Усовершенствованная печь инфракрасного нагрева для кондиционирования предварительно отформованных пластмассовых заготовок - RU2241930C2

Описание

Настоящее изобретение относится к усовершенствованным печам инфракрасного нагрева для кондиционирования отдельных объектов, перемещающихся по существу непрерывно один за другим внутри указанной печи. В частности, настоящее изобретение применимо преимущественно к литьевым машинам, способным отливать одновременно множество пластмассовых объектов, которые в этой отрасли известны под общим названием "предварительно отформованные заготовки" и предназначены для последующего выдувного формования в нужные готовые контейнеры, главным образом пластиковые бутылки.

Машины, используемые для формования готовых изделий, т.е. выдувного формования указанных предварительно отформованных заготовок в указанные готовые контейнеры, обычно именуют "одностадийные машины", поскольку они могут выполнять весь процесс, необходимый для превращения исходного материала для пластмассы из гранулированной формы, в которой его подают в машину, в конечный продукт, т.е. в указанные готовые контейнеры.

Однако для целей настоящего изобретения допустимо считать одностадийными и те машины, которые используются только для превращения предварительно отформованных заготовок в готовые контейнеры, поскольку процессу выдувного формования в любом случае должна предшествовать стадия температурного кондиционирования заготовок, т.е. та стадия, которая и есть в точности предметом, охватываемым настоящим изобретением.

Различия между одностадийными и двухстадийными машинами в этой конкретной области техники хорошо известны специалистам, потому нет необходимости описывать их здесь более подробно.

Из соображений большего удобства все, у кого возникнет интерес в этом отношении, должны обращаться к заявке РСТ/ЕР 98/08380 и патенту ЕР 0768165 того же заявителя.

Хорошо известно, что заготовки, прежде чем пройти сам процесс выдувного формования, подвергаются нагреву до заранее заданной температуры, оптимальной для выдувного формования, и что это обычно выполняют в соответствующих печах для кондиционирования, в которых применяются в качестве нагревательного средства инфракрасные лампы.

Горловинные части указанных заготовок должны тем не менее оставаться холодными, т.е. иметь температуру ниже температуры перехода в стеклообразное состояние, чтобы последующие операции выдувного формования не привели к их деформации.

Также хорошо известно, что нагревание корпуса заготовки обеспечивается объединенным действием следующих факторов:

- инфракрасного излучения, пронизывающего толщу корпуса заготовки (конвекция),

- контакта с нагретым окружающим воздухом внутри печи (теплопроводность) и

- рассеяния тепла за счет внутренней теплопроводности стенки заготовки (температурная стабилизация и инверсия).

Существует общепринятое мнение, что внутреннее пространство печи и внешние поверхности заготовок, находящихся в ней, должны вентилироваться потоком воздуха с заранее установленной, в любом случае относительно низкой, температурой, чтобы предохранить материал, находящийся на внешней поверхности заготовки, от нагрева до чрезмерно высокой температуры, что вызовет его кристаллизацию за то время, пока материал во внутренних слоях заготовки достигнет температуры, нужной для выдувного формования.

Такая вентиляция дает возможность поддерживать окружающую температуру внутри печи на желаемом уровне, исключая, в то же время, любое чрезмерное нагревание инфракрасными лучами, которые не захвачены, т.е. не задержаны самими заготовками, а также умерять поверхностную температуру заготовок.

Такой желаемый уровень внутренней температуры в печи является тем фактором, который на самом деле позволяет оптимизировать энергетический КПД печи. Достаточно хорошо известно, что он является функцией от толщины заготовки.

Вентиляция печи должна выполняться с адекватным расходом воздушного потока, чтобы удовлетворительно выполнять такую функцию, и желательно, чтобы поток вентилирующего воздуха хорошо распределялся по внутреннему пространству печи таким образом, чтобы вся поверхность стенки заготовки, подлежащей нагреванию, обрабатывалась действительно равномерно, гомогенно.

