[发明专利]加热预型件主体的加热系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热预型件主体的加热系统和方法，该预型件主体包括由第一表面和第二表面界定的材料厚度。

背景技术

预型件，特别是塑料预型件，广泛地用于生产多种产品，其范围例如从弯曲表面到饮料瓶。通常，在使这种预型件形成所需形状之前，它们必须被加热到接近预型件材料熔点的温度。然后成形工具将更改形状，从而逐步发展成为全新产品。这种成形方法包括将塑料预型件拉深或吹塑模制（moulding）。

(吹塑)模制加热的预型件的熟知应用为生产PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶，其用于多种饮料，例如矿泉水、果汁、柠檬水和啤酒。为了产生这种瓶，具有管状形状的PET预型件借助于卤素灯加热。图1示出根据现有技术的这种加热装备（arrangement）的示意剖视图。由三个卤素灯5来加热预型件主体1，预型件主体1具有第一外表面2和第二内表面4。为此，使用镜7来反射由卤素灯5发出的发散光3的部分且将光线基本上导向至预型件1的横向T。横向T由光耦合进入主体1的点处的第二表面4和第一表面2之间的最短直线来限定。由于光3是发散的，即，非定向或仅部分地定向，且由许多不同波长的光构成，其并不完全在横向T上横穿主体1，而是此方向不过是大体上横向的主方向。通常，预型件在生产线上移动，沿着生产线设置大量卤素灯5。这导致温度升高到能通过在模具（mould）内吹塑预型件或者也通过仅将它们压入到模具内来使它们成形的点。

卤素灯发出广谱可见光线和范围在红外区域内的不可见光线，如在图2中可看出的那样。此处，在x轴上绘制卤素灯的波长谱(以纳米为单位)，而左y轴以%指PET的相对应的吸收谱且右y轴指以瓦特为单位的典型卤素灯的发射能量。第一曲线A对应于PET吸收谱(左y轴)，而第二曲线B对应于发射能量谱(右y轴)。可观察到，PET的吸收在约1010nm以下的近红外波长和可见波长中明显为低，而在1010nm与2000nm之间能实现PET更高的吸收率。高于2000nm，PET基本上为不透明的。因此卤素灯的波长谱产生不均匀的加热结果，因为卤素灯谱的大部分处于被PET很高地吸收的波长，即高于2000nm。因此，所发出光的较大部分在预型件的外部吸收，而其内部被加热到低得多的程度。为此，常常需要冷却预型件的外部，例如，通过在其上洒水，而同时延长加热过程以便使得预型件的内部也被加热。总之，这导致比施加均匀加热所需更多的能量消耗和更长的加热过程。

避免这些缺陷的一种方式是选择不同的发光系统，诸如激光器，其仅以特定波长操作。以此方式，可调整波长符合加热过程的需求，这些需求主要由预型件的材料和厚度决定。举例而言，借助于PET的吸收率小于50%的激光波长来加热PET预型件将意味着能实现更持续的吸收，导致必需更低的总能量输入，即，能以更有效的方式进行加热过程。但是，日常使用的典型激光器并不发出这种合适的激光波长，日常使用的典型激光器以800nm或970nm的典型波长发射。令人遗憾的是，在此波长范围，仅能实现PET的大约15%的相当低的吸收率。

与这个背景相反，高度期望提供借助于激光束、或更广泛地借助于定向光束来更有效地且不那么与光源发出的光束的波长相关地加热预型件主体的可能性。

发明内容

为此目的，本发明描述了一种加热系统，其用于加热预型件主体，该预型件主体包括由第一表面和第二表面界定的材料厚度，该加热系统包括至少以下元件：

-光源装备，其被设置成发出多个定向光束，

-耦合装备，其被设置成在至少特定最短时段期间故意地将来自光源装备的光在特定方向上耦合进入到主体内，使得光基本上沿着第一表面与第二表面之间的较长路径被引导。

因此，作为简单地使激光束或类似定向光束对准预型件主体使得光束直接穿过预型件的替代，本发明利用耦合装备，利用该耦合装备可以将光故意地耦合进入到主体内，效果在于，光在主体内部沿着比现有技术情况长的路径被引导。此外，光源装备可包括一个或若干光源，使得可以产生一个或若干光束且由耦合装备来耦合进入。