55N),而表面温度在相同变化的情况下仅提高了3.5%(3.8℃)。因此,与表面温度相比,拉伸力经证明为在加热功率方面更敏感。
图10示出用于说明在温度处理过程中基本的调节理论上的调节关系的方框图。在此,有意识地尝试分开地说明引导参量FReck以及为了避免时间常数和温度之间的混淆,在下面使用θ用作温度。加热功率的主值PHeiz以及风扇的转速nLüfter(以最大转速的百分比表示)用作系统的输入。借助在加热路段端部的高温计162测量预制件的表面温度在时间上随后的吹塑过程中,测量拉伸力FReck(或能够从中导出拉伸力的参量)。所述拉伸力由预成型坯中的在温度处理过程之后包含的能量QPerf和因数KQF产生,该因数取决于吹塑参数的设置。例如,如果提高吹塑压力,则拉伸杆更少地引导气泡。因此,由于温度处理,所述气泡相对于预制件中的能量含量的波动也更不敏感。
从能量含量的视角看,离开加热装置和测量拉伸力之间的时间被描述为停滞时间Tt。在该时间期间,虽然由于对流而出现能量损失,但能量含量仅不显著地变化,并且因此也能够在控制技术上忽略。
包含在预成型坯中的能量QPref决定性地由调温设备输入的能量QHeiz确定。通过表面冷却除去能量QKühl。如果调温设备处于在预热时间之后达到的稳定运行状态下,则周围的构件被加热并且发出长波的次级辐射,该次级辐射将干扰能量输入到预成型坯中。该干扰能量也通过因数KQθ对表面温度产生影响。因为将过程设定到调温设备的稳定状态下,所以该能量的误差会导致过程中的偏差,因为预成型坯不具有用于吹塑过程所需的总能量。通过反射器板材的温度θPT100能够估计出发射出多少次级辐射。然而,因为不准确地已知能量和θPT100之间的相关性,所以该相关性通过非线性关系NLQθ来描述。以PT-1特性根据加热功率PHeiz得出温度θPT100。由于良好地吸收长波的次级辐射,该次级辐射对预成型坯的表面温度产生影响。这借助因数KQθ呈现。该因数描述如何通过干扰能量也改变表面温度。
另一干扰是预成型坯的输入温度θ0,该输入温度能够根据预成型坯的存放而改变。如果该输入温度升高,则表面温度和能量含量也提高。
当加热功率提高时,位于最后加热模块中的预成型坯由于在调温设备中的短暂保留时长而获得少的附加能量。在功率提高的时间点恰好在调温设备开始处的预成型坯相反地已经具有全部附加能量含量。因为每个在这两种情况之间的预成型坯都能够被视为能量存储器,所以可见,产生没有过冲的更高阶的传递特性。
因为也能够对表面冷却进行这种考虑,所以调温设备的主要动态性由4个具有度数k的PT-n环节表示。图11示出这样的PT-n环节的方框图。在此,PT-n由n个具有时间常数Tuy的PT-1环节的串联构成。在此,传递环节具有增强系数Kuy,单个PT-n环节按照P规范形式耦合。
图12示出加热装置118和冷却装置119沿着加热路段120的布置和它们根据所给定的加热功率和风扇转速的参数而并入到调温设备116的调节中。从该总览中例如清楚可见,在哪里和什么时候、哪些参数对调温设备的温度处理的作用产生影响。定量地可以说,表面冷却的时间特性总是比加热模块的时间特性快。由于路段较短,根据表面冷却的调整参量变化的动态性比加热路段的动态性更快地衰减。在转速或加热功率变化之后,风扇或加热模块所需的用于调整它们的时间能够假设为忽略不计。
图10说明了调节路段的适用于调温设备的调节器的模型。图13示出没有干扰参量补偿的基本调节器,即在这里忽略图10所提及的干扰参量。此外,借助四个呈P规范形式的传递环节呈现传递的停滞时间Tt以及因数KQF。对于加热功率和表面冷却的作用引入因数KPF(BP)和KnF(BP)。它们取决于吹塑参数矢量BP。如果吹塑参数恒定,则所述因数也恒定。
因为温度和力取决于预成型坯的能量状态,所以能够附加地确定:图13中的增强系数Kuy取决于调温设备中的停留时间。该停留时间由生产速度PG确定。如果该生产速度减小,则所有因素都会提高,因为预成型坯在每个模块中停留更久。在控制技术上良好地近似中能够例如由此出发:这个影响关于工作点是线性的。
基本调节器应调节表面温度以及拉伸力作为引导值。此外,调整环节仍是加热装置以及表面冷却装置。使用分散式调节器能够实现简单的执行。
因为拉伸力比表面温度具有与容器质量更好的关联,所以优选使用该拉伸力作为调温设备的调整参量。