Необходимо также, чтобы вентилирующий воздух, который нагревается по мере протекания через печь, избегал контакта, т.е. не попадал на горловинную часть заготовки, которая, в отличие от самой заготовки, должна оставаться как можно более холодной.

Эта проблема - возможность обеспечить равномерное нагревание заготовки, однако не захватывая ее горловинной части, - была предметом ряда исследований и разработок; существует соответствующее количество предложенных решений, описанных в различных известных патентных публикациях на эту тему; некоторые из них цитируются здесь.

- Патент США №5256341 на имя SIDEL; согласно этому документу, нагревание предварительно отформованных заготовок выполняют как прямым, так и косвенным путем, за счет использования отражательных свойств сердечника, который помещают внутрь каждой отдельной заготовки на время операции температурного кондиционирования. Это решение, конечно, дает ряд преимуществ относительно эффективности использования энергии, но порождает значительные конструктивные и эксплуатационные сложности, связанные с необходимостью манипулировать указанными сердечниками и осуществлять их перемещение синхронизированным способом; кроме того, не обеспечена возможность удовлетворять вышеприведенным требованиям относительно возможно более полной защиты горловинных частей заготовок от нагревания.

- Патент США №4923395 на имя фирмы HUSKY INJECTION MOLDING SYSTEMS LTD. раскрывает решение, согласно которому предложен вид нагревательного действия, которое направлено, т.е. сфокусировано, на самих заготовках, с помощью изменяемого позиционирования батареи нагревательных элементов таким образом, чтобы генерировать поток инфракрасного излучения, который точно соответствует специфическим требованиям, возникающим в связи с каждым конкретным типом обрабатываемых заготовок (толщина, материал, внешние размеры и т.д.). Однако реализация этого решения оказывается довольно затруднительной с практической точки зрения из-за весьма значительных противоречий, связанных с конструкцией и характером работы и возникающих также в связи с необходимостью избегать облучения горловин заготовок, а кроме того, из-за высоких затрат, связанных с этим решением вообще.

- Патент США №5066222 на имя фирмы BEKUM MASCHINENFABRIK GmbH раскрывает, в свою очередь, решение, состоящее в раздвижке заготовок одна от другой, когда они перемещаются в печи вдоль нагревательных ламп, а также в защите горловинных частей заготовок с помощью термоизоляционных чехлов, которые могут быть удалены после операции температурного кондиционирования. Однако это решение, по-видимому, имеет некоторые такие же свойства и особенности, что и предыдущее решение, так что оно тоже сохраняет определенные противоречия, связанные с конструкцией и эксплуатацией, равно как и сопряженные с этим решением высокие затраты.

- Патент США №4606723 на имя SIDEL; это решение имеет ряд технических недостатков, которые можно подытожить следующим образом:

а) во-первых, поток охлаждающего воздуха только краем захватывает, т.е. касается, ламп, подлежащих охлаждению, так что фактически возникает необходимость соответственно увеличить расход воздуха в этом потоке, однако это порождает проблему, связанную с тем, что заготовки, которые не подвержены нагревающему излучению, испытывают фактически чрезмерное охлаждение;

b) во-вторых, донная часть заготовки, т.е. закрытая часть, противолежащая ее горловине, не облучается верхней лампой в достаточной степени, так что получает непостоянное, в целом неудовлетворительное нагревательное воздействие; с другой стороны, если для устранения этой проблемы увеличить количество таких ламп, то возникнут другие проблемы, поскольку сами лампы будут в этом случае подвержены в большей степени воздействию потока охлаждающего воздуха и в результате будут проявлять различные излучательные характеристики;

c) из-за асимметрии конструкции печи и циркуляции воздушного потока заготовки в силу того, что они обдуваются воздухом в продольном направлении, т.е. сверху вниз, а не в поперечном направлении, будут кондиционированы неравномерно, а следовательно, неправильно;

d) наконец, в описываемом решении практически нет никакой возможности охлаждать патроны нагревательных элементов тем же потоком воздуха, который используется для охлаждения корпусов заготовок; однако, поскольку эти патроны в любом случае требуют довольно интенсивного охлаждения, в результате возникает необходимость создания специальной охлаждающей системы, а это, конечно, ведет к усложнению конструкции установки и соответственно большим расходам.

- Патент США №5322651 на имя SIDEL SA рекомендует нагревать управляемым образом множество заготовок, охлаждаемых с помощью воздушного потока, температура которого регулируется благодаря тому, что он является результатом смешения воздуха, выходящего из печи, со свежим наружным воздухом, выполняемого так, чтобы получать охлаждающий воздух всегда с одной и той же температурой. Однако это решение, если говорить о прочих технических и функциональных аспектах вопроса, исходит из тех же конструктивных и эксплуатационных критериев, которые были проиллюстрированы при рассмотрении процитированной выше патентной публикации, поэтому оно неизбежно будет сопряжено с того же рода недостатками, какие были проиллюстрированы в связи с вышеупомянутым решением.

Кроме того, представляется уместным сделать здесь простое, хотя и важное замечание: чтобы получить достаточно постоянный поток охлаждающего воздуха, необходимо, чтобы соответствующий канал имел как можно большую площадь поперечного сечения.

Напротив, чтобы добиться удовлетворительного отражения инфракрасного излучения стенками того же канала в направлении находящихся в нем заготовок, необходимо, чтобы сам канал имел очень узкое проходное сечение, по крайней мере, в зоне, расположенной вблизи этих заготовок.

Итак, между этими противоположными по смыслу требованиями существует явное противоречие, которое, как нам представляется, не было в удовлетворительной степени разрешено ни одним из известных решений.

В свете вышеприведенных рассуждений главной целью настоящего изобретения является предложить печь для кондиционирования предварительно отформованных заготовок, которая была бы свободна от описанных выше недостатков, а кроме того, надежна, пригодна для реализации простыми средствами с использованием легкодоступных технических объектов и материалов и могла разрешить путем удовлетворительного компромисса противоречие между требованиями постоянства воздушного потока и адекватной отражательной эффективности внутренних стенок канала.

Такая главная цель настоящего изобретения, вместе с его дополнительными особенностями, достигается в печи, которая выполнена и работает как указано в прилагаемой формуле изобретения.

Настоящее изобретение может иметь форму предпочтительного, хотя и не единственного варианта его осуществления, такого, который описан в подробностях и проиллюстрирован ниже в качестве не ограничивающего примера со ссылками на чертеж, который представляет собой вертикальный продольный разрез части печи по настоящему изобретению, изображенной схематически.

Печь для нагревания и кондиционирования по настоящему изобретению содержит:

- короб 1, в который вдувают охлаждающий воздух и через который принудительно перемещают предварительно отформованные заготовки 5 в направлении, по существу поперечном потоку 6 указанного охлаждающего воздуха, причем указанный короб также оснащен:

- впускным устройством 2 для указанного охлаждающего воздуха;

- выпускным окном 3 для указанного охлаждающего воздуха;

- батареей нагревательных ламп 4;

- отражательной стенкой 7, расположенной ниже по ходу охлаждающего воздуха относительно указанных нагревательных ламп;

- передней решеткой 8 с окнами 81, через которые проходит указанный поток воздуха, движется к указанным заготовкам и обтекает их;

- вентилятором 22, выполненным с возможностью всасывать свежий воздух через указанное впускное устройство и нагнетать его в указанный короб в направлении к указанным заготовкам и указанной передней решетке 8.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, передняя решетка 8, батарея ламп 4 и отражательная стенка 7 расположены каждая в соответствующей плоскости, и все эти соответствующие плоскости практически параллельны той плоскости, в которой принудительно перемещаются указанные заготовки внутри указанного короба и поперек последнего.

В частности, с целью достижения более равномерного и гомогенного нагревания заготовок необходимо, чтобы, по меньшей мере, та плоскость, в которой перемещаются указанные заготовки, и плоскость ламп были параллельны друг другу.