借助拉伸力和表面温度引导参量能够间接预给定预成型坯中的径向温度特性。在恒定地保持能量含量(拉伸力)的情况下,预成型坯内部中的温度在表面温度降低时必须升高。因此,借助调节器的这个作用方式能够间接地预给定或者保持内部温度。
在图6中作为方框图示出图10所描述的调节回路。因为调温设备也强烈地影响表面温度,所以设置有具有k1的静态脱耦。避免了从表面温度到调温设备的脱耦分支。虽然表面温度的变化对拉伸力产生影响,但是表面温度在容器质量上的有效性较小。因此,表面冷却的调整动作不应直接传递到加热功率上。
例如能够选择第一或第二峰值以及拉伸功作为引导参量。因为所有三个参量都描述了在温度处理之后的预成型坯中的能量含量,所以在上述阐述中,术语“拉伸力”或者FReck描述了所有三个可能的引导参量。拉伸功作为引导参量视为是优选的,因为该拉伸功考虑到成型时的整个工艺流程。
为了近似地补偿调温设备的不稳定状态,即在达到热平衡之前的状态,与已知的稳定温度的偏差以因数k2作为功率并入到调温设备中。因此,借助经验设定,也能够利用图13所阐述的基本调节器实现启动性能的改善。
PHeiz0以及nLüfter0是在方案中设定的、用于调整环节的功率并且因此描述了工作点。与标准调节回路相比,在形成差值时的符号相反。这由下面所示的相关性产生。因此,较高的加热功率会降低拉伸力,而较大的气流会更强烈地冷却表面。
Δ加热功率~-Δ拉伸力
因为主要的干扰因素(如环境温度或调温设备的污染)仅非常缓慢地变化,所以由此引起对调节器的低动态要求。过程的静态精度和因此在容器生产过程中恒定的容器质量具有优先级。
为了实现静态精度,由于主调节路段的非积分特性,在两个调节器中设置I分量。为了附加地获得更好的闭环动态性,使用PI调节器。不考虑使用PID调节器,因为D分量由于过程噪声会选择得很小,以便不使调节回路振动。
下面说明调节器的一些主要功能,例如如何生成拉伸力引导参量。
在拉伸开始时,记录拉伸力、拉伸行程以及瓶内部压力。在结束该过程之后,这些测量系列借助OPC接口发送给计算机用于可视化。该计算机准备数据例如作为CSV文件输出。因此能够后续手动地评估曲线。然而,对于所说明的调节器需要以引导值的形式实时评估曲线。
为了求取拉伸力,由拉伸杆驱动器输出最后毫秒的电流的有效值。该有效值在驱动器内部FPGA上计算,该FPGA也借助具有引导参量发生器的级联调节来保证位置调节。因此,在采样率为1ms时不产生大的信息丢失,因为通过最后毫秒形成有效值检测整个时间范围。通过马达内部的有效值形成已经滤出由于变流器导致的噪声。然而,生成的拉伸力曲线仍经受显著的噪声。因此,作为尽管可选的第一步骤设置用离散PT1滤波器进行滤波。
如图7所阐述的那样,控制技术上能够利用拉伸力曲线中的不同区域。然而,发生摩擦的区域也是重要的。作为用于调节器的基于拉伸力部分的可能的引导值,两个峰值和拉伸功是特别重要的。在特定区域中寻找或求取这些值。例如根据拉伸行程设定求取这些值的区域。
上述图形示出示例性的算法的原理流程。首先鉴别,在数据的哪些区域中存在要求取的值或者摩擦。接下来借助离散的PT1滤波器减小噪声。现在求取平均摩擦力。该摩擦力在拉伸杆加速之后在直至撞到预成型坯的顶端的恒定移动中出现。该力作为偏移量从曲线中减去,因为该力由摩擦损失引起。现在求取最大值以及拉伸力积分。为了对各参量预给定在拉伸杆曲线中的范围,使用拉伸杆的行程。该行程也如拉伸力那样以相同的分辨率记录。该行程被用作拉伸力曲线的x轴,以确定摩擦力在哪个区域中出现,峰值位于哪个区域中并且应求出拉伸功。在此,这些区域能够重叠。
该算法贯穿记录有行程的数组并且求取相应行程范围界限的指数。接下来,拉伸力曲线逐个值地贯穿。如果该值位于界限之间,则对峰值求取最大幅度(正向或负向)和拉伸功。
例如能够手动地设定所述范围,或也能够自动地确定峰值的位置并且由此确定范围。用于确定范围的替代方法是可行的。
接下来输出函数的所有求取的值。因此,在此能够将第一或第二过程峰值以及拉伸功作为“拉伸力”引导参量与调节器的输入端连接,由此能够根据过程选择最好地反映瓶质量的值,可选地也能够仅输出这些值中的一个值并且将其用作引导参量,例如仅拉伸功。
拉伸力曲线能够定义为参考曲线。该参考曲线例如以储存的形式存在并且例如从当前检测的曲线中扣除。为了通过滤波器消除相移的影响,参考曲线例如在从当前曲线中减去之前,以相同的滤波器常数进行滤波。此外,产生的曲线因此也是无噪声的。如果过程或者拉伸力曲线与参考曲线相同,则作为峰值1和峰值2以及拉伸功的值输出为0值。因此,在使用参考曲线时不需要明确地预给定拉伸力的额定值。
吹塑压力的变化导致拉伸力的变化。因此,对于稳态调节有利的是,在改变吹塑压力时关断调节器并且冻结调温设备的设定。如果在关断的时间内预成型坯的温度不改变,则由此出发在压力变化之后能采用拉伸力的实际值作为新的额定值并且又接入调节。同样情况适用于改变另一吹塑参数。
图9示出拉伸杆的空行程的拉伸力曲线。选出算法已经减去在恒定移动期间的摩擦力。然而,升高的摩擦力保留在通常发生拉伸过程的行程路段上(参见图9中的升高的力)。因为工作站不同程度地难以移动,所以拉伸功的测量值波动。为避免该特性,能够使用空行程用于参考化测量系统拉伸驱动器。在选出算法中能够执行从当前拉伸力曲线中扣除参考曲线。利用该功能性能够用于从拉伸力曲线中扣除相应工作站的空行程曲线。
图14示出从前面的透视方向看的吹塑站3。尤其从该示图可见,拉伸杆11被拉伸杆载体41保持。同时成型并填充预制件的成型站能够在任何情况下在拉伸杆11和拉伸杆驱动器49方面以相同的方式实施。
图14也示出了用于吹塑站3的吹塑压力供给的气动装置组块46的布置。气动装置组块42配备有高压阀43,该高压阀能够通过接头44连接到一个或多个压力供给装置上。在对容器12进行吹塑成型之后,将要导出到环境中的吹塑空气首先通过气动装置组块42供应给消声器45。
吹塑过程通常以如下方式执行:在将预制件14置入到吹塑模具4中之后,吹塑站3被封锁,并且首先在同时吹塑压力支持的情况下将拉伸杆11移入到预制件14中,使得预制件14通过轴向拉伸不会径向地收缩到拉伸杆11上。在该阶段中供应吹塑压力P1。在完全执行拉伸过程之后,通过加载以较高的吹塑压力P2将容器泡完全膨胀成容器12的最终轮廓,最大内部压力P2被长地保持,直至容器12通过冷却达到足够的尺寸稳定性。在达到该尺寸稳定性之后关断吹塑压力供应,并且将拉伸杆11又从吹塑模具4和因此从经吹塑的容器12中拉出。
图14也示出,拉伸杆载体41与耦合元件46连接,该耦合元件至少区域地在覆盖件47后面被引导。耦合元件46例如能够在使用在图14中不可见的螺杆的情况下被伺服马达49定位。例如在EP 2117806B1中在那里的图5和6阐述螺杆的布置、气动装置组块42的机械定位以及其它细节。
在那里所示的螺杆通过耦合部与伺服马达49的马达轴连接。在那里所示的实施例中,马达轴和螺杆沿着共同的纵轴线延伸,使得螺杆布置为马达轴的延长部。由此尤其支持马达轴与螺杆的无传动装置的连接。
伺服马达49通过螺杆、耦合元件46和拉伸杆载体41与拉伸杆11的耦合提供了相对于外部负载刚性的、但具有高动态性的系统。
由对伺服马达49的马达电流的测量技术上的检测能够以简单的方式推导出当前拉伸力。如之前已经阐述的那样,根据通过检测马达电流而测量技术上检测的拉伸力能够进行调温设备的调节。
Claims (13)
1.一种用于运行调温设备(116)的方法,用于对在所述调温设备(116)中的由热塑性材料制成的预制件(14)进行温度处理,其中,相应的预制件(14)通过在所述调温设备(116)中进行的热处理对随后的成型过程做准备,在所述成型过程中,借助在压力下供应到所述预制件(14)中的成型流体将所述预制件(14)成型为容器(12),并且在所述成型过程中,所述预制件(14)被拉伸装置(11)沿所述预制件的轴向方向拉伸,其中,所述调温设备(116)被加热调节器(400,B)根据测量技术上求取的引导值在该调温设备的加热功率方面调节,其特征在于,用于调节所述调温设备(116)的加热功率的测量技术上求取的引导值是测量技术上检测的值,从该值中能够导出施加到所述预制件(14)上的拉伸力。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述拉伸装置是拉伸杆(11),该拉伸杆被电动拉伸杆驱动器(49)驱动、尤其被线性马达驱动,其中,为了提供所述引导值,在测量技术上检测所述电动拉伸杆驱动器(49)的电流消耗。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,作为引导值使用所述测量技术上检测的值的特定区域或特定的特征点。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在测量技术上检测拉伸杆运动的摩擦力的值,该值在测量技术上检测的引导值中被考虑。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其特征在于,测量技术上检测所述预制件(14)的外部温度并且将该外部温度作为第二引导值输送给所述加热调节器(400,B),其中,所述调温设备(10)具有用于加热所述预制件(14)的加热装置(118)和用于对预制件(14)加载冷却介质的冷却装置(119),其中,所述冷却装置(119)和所述加热装置(118)被所述加热调节器(400,B)分别根据不同的引导值调节,尤其,其中根据外部温度引导值调节所述冷却装置(119),根据拉伸力引导值调节所述加热装置(118)。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述加热调节器(400,B)使所述拉伸力引导值相对于所述外部温度引导值优先。
7.一种由预制件(14)通过将所述预制件(14)在调温设备(116)中对该预制件热处理之后进行成型来制造容器(12)的方法,其特征在于,设置根据前述权利要求中任一项所述的用于运行调温设备(116)的方法,用于温度处理。
8.一种用于对在调温设备(116)中的由热塑性材料制成的预制件(14)进行温度处理的调温设备(116),其中,相应的预制件(14)通过在所述调温设备(116)中进行热处理对随后的成型过程做准备,在所述成型过程中,借助在压力下供应到所述预制件(14)中的成型流体将所述预制件(14)成型为容器(12),并且在所述成型过程中,所述预制件(14)被拉伸装置(11)沿所述预制件的轴向方向拉伸,其中,所述调温设备(116)具有加热调节器(400,B),所述加热调节器布置在具有求取引导值的测量装置的调节回路中,并且所述加热调节器实施为根据所述引导值调节所述调温设备(116)的加热功率,其特征在于,所述测量装置在测量技术上布置和实施为用于检测一测量值,从所述测量值中能够导出由所述拉伸装置(11)施加的拉伸力,并且所述测量值构成调节所述加热功率的引导值。
9.根据权利要求8所述的调温设备,其特征在于,所述拉伸装置构造为拉伸杆(11)并且具有电动拉伸杆驱动器(49)、尤其线性马达,其中,所述测量装置实施为检测所述电动拉伸杆驱动器(49)的电流消耗。
10.根据权利要求8或9所述的调温设备,其特征在于,所述加热调节器(400,B)实施为根据测量技术上检测的所述值的在特定范围上的积分或根据测量技术上检测的所述值的特定的特征点进行调节。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的调温设备,其特征在于,设置有检测所述预制件(14)的外部温度的传感器(162),所述传感器实施为用于将所述传感器的测量值作为第二引导值输送给所述加热调节器(400,B),其中,所述调温设备(116)具有用于加热所述预制件(14)的加热装置(118)和用于对所述预制件(14)加载以冷却介质的冷却装置(119),其中,所述加热调节器(400,B)实施为分别根据不同的引导值调节所述加热装置(118)和所述冷却装置(119),尤其用于根据外部温度引导值调节所述冷却装置(119)并且用于根据能够导出拉伸力的引导值调节所述加热装置(118)。
12.根据权利要求11所述的调温设备,其特征在于,所述加热调节器(400,B)实施为将能够导出所述拉伸力的引导值相对于所述外部温度引导值优先。
13.一种用于由预制件(14)通过借助在压力下引入到所述预制件(14)中的成型流体进行成型来制造容器(12)的机器,所述机器具有用于实施将所述预制件(14)沿所述预制件的轴向方向拉伸的拉伸杆(11)并且具有用于对所述预制件(14)温度处理的调温设备(116),其特征在于,所述调温设备(116)根据权利要求8至12中任一项实施。
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