Отражательная стенка 7 должна быть дополнительно оснащена множеством окон 10, а нагревательные лампы 4 должны быть отделены одна от другой соответствующими зазорами или промежутками 40, чтобы рационально поддерживалось прохождение через них охлаждающего воздуха. После прохождения между указанными лампами 4 и контактирования с ними указанный воздушный поток, перемещаясь дальше по направлению к выпускному окну 3, достигает указанной отражательной стенки 7 и, проникая через указанные окна 10, проходит за них и дальше к выпускному окну 3.

Настоящее изобретение допускает ряд возможных усовершенствований. Первое из таких усовершенствований относится к охлаждению горловинных частей заготовок. Поскольку, как уже упоминалось ранее в настоящем описании, такая горловинная часть не должна быть нагрета, во избежание такой возможности целесообразно, чтобы заготовки были ориентированы своими горловинными частями вниз и, следовательно, донными частями своих корпусов вверх.

Однако, чтобы избежать возможности того, что даже небольшая часть инфракрасного излучения, отраженного указанной передней решеткой 8, сможет дойти до горловинных частей указанных заготовок и, следовательно, нагреть их, оказалось целесообразным предусмотреть преимущественно горизонтальную разделительную дефлекторную пластину 13, причем размеры и расположение указанной дефлекторной пластины 13 выбраны так, чтобы она могла перехватывать и останавливать те лучи, которые отражены от указанной решетки 8 и направлены вниз, т.е. к зоне горловинных частей заготовок.

Приняты также дополнительные меры: позади заготовок на высоте, соответствующей буртику, или выступающему кольцу заготовки, установлена вторая дефлекторная пластина 14 таким образом, чтобы она могла перехватывать исходящее от указанных ламп прямое инфракрасное излучение, направленное на горловинные части заготовок.

Во всех случаях, когда желательно, чтобы горловинные части заготовок могли оставаться как можно более холодными, целесообразно, чтобы указанный короб мог вмещать в себя указанные заготовки по всей своей высоте и было применено средство 15, выполненное с возможностью отклонять часть 25 потока охлаждающего воздуха прямо на указанные горловинные части и за них, где указанный воздух ни в коем случае не охвачен нагревающим действием указанных ламп.

Дополнительно, тот же самый поток охлаждающего воздуха, который бьет в корпуса заготовок и, следовательно, проходит между нагревательными лампами, может быть использован и для охлаждения патронов (не показаны) указанных ламп, а потому нет необходимости дополнительно организовывать особый, отдельный воздушный поток для этой цели, в отличие от известных из уровня техники решений, где так делается.

Чтобы дополнительно обеспечить правильное нагревание также и донной части 16 заготовок, было найдено целесообразным разместить дополнительную отражательную стенку 17 между внутренней стенкой короба, обращенной к указанным донным частям заготовок, движущихся через короб, и самими этими донными частями, причем эта дополнительная отражательная стенка 17 выполнена с возможностью отражать инфракрасное излучение, испускаемое указанными лампами 4, так чтобы обеспечить попадание излучения, отраженного дополнительной отражательной стенкой 17, на указанные донные части 16 заготовок, движущихся через короб.

Дополнительно, чтобы сделать возможным регулирование воздушного потока по расходу и по конфигурации распределения его в направлении указанных заготовок, указанный короб по периметру закрепления указанной решетки 8 снабжен соответствующими фиксирующими прорезями 18, так что указанная решетка может быть легко заменена другими решетками, имеющими отличающиеся характеристики, но также способными взаимодействовать с указанными фиксирующими прорезями 18.

В условиях эксплуатации предварительно отформованные заготовки принудительно поворачивают, непрерывно и регулярно, вокруг их соответствующих осей. Это дает возможность последовательным частям корпуса заготовки подвергаться прямому облучению от ламп, которые нагревают их, в то время как другие части, противоположные первым, охлаждаются, чем создается возможность для тепла проникать в толщу стенки заготовки так, чтобы равномерно и постепенно создавать одинаковую температуру по всему корпусу заготовки, включая ее донную часть, и, в то же время, не достигать чрезмерных температур благодаря охлаждающему действию, обеспечиваемому указанным непрерывным потоком воздуха.

Любой специалист в данной отрасли сможет теперь понять различные преимущества, которые могут быть достигнуты при использовании настоящего изобретения и его усовершенствований:

- благодаря пропусканию воздушного потока между лампами достигнута возможность использования полностью отражающей стенки 17 над донными частями заготовок, в то же время, однако, с сохранением адекватных проходов для вентиляции и обеспечением возможности наиболее эффективного использования излучения, испускаемого лампами;

- может быть создан поток охлаждающего воздуха исключительно для охвата горловинных частей заготовок, на который вообще не влияет нагревающее действие ламп и который в результате, в свою очередь, не способен нагревать указанные горловинные части;

- поток охлаждающего воздуха перпендикулярен к плоскости, в которой перемещаются заготовки, и этим обеспечивается высокая степень равномерности охлаждающего воздействия; кроме того, плоскость ламп располагается параллельно плоскости заготовок, и эти два отдельных обстоятельства, в сочетании друг с другом, обеспечивают максимальную степень равномерности кондиционирования заготовок;

- поток охлаждающего воздуха входит в короб с той его стороны, которая противоположна нагревательным лампам, так что он проходит между указанными лампами только тогда, когда приближается к выпускному окну; это играет важную роль в получении в целом более холодной печи, чем традиционные печи, а также в более эффективном охлаждении заготовок, благоприятствуя тем самым реализации более быстрого процесса кондиционирования;

- благодаря вариабельности окон решетки 8 создана возможность регулирования расхода охлаждающего заготовки воздуха в соответствии с различными связанными с изделием и (или) связанными с техпроцессом требованиями, без какого-либо вовлечения или воздействия на воздушный поток, созданный для охлаждения горловинных частей заготовок, причем указанный поток охлаждающего воздуха фактически направлен на указанные горловинные части и никоим образом не зависит от положения и характеристик окон в указанной решетке и не испытывает их влияния;

- наконец, то обстоятельство, что впускное устройство 2 для воздуха обращено кверху, благоприятствует втеканию свежего воздуха, который самопроизвольно стремится двигаться вниз, в то время как то обстоятельство, что выпускное окно 3 также обращено кверху, благоприятствует истечению горячего воздуха благодаря хорошо известному эффекту "тяги в дымовой трубе".

Эти обстоятельства при совместном действии способствуют естественной циркуляции охлаждающего воздуха, которая, добавляясь к принудительной циркуляции, создаваемой нагнетательным вентилятором 22, усиливает его действие.

Реферат

Инфракрасная печь для нагревания множества предварительно отформованных заготовок содержит короб, через который перемещаются указанные заготовки, поток наружного воздуха, который протекает вдоль указанного короба от впускного устройства к выпускному окну под действием нагнетательного вентилятора, множество инфракрасных ламп, облучающих заготовки в указанном коробе, в ней ниже по ходу воздуха относительно указанных ламп расположена отражательная поверхность, снабженная окнами, через которые преимущественно проходит поток наружного воздуха. Оси заготовок ориентированы так, что они практически перпендикулярны к направлению потока указанного наружного воздуха. Инфракрасные лампы расположены практически ниже по ходу воздуха относительно заготовок и отделены одна от другой подходящими промежутками, через которые проходит указанный поток наружного воздуха, причем указанный поток наружного воздуха вначале проходит через указанные промежутки, разделяющие указанные заготовки, а затем через указанные промежутки, оставленные между указанными инфракрасными лампами. Отражательная решетка, снабженная окнами для того, чтобы поток наружного воздуха частично проходил сквозь них, расположена выше по ходу воздуха относительно указанных заготовок. Технический результат изобретения заключается в создании надежной и простой в реализации печи, обеспечивающей постоянство воздушного потока и адекватную отражательную эффективность. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула