(57)【要約】  本発明は、熱可塑性材料から成るパリソン（１４）を温度制御装置（１１６）内で温度コンディショニングするために前記温度制御装置（１１６）を作動させる方法であって、それぞれの前記パリソン（１４）を、前記温度制御装置（１１６）内での熱コンディショニングによって次の成形工程のために準備をし、該次の成形工程において、加圧して前記パリソン（１４）内に供給される成形流体により前記パリソン（１４）を容器（１２）へ成形するとともに、前記パリソン（１４）を延伸機構（１１）によってその軸線方向に延伸させ、前記温度制御装置（１１６）が、その加熱出力に関し、測定技術で検出した案内値に基づいて加熱コントローラ（４００，Ｂ）によってコントロールされる前記方法において、前記パリソン（１４）に作用する延伸力を導出可能にする案内値を測定技術で検知することを特徴としている。本発明は、さらに、熱可塑性材料から成るパリソン（１４）を温度コンディショニングするための、案内値に基づいてコントロールされる温度制御装置（１１６）に関し、前記案内値は、延伸機構（１１）による延伸力から導出する。最後に、本発明は上記のように定義された温度制御装置を備えた容器製造機に関する。
2021504181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料から成るパリソン（１４）を温度制御装置（１１６）内で温度コンディショニングするために前記温度制御装置（１１６）を作動させる方法であって、それぞれの前記パリソン（１４）を、前記温度制御装置（１１６）内での熱コンディショニングによって次の成形工程のために準備をし、該次の成形工程において、加圧して前記パリソン（１４）内に供給される成形流体により前記パリソン（１４）を容器（１２）へ成形するとともに、前記パリソン（１４）を延伸機構（１１）によってその軸線方向に延伸させ、前記温度制御装置（１１６）が、その加熱出力に関し、測定技術で検出した案内値に基づいて加熱コントローラ（４００，Ｂ）によってコントロールされる前記方法において、
前記温度制御装置（１１６）の前記加熱出力をコントロールするための前記測定技術で検出した案内値が、前記パリソン（１４）に作用する延伸力を導出可能にする、測定技術で検知した値であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記延伸機構が、電気で作動される延伸棒駆動部（４９）によって駆動される、特にリニアモータによって駆動される延伸棒（１１）であり、前記案内値を提供するため、電気式の前記延伸棒駆動部（４９）の消費電流を測定技術で検知することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記案内値として、前記測定技術で検知した値の特定の領域または特定の特性点を利用することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記測定技術で検出した案内値において考慮される、延伸棒運動の摩擦力に対する値を、測定技術で検知することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記パリソン（１４）の外側温度を測定技術で検知して、前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）に第２の案内値として供給し、前記温度制御装置（１０）が、前記パリソン（１４）を昇温させるための加熱機構（１１８）と、前記パリソン（１４）に冷却媒体を作用させるための冷却機構（１１９）とを有し、前記冷却機構（１１９）と前記加熱機構（１１８）とが前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）によってそれぞれ異なる案内値に基づいてコントロールされ、特に前記冷却機構（１１９）が前記案内値である外側温度に基づいて、前記加熱機構（１１８）が前記案内値である延伸力に関してコントロールされることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）が案内値である外側温度よりも案内値である延伸力を優先することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
温度制御装置（１１６）内でパリソン（１４）を熱コンディショニングした後に該パリソンを成形することによって前記パリソン（１４）から容器（１２）を製造する方法において、
請求項１から６までのいずれか一つに記載の温度コンディショニングのための前記温度制御装置（１１６）を作動させる方法であることを特徴とする方法。
【請求項８】
熱可塑性材料から成るパリソン（１４）を温度制御装置（１１６）内で温度コンディショニングするための前記温度制御装置（１１６）であって、それぞれの前記パリソン（１４）を、前記温度制御装置（１１６）内での熱コンディショニングによって次の成形工程のために準備をし、該次の成形工程において、加圧して前記パリソン（１４）内に供給される成形流体により前記パリソン（１４）を容器（１２）へ成形するとともに、前記パリソン（１４）を延伸機構（１１）によってその軸線方向に延伸させ、前記温度制御装置（１１６）が加熱コントローラ（４００，Ｂ）を有し、該加熱コントローラが、案内値を検出する測定機構を備えた制御回路内に配置され、且つ前記温度制御装置（１１６）の加熱出力を前記案内値に基づいてコントロールする前記温度制御装置（１１６）において、
前記測定機構が、前記延伸機構（１１）による延伸力を導出可能にする測定値を検知するために測定技術的に配置され且つ構成され、前記測定値が前記加熱出力のコントロールの前記案内値を形成することを特徴とする温度制御装置。
【請求項９】
前記延伸機構が、延伸棒（１１）として形成され、且つ電気で作動される延伸棒駆動部（４９）を、特にリニアモータを有し、前記測定機構が電気式の前記延伸棒駆動部（４９）の消費電流を検知するように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の温度制御装置。
【請求項１０】
前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）が、測定技術で検出した値の特定の範囲にわたる積分に従って、または、特定の特性点に従ってコントロールするために構成されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の温度制御装置。
【請求項１１】
前記パリソン（１４）の外側温度を検知するセンサ（１６２）が設けられ、該センサが前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）にその測定値を第２の案内値として供給するように構成され、前記温度制御装置（１１６）が、前記パリソン（１４）を昇温させるための加熱機構（１１８）と、前記パリソン（１４）に冷却媒体を作用させる冷却機構（１１９）とを有し、前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）が、前記冷却機構（１１９）と前記加熱機構（１１８）とをそれぞれ異なる前記案内値に基づいてコントロールするために構成され、特に前記冷却機構（１１９）を前記案内値である外側温度に基づいて、前記加熱機構（１１８）を、前記延伸力を導出可能である前記案内値に基づいてコントロールするために構成されていることを特徴とする、請求項８から１０までのいずれか一つに記載の温度制御装置。
【請求項１２】
前記加熱コントローラ（４００，Ｂ）が、前記延伸力を導出可能である前記案内値を、外側温度である前記案内値に対し優先するように構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の温度制御装置。
【請求項１３】
加圧してパリソン（１４）内へ導入される成形流体を用いて成形することによって前記パリソン（１４）から容器（１２）を製造するための機械であって、前記パリソン（１４）をその軸線方向に延伸するための延伸棒（１１）と、前記パリソン（１４）を温度コンディショニングするための温度制御装置（１１６）とを備えた前記機械において、
前記温度制御装置（１１６）が、請求項８から１２までのいずれか一つに従って構成されていることを特徴とする機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の、熱可塑性材料から成るパリソンを温度コンディショニング（温度調整）するための温度制御装置を作動させる方法に関するものである。本発明は、さらに、請求項８の上位概念部に記載の、パリソンを温度コンディショニングするための温度制御装置に関する。最後に、本発明は請求項１３の上位概念部に記載の、パリソンから容器を製造するための機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性材料から成るパリソン、たとえばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）から成るパリソンからブロー成形によって容器を製造することは公知であり、この場合ブロー成形機の内部でパリソンは種々の加工ステーションへ供給される（特許文献１）。典型的には、ブロー成形機は、パリソンを温度コンディショニングまたは熱コンディショニング（熱調整）するための温度制御装置と、少なくとも１つのブローステーションを備えたブロー機構とを有し、ブローステーションの領域で、それぞれ前もって温度コンディショニングされたパリソンを膨張させて容器が形成される。膨張は、加圧媒体としての加圧ガス（圧縮空気）を用いて行われ、加圧ガスは成形圧でもって、膨張されるべきパリソン内へ導入される。パリソンをこのように膨張させる際の方法技術的な工程は、前記特許文献１で説明されている。ブローステーションの基本構成は、特許文献２で説明されている。パリソンを温度コンディショニングする可能性に関しては特許文献３で説明されている。なお、温度コンディショニングまたは熱コンディショニングとは、パリソンをブロー成形に適した温度へ加熱し、パリソンに場合によっては温度プロファイルを刻印することである。延伸棒を補助的に使用してパリソンから容器をブロー成形することも公知である。
【０００３】
典型的な更なる処理方法によれば、ブロー成形によって製造された容器は次の充填機構へ供給され、ここで所定の産物または充填物で充填される。このように別個のブロー成形機と別個の充填機とが使用される。この場合、別個のブロー成形機と別個の充填機とを１つのマシーンブロックにまとめること、すなわちブロック化されたブロー充填機構にまとめることも知られている。しかも、ブロー成形と充填とは別個の機械要素において時間的に相前後して行われる。
【０００４】
さらに、熱コンディショニングしたパリソンまたは温度コンディショニングしたパリソンから容器を、特にボトルの形態でも製造し、その際に同時に液状充填物で充填し、この液状充填物を、パリソンを膨張させるための、または、容器を成形圧および充填圧でもって成形するための液圧加圧媒体として供給し、その結果それぞれのパリソンを充填と同時に容器へ成形することがすでに提案された。それぞれの容器の成形と充填とを同時に行うようにしたこの種の方法は、液圧式成形方法または液圧式容器成形と呼ぶこともできる。ここでも、延伸棒を使用することによってこの成形を支援することが知られている。ここでも、成形充填工程の前にパリソンはまず温度コンディショニングされる。
【０００５】
充填物によってパリソンから容器を成形する場合、すなわち液圧過圧媒体として充填物を使用して成形する場合、容器を成形し充填するためにただ1つの機械を必要とするにすぎないが、しかしこの機械はそのために複雑性が上昇する。このような機械の一例を特許文献４が示している。他の例を特許文献５が示している。
パリソンの温度コンディショニングに関しては、次のステップで、適当な温度プロファイルを備えさせられるパリソンの成形を、ガスを導入することにより行うか、或いは、液体を用いて加圧状態で行うかに関係なく、要求は実質的に同一である。すなわち、パリソンを熱コンディショニングするためにその都度設けられる温度制御装置と、このような温度制御装置を作動させるためにその都度適用される方法とは、公知の２つの成形方法にとっては同種のものである。以下で説明する本発明は、同様に、上記２つの成形方法と、その際に使用される機械および温度制御装置とに関する。
【０００６】
技術水準（従来技術）で知られている温度制御装置は、たとえば複数のいわゆる加熱箱から成っている。これらの加熱箱は通常加熱区間に沿って位置固定して配置され、パリソンは適当な搬送機構を用いてこれら加熱箱を通過せしめられて、その際に加熱される。通常の搬送機構は、たとえば周回するように延在する搬送チェーンから成っている。チェーンリンクはたとえば搬送心棒から形成され、これら搬送心棒のそれぞれはパリソンの口部分に係合してクランプすることによってパリソンを保持し、加熱区間に沿ったその周回運動で加熱箱を通過する。
【０００７】
通常、温度制御装置はモジュール状に構成されており、すなわち加熱区間に沿って複数のこのような加熱箱が加熱モジュールとして配置されている。これら加熱箱はそれぞれ同じ加熱箱であってよく、または、異なる構成の加熱箱であってよい。
加熱箱の内部には、たとえば加熱要素が配置されている。技術水準では、加熱要素として近赤外線放射器が優先的に使用され、たとえばパリソンの長手方向に複数の近赤外線放射器が加熱要素として重設されていてよい。このような温度制御装置の一例および加熱箱として上述した加熱モジュールの典型的な構成を、特許文献６および特許文献７も示している。
【０００８】
技術水準では、これら温度制御装置が制御機構に接続されていることが知られている。この制御機構は、通常、パリソンが温度制御装置内部で加熱されて、所望の温度プロファイルをもって温度制御装置を離れるように設計されている。これは、パリソン内で特定の温度が実現されており、且つパリソンの長手方向において特定の温度推移が実現され、場合によってはパリソンの周方向においても特定の温度推移が実現されていると理解される。半径方向における温度プロファイル、すなわちパリソンの壁厚内部での温度プロファイルも設けられていてよい。
【０００９】
技術水準では、たとえば上述した加熱要素に加えて、パリソンの表面を冷却するための機構も設けられていてよく、たとえばパリソン表面に冷却空気流を目的に応じて作用させる機構も設けられていてよいことも知られている。この冷却用の補助機構も、温度制御装置の前記制御機構内に組み込まれていてよい。制御機構および制御方法という概念は、制御が英語の概念”open-loop control”（開ループ制御）という意味で実施される機構および方法と、コントロールが英語の概念”closed-loop control”（閉ループ制御）の意味で実施される機構および方法と、これらの混合形態とを含んでいる。本発明によれば、英語の概念”closed-loop control”の意味での温度制御装置のコントロールが問題であり、その結果請求の範囲ではコントロールと加熱コントローラとが述べられる。
【００１０】
温度制御装置を制御技術的に次のようにコントロールおよび／または制御することができるようにするため、すなわち温度制御装置の出口でパリソンが所望の態様で温度コンディショニングされるように、すなわち所望の温度と所望の温度プロファイルとを有するようにコントロールおよび／または制御することができるようにするため、技術水準では、温度制御装置の出口側にたとえば測定センサ（たとえば高温計）を配置し、該測定センサが該測定センサのそばを通過するパリソンの表面温度を検知することが知られている。このような実施態様の場合、コントロールの案内値はパリソンの表面温度である。この測定値はたとえば目標値と比較することができ、すなわち温度制御装置のコントロールはパリソンの表面温度に対する目標値へのコントロールに設定されていてよい。
【００１１】
公知の温度制御装置の場合、パリソンの長手方向に重設されている加熱要素に関し区別を行うことが一部採用されている。たとえば、重設されている加熱要素に対しそれぞれ固有の加熱出力を定義し、この加熱出力を制御機構によって調整および／または制御する。たとえば、異なる高さレベルで配置されている加熱要素の加熱をどのようにして異ならせるかどうかを、制御機構内でたとえば操作者によって予調整として行うことができる。このために、制御機構はたとえば高さに特有のパラメータを提供することができる。さらに、すべての加熱要素に対し使用される上位の出力パラメータを設定することが知られている。制御機構によって設定される、１つの放射器面の実際の加熱出力、すなわち１つの同じ高さレベルに配置される加熱要素の実際の加熱出力は、両パラメータの積によって得られる。加熱要素面ごとに加熱出力を個別に調整することにより、特定の加熱プロファイルを設定可能である。したがって、たとえばそれぞれの面内での加熱出力を、パリソンの特定の領域がより強く加熱されるように調整することができる。同時に、すべての加熱要素に対して共通の上位の出力パラメータを介して、加熱出力をまとめて調整することができる。この場合の温度制御装置のコントロールは、技術水準においては、高温計の測定値に依存して上位の出力パラメータを再調整することによって行われる。高温計の測定値はコントロールの案内量を表しており、すなわちたとえばパリソンの表面温度を表している。技術水準においては、高さ特有のパラメータは、ほとんどの場合調整されずに、パリソンの軸線方向における所望の温度プロファイルから得られる。典型的には、高さ特有のパラメータは機械を設置する際または試運転する際に設定され、たとえば他のパリソンへの生産転換の場合に必要に応じて操作者により変更される。
【００１２】
技術水準においては、ブロー成形を終了した容器の壁厚を測定技術で検知し、この測定値を加熱コントロールの案内量として利用することも知られている。特許文献８および特許文献９はこの技術水準に対する例であり、そこには加熱出力を付設のセンサを用いて、高さを選択してコントロールすることが記載されている。
技術水準では、温度制御装置内で支配的な温度はたとえば温度センサによって検知され、温度センサはたとえば温度制御装置のリフレクタ内に配置されていてよい。このような温度検知は、たとえば、温度制御装置内へのパリソンの挿入を開始させる特定の目標温度に温度制御装置が達したかどうかを確定するために使用することができる。複数のこのような温度センサを設けることも可能である。
【００１３】
温度制御装置をコントロールするための上述した方法は、種々の理由から、まだ改善の余地があると見なされる。高温計測定はたとえばパリソン外面にて行われるが、しかしその温度はパリソン内面の温度とはかなり異なっていることがある。これは、たとえば、パリソン内部での吸収を通じて加熱線が作用するためであり、吸収はパリソン外面で最大であるためである。というのは、そこでは加熱線はまず衝突し、パリソンを貫通する際に強度が指数関数的に減少するからである。熱的な補償プロセスが行われるが、通常パリソンに対し使用される熱可塑性材料は少なくとも熱伝導性が悪く、その結果温度差が補償されるのは緩速である。周囲条件が変化すれば、外面温度に影響することがあり、たとえば機械のシーケンシャルスタートまたは生産稼働における中断に影響する。この限りでは、温度制御装置を離れる際のパリソンの外面温度は、パリソン内部のエネルギー含有量とエネルギー分布とを常に十分正確に反映しておらず、他方でパリソン内部のエネルギー含有量とエネルギー分布とは成形を終了した容器内部での材料分布を決定し、よって容器特性を決定するものである。案内量としてパリソン温度を用いるコントローラは、外乱量に対し十分堅固なものであるとは見なされない。壁厚の測定技術的検知はいくつかの測定コストを伴うものであり、すでにこの理由から改善の余地がある。また、成形工程が完全に終了した後よりもその前に案内値が検知されれば望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】独国特許出願公開第４３４０２９１Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４２１２５８３Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第２３５２９２６Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許第７９１４７２６Ｂ２号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第２０１０００７５４１Ａ１号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第２７４９３９７Ａ１号明細書
【特許文献７】国際特許出願公開第２０１１／０６３７８４Ａ２号パンフレット
【特許文献８】国際特許出願公開第２０１０／０５４６１０Ａ１号パンフレット
【特許文献９】国際特許出願公開第２００７／１１００１８Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、ここで改善を行い、パリソンの温度コンディショニングのクオリティを、従ってパリソンから製造される容器の品質をも改善することである。外乱量に対するコントロールの堅固さも改善させるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この課題は、請求項１または請求項７に記載の方法、請求項８に記載の温度制御装置、請求項１３に記載の機械によって解決される。更なる有利な構成は、従属項に記載されている。
【００１７】
本発明によれば、核心的にパリソンの温度制御装置のコントロールを案内量である延伸力を用いて行う。温度コンディショニングはこの温度制御装置内で行われ、その結果この温度制御装置のコントロールは、本発明によれば、案内値に従って行われ、案内値は物理学的量である延伸力に対しダイレクトな関係にあり、これから延伸力を導出することができる。一方では、適当な力測定機構を配置することによって延伸力をダイレクトに検知することが可能である。他方では、他の量を検知して、または、数学的方法を使用することによって延伸力を演算することができるような値を測定することが可能である。有利には、この値は延伸力に対し比例関係にある。コントロールの目的のためには、延伸力を必ずしも検知した値から導出する必要はない。検出した値は、特に比例関係がある場合、特に線型的比例関係がある場合に、温度制御装置のコントロールのためにダイレクトに関連付けてよい。
【００１８】
延伸機構、たとえば延伸棒が機械的に駆動される場合、延伸力の測定をたとえばひずみゲージを介して測定技術で行うことができる。延伸棒が液圧または空気圧で駆動される場合には、たとえば駆動媒体の圧力の測定技術的検知は、延伸力を導出可能な量を検知することになる。しかしながら、ひずみゲージを備えた延伸棒と付属の測定技術とを用いた測定は非常に面倒である。それ故、延伸機構、特に延伸棒が、電流測定の可能性を提供する電気延伸システムを有しているのが有利である。これにより、付加的な測定器具なしに、電流測定から延伸力を推定することができる。
【００１９】
本発明による延伸力に従って温度制御装置をコントロールすることを、欧州特許第２１１７８０６Ｂ１号明細書においてその段落［００５７］で説明されているようなコントロールと混同してはならない。この文献では、延伸力はブロープロセスのパラメータをコントロールするために使用されるが、しかしこのブロープロセスは温度コンディショニングを行った後に実施される。そこで問題にしているのは、延伸力と直接に関係のあるブロー圧のコントロールであることは明らかである。なぜなら、ブロー圧が上昇すると延伸力の生成は小さくなり、その逆も生じるからである。前記欧州特許第２１１７８０６Ｂ１号明細書においては、温度コンディショニングのコントロールと接触点はない。前述した二つのプロセス、すなわち温度コンディショニングとそのコントロールおよび成形プロセスとそのコントロールは、単にパリソンから容器を生成するという製造方法を共通にしているにすぎない。コントロール技術的には両プロセスは切り離して考慮すべきである。
【００２０】
技術水準では、複数種類の延伸機構が知られている。実際に価値が認められたのは、他の部分で延伸棒を使用することである。それ故、延伸機構が電気延伸棒駆動部によって駆動される延伸棒として、特にサーボモータまたはリニアモータとして形成され、その際測定技術的に電気延伸棒駆動部の消費電流を検知するのが有利であると提案する。この場合、条件は測定技術的に簡潔であり、測定技術的に容易に検知可能なサーボモータまたはリニアモータの電流は、消費した延伸力を推定することをも可能にする。
【００２１】
簡単なコントロール技術的な転換の意味で、コントロールのために延伸力曲線または案内値推移の特定の特性値のみを関連付けること、たとえば曲線推移の中での極大値を関連付けることが有利である。また、たとえば延伸力曲線または案内値曲線の特定の範囲にわたって積分を行うことで、それから得られる延伸エネルギーまたは案内値エネルギーをコントロールのベースにするのも有利である。これら有利な値の複数を採用してもよい。これは、検知した測定値を延伸力に換算するのではなく、コントロールのためにダイレクトに関連付けるという事例に対しても有効である。この事例でも、前述した特性値および／または特定の測定値範囲にわたる積分の使用が有利である。
【００２２】
温度コンディショニングのコントロールは、パリソンの外面温度を検知し、出力コントローラに第２の案内値として供給することにより、さらに改善させることができる。温度制御装置は、パリソンを昇温させるための加熱機構と、パリソンに冷却媒体を作用させるための冷却機構とを有している。この場合、冷却機構（たとえばファン）と加熱機構（たとえば加熱放射器）とは加熱コントローラによってそれぞれ異なる案内値を用いてコントロールされ、特に冷却機構は案内値である外面温度に関して、そして加熱機構は案内値である延伸力またはこれと関連している量に関してコントロールされる。このコントロール技術的な割り当ての逆も、本発明の範囲内で実現可能である。加熱と冷却を同時に行うことによって、動的バランスと安定な温度コンディショニングとを好適に設定することができる。特に、このようにしてパリソン内部で、すなわちパリソンの壁内部で半径方向における温度プロファイルを設定することができる。
【００２３】
延伸力は仕上がった容器内での材料分布と直接関係しており、よって容器特性と直接関係しているため、加熱コントローラが延伸力としての案内値を、または、延伸力を導出可能にする案内値を、案内値である外面温度よりも優先するのが有利である。
延伸棒の駆動部は延伸力をもたらすばかりでなく、たとえば延伸棒が案内されているパッキンにおいて延伸棒の運動によって発生する摩擦損失を補償しなければならない。それ故、コントロールを改善するため、この摩擦力を測定技術で検知し、コントロールの際にたとえば検知した電流値を摩擦分だけ清算することによって摩擦力を考慮するのが有利である。無負荷行程では、延伸棒の運動はパリソンなしで実施される。摩擦損失は、自らの慣性に抗した延伸システムの加速が終了したが、しかしパリソンの延伸がまだ始まっていないような、延伸力曲線または案内値曲線の範囲が考慮されることによって、考慮することができる。複数の無負荷行程を実施することが有利なのは、これによって延伸棒の全延伸距離にわたって摩擦損失に関する情報が得られ、他方前述の他の事例では、摩擦損失が、延伸システムの加速の領域およびパリソンの延伸の領域において、効果的に投入される力と重合し、摩擦損失と加速力または延伸力との間に分裂は起こりえないからである。
【００２４】
測定技術で検知した値、たとえばフィルタリングの値を、案内値としてコントロールのベースにする前に、平滑化するのが有利である。
【００２５】
上述したことは、本発明による装置に対しても適用される。
【００２６】
延伸力または延伸力を導出可能な案内値が温度制御装置をコントロールするための案内値として用いることに基本的に適しているということは、たとえばＰＥＴの膨張硬化特性から生じる。ＰＥＴはここでは代表的なものであり、すでに従来でもパリソンから容器を成形して製造するために使用される熱可塑性材料という部類に対する一般的なものである。ＰＥＴは単に特に適している熱可塑性パリソン材の一例にすぎない。すなわち膨張硬化特性から、成形プロセスの間に発生する力は成形される容器の後の特性において重要な役割を演じると推定することができる。この場合、一方ではパリソン内へ挿入される成形流体の圧力は力としてパリソンに作用し、他方ではたとえば生じる容器ブローを案内して延伸力を作用させる延伸棒の力が作用する。種々の実験に基づき、たとえば延伸棒によって行使される延伸力が仕上がった容器の特性と非常に敏感に結びついていることが確認された。
【００２７】
案内値である延伸力の、または、延伸力を導出可能な案内値の測定技術的に簡単な検知は、たとえば電気駆動部によって駆動される延伸棒が設けられていれば可能である。電気式延伸棒駆動部を備えたこのような延伸棒の一例は、たとえば欧州特許第２１１７８０６Ｂ１号明細書に見られる。そこに開示されているサーボモータでは、たとえばモータ電流、スピンドル傾斜、およびモータのトルク定数Ｋφを用いてパリソン長手方向での力を数１から求める。モータ電流自体は、すでに案内値として適している量である。というのは、これから延伸力を導出可能であり、すなわち演算によって可能だからである。しかも、延伸力はほぼ電流に対し線形比例している。
【００２８】
【数１】
2021504181.tif 000003
【００２９】
本発明の更なる利点、構成、詳細は、図面を参照して以下に説明する実施形態から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】成形機またはパリソンから容器を成形するための機械の概略図である。
【図２】温度制御装置の加熱箱の概略図である。
【図３】温度プロファイルを併せて示した、温度コンディショニングされるパリソンの原理図である。
【図４】成形機の可能な制御構成の概略図である。
【図５】温度制御装置をコントロールするための公知のコントロール図である。
【図６】温度制御装置をコントロールするための本発明によるコントロール図である。
【図７】延伸距離に依存する延伸力曲線の図である。
【図８】温度制御装置の加熱出力とパリソンの検知された外面温度との関係、および、温度制御装置の加熱出力と検知された延伸力との関係を示す図である。
【図９】延伸棒の無負荷行程の際にフィルタリングされる延伸力曲線の一例を示す図である。
【図１０】外乱量補償を含む温度制御装置のコントロールにおけるコントロール諸関係に対するブロック構成図である。
【図１１】ＰＴ−ｎ項のブロック構成図である。
【図１２】コントロール技術量を説明するための温度制御装置の概略図である。
【図１３】外乱量補償のない図１０に対応する、温度制御装置のための簡潔化されたコントロール区間に対するブロック構成図である。
【図１４】延伸棒を電気駆動部によって位置決めするようにした、成形ステーションの一例としてのブローステーションの斜視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
原理的に技術水準から知られている、成形機１０の構成が、図１に図示されている。この図はこのような成形機１０の有利な構成を示すもので、複数の成形ステーション１６を担持する回転作業ホイール１１０を備えた回転機である。図示を簡潔にするため、このような複数の成形ステーション１６のうちの１つの成形ステーションのみが図示されている。供給機構１１２からは、プレフォームとも呼ばれる、概要を示したパリソン１４が、受け渡しホイール１１４を使用して連続的に温度制御装置１１６に供給される。炉とも呼ばれ、パリソン１４を加熱区間に沿って搬送し、その際に熱的にコンディショニングを行う温度制御装置１１６の領域では、パリソン１４を使用目的に依存してたとえばその口部分２２でもって鉛直方向上向き、または、鉛直方向下向きに搬送することができる。温度制御機構１１６は、たとえば、加熱区間を形成するための搬送機構１２０に沿って配置されている複数の加熱機構１１８を備えている。搬送機構１２０として、たとえばパリソン４を保持するための複数の搬送心棒を備えた周回チェーンを使用することができる。複数の加熱機構１１８としては、たとえば赤外線または光を放出するダイオードまたはＮＩＲ（非電離）放出器を備えた複数の加熱箱が適している。このような温度制御装置は技術水準で多種のものが知られており、加熱機構の構造的詳細は本発明にとって重要ではないので、図２および図１２に対する説明以上の詳細な説明は省略することとし、特にブロー成形機および延伸ブロー成形機の温度制御装置に対する技術水準および成形機および充填機（まとめてフォーミングマシーンという概念でまとめられている）に対する技術水準を指摘しておく。
【００３２】
十分な温度コンディショニングを行った後、パリソン１４は受け渡しホイール１２２から回転可能に配置されている、すなわち鉛直方向の機械軸線ＭＡのまわりに回転するように駆動可能な作業ホイール１１０へ、または、作業ホイール１１０の周部に配分して配置されている成形ステーション１６へ受け渡される。作業ホイール１１０はこのような成形ステーション１６を多数備えており、これら成形ステーションの領域では、概略を図示した容器１２へのパリソン１４の成形も、設けられた充填物による容器１２の充填も行われる。このとき各容器１２の成形は充填と同時に行われ、その際充填物が成形時の圧力媒体として用いられる。これに対し、ブロー成形機では、この作業ホイール１１０での充填は行われず、充填は後の時点で充填ステーションを備えた充填ホイールで行われる。
【００３３】
成形と充填とを行った後、成形を完了し充填された容器１２は、取り出しホイール１２４によって作業ホイール１１０から取り出され、転送されて搬出区間１２６に供給される。作業ホイール１１０は、生産稼働時には連続的に所望の回転速度で回転せしめられる。１回転の間に、成形ステーション１６への１個のパリソン１４の挿入と、充填物による充填と、延伸棒が設けられている場合には延伸とを含むこのパリソン１４の容器１２への膨張と、成形ステーション１６からの容器１２の取り出しとが行われる。本発明を実施するため、延伸機構、たとえば延伸棒が設けられている。
【００３４】
図１の実施形態によれば、さらに、作業ホイール１１０に取り込み機構１２８を介して、概略を図示した密閉キャップ１３０が供給される構成になっている。これにより、作業ホイール１１０において既に容器１２の密閉を行うこと、取り出しホイール１２４を使用して、成形が完了し、充填を行い、密閉を行った容器１２を処理することが可能である。
【００３５】
パリソン１４に対する材料としては、種々の熱可塑性材料を使用できる。たとえばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタラート（ＰＥＮ）、またはポリプロピレン（ＰＰ）を挙げることができる。パリソン１４のサイズおよび重量は、製造すべき容器１２の大きさ、重量および／または形態に適合されている。
【００３６】
温度制御装置１１６の領域には、典型的には多数の電気部品および電子部品が配置されている。さらに、加熱機構１１８は湿度感知リフレクタを備えている。作業ホイール１１０の領域では液状の充填物を使用して容器12の充填と成形とが行われるので、電気的問題を回避するため、温度制御装置１１６の領域内への湿気の不慮の取り込みを回避するよう配慮するのが有利である。これは、たとえば、少なくとも１つのスプラッシュガードを提供する隔壁機構１３２によって行うことができる。さらに、受け渡しホイール１２２の領域で使用されるパリソン１４用搬送要素を適当に温度コンディショニングするか、または、付着する湿気が温度制御装置１１６の領域内へ到達できないように加圧ガスを衝撃的に作用させることも可能である。
【００３７】
パリソン１４および／または容器１２の取り扱いは、好ましくはトング、および／または、口部分２２に少なくとも部分的に内側または外側から付着力を作用させる締め付け心棒または差し込み心棒を使用して行う。このような取り扱い手段も技術水準からよく知られている。
【００３８】
成形機１０は、その制御の目的のため、或いは、その調整の目的のため、複数の測定センサを備えている。たとえば、温度制御装置１１６内に温度センサ１６０を配置して、温度制御装置１１６の温度を測定できるようにするのは通例である。さらに、技術水準では、時計方向に回転する搬送機構１２０の搬出側に温度センサ１６２を配置し、該温度センサがたとえば高温計として形成され、そのそばを通過する温度コンディショニングされたパリソン１４の表面温度を検知することが知られている。最後に、技術水準では、複数の測定センサを用いて完成した容器１２の測定を行うことも知られている。たとえば、搬出区間１２６に壁厚測定センサ１６４を配置して、そこを通過する容器の壁厚を検知することができる。上で取り上げたセンサは、たとえばパリソン長手軸線に沿って温度測定を実施するために、または、たとえば容器長手軸線に沿って壁厚測定を実施するために、高さをずらして配置される複数のセンサから形成されていてよい。温度制御装置１１６内にも複数の温度センサ１６０が配置されていてよい。
【００３９】
図１に例示した加熱機構１１８は、たとえば図２に概略断面図で詳細を示したような外観を呈していてよい。このような加熱機構は加熱箱とも呼ばれる。通常、この加熱箱１１８が複数加熱区間に沿って互いに横に並んで配置されて、パリソン１４を貫通させる加熱トンネルを形成する。
【００４０】
図２に概略断面図で図示した加熱箱１１８は複数の近赤外線放射器２０９を有し、図示した実施形態では、９個の近赤外線放射器２０９が鉛直方向に上限に配置され、これら近赤外線放射器のそれぞれが１つの加熱面を定義している。これら近赤外線放射器２０９は、必要であればすべて同じ出力で作動させることができ、または、個別に或いは複数のグループで異なった出力で作動させることもできる。パリソン１４の軸線方向の長さによっては、鉛直方向において下側にある放射器面はカットされていてもよい。パリソン１４内に温度プロファイルを得るためには、通常は、近赤外線放射器２０９を異なる放射器面で異なる加熱出力で作動させることが必要である。
【００４１】
近赤外線放射器２０９に対向して対向リフレクタ２０７が配置されている。対向リフレクタ２０７は、これに衝突する加熱線をパリソン１４の方向へ戻すように反射させ、従って加熱トンネル２１１へ戻すように反射させる。加熱トンネル２１１は下側を底部リフレクタ２１２によって密閉されている。パリソン１４は口側を支持リング遮蔽部２０５により加熱線に対し保護されている。これは、口領域はそれに形成されているねじ山とともに不必要な加熱から保護する必要があるからである。支持リング遮蔽部２０５は操作機構２０３に配置され、操作機構２０３は図１に対して説明したように周回するチェーンの一部であってよい。操作機構２０３はさらに締め付け心棒２０２を有し、締め付け心棒２０２はパリソン１４の口部分に係合して締め付け作用を及ぼす。このような締め付け心棒２０２とこのような操作機構２０３とは技術水準から十分に知られており、これ以上の説明は必要ない。前述した加熱箱１１８の基本構成も技術水準から知られている。
【００４２】
図１に基本構成を図示した温度センサ１６０は図２の加熱箱１１８内にも図示されており、この場合この温度センサ１６０は通常はリフレクタの背後に配置され、たとえばバックリフレクタ２０７の背後に配置される。この温度センサ１６０は加熱箱１１８の温度を検知する。基本的には、加熱トンネル２１１内部の温度を配置するか、或いは、加熱トンネル２１１の下方でパリソン１４の温度測定を行うことも可能である。
【００４３】
図３は、底部領域３０１が閉じて口部分３０２が開口している典型的なパリソン１４を断面図で示している。口部分３０２の領域には、雄ねじ３０３と支持リング３０４とが一体成形されている。温度コンディショニングを行った後、パリソン１４内にはある一定の温度分布が生じる。たとえばパリソン１４の軸線方向での適当な加熱により、パリソン１４の左側に図示したような温度プロファイルを発生させることができる。そこでは、底部領域内と支持リングの下方領域内とに、その中間にある領域内でよりも高い温度が実現されていることが認められる。しかしながら、パリソンを軸線方向に均一に加熱することも可能である。壁領域３０５を拡大した部分から、パリソン壁の内部にも温度推移が発生すること、または、目的に応じて調整可能であることがわかる。これは、とりわけ、半径方向外側では加熱放射を吸収することにより半径方向内側よりもより強く加熱されることによる。パリソン壁内の温度差は熱的補償プロセスによって時間とともに解消されるが、しかしこの温度補償プロセスは典型的にはＰＥＴから成っているパリソンにおいては比較的緩速である。
【００４４】
補助的に、パリソン１４に周方向においても温度プロファイルを備えさせてもよい。これはたとえば以下で非円形容器（たとえば楕円形容器）へ成形されるパリソンに対して公知である。
【００４５】
図４は、成形機１０のための制御機構４００の１つの可能なモジュール型制御構成の概略図である。文字Ａはマスターコントロール部、文字Ｂは温度制御装置の制御または調整のための制御機構、文字Ｃはたとえば作業ホイール１１０を駆動するための制御部、文字Ｄはたとえば緊急停止スイッチのような安全機構、文字Ｅは成形プロセスのための制御機構、すなわちたとえば延伸棒の可能な駆動のための制御機構、成形流体の供給をオンオフする切換え弁のための制御機構などを表している。ディスプレイ４０１上には、制御に重要なデータが表示され、マスターコントロール部からデータライン４０５を介して表示すべき値がディスプレイ４０１に供給される。ディスプレイ４０１は入力ユニットとしても機能し、この入力ユニットを介して入力される値を結合ライン４０５を介してマスターコントロール部Ａに受け渡すことができる。他のデータライン４０２，４０３，４０４とデータライン４０５とはたとえばデータバスとして実施されていてよく、たとえばデータをマスターコントロール部Ａと他の制御モジュールとの間でまたは制御モジュール間同士で伝送するために用いられる。
【００４６】
図５は、基本的に技術水準で知られている加熱コントロール用制御機構Ｂの概略構成図で、案内値として１つのパリソンの表面温度Ｔ外側が選定されている。図示したこのコントロール部でコントロールされる温度制御装置は、加熱機構１１８とファンの形態の冷却機構１１９とでもって作動する。コントロール部は、作業点として、スタート加熱出力Ｐ加熱０と、本実施形態では加熱放射器に加えてパリソン表面の冷却が設けられているので、スタートファン出力Ｐファン０とを含んでいる。その際温度制御装置のコントロールは、パリソン１４の表面温度の測定に基づいて行うべきであり、この目的のため、図１に対し説明したように加熱区間の端部に高温計１６２が配置されている。高温計１６２を用いて測定したパリソン１４の表面温度Ｔ外側、実測に基づいて、コントロール部は加熱機構１１８の加熱出力を追跡する。さらに、周辺温度を検知して、この周辺温度をも温度制御装置のコントロールに組み込むように構成してよい。図示した実施形態では、加熱出力の低下を検知するように構成されている。加熱出力の強い低下を阻止するため、出力ΔＳｕを下回ると、冷却機構１１９による表面冷却の出力を変化させる。加熱出力が降下すると、たとえば加熱コントローラがパリソンの表面温度の低下を確認して加熱出力を再び上昇させる間、表面冷却の出力を上げる。
【００４７】
図６は、２つの目標量と２つの操作量とを用いて加熱コントロールするための制御機構Ｂを備えた本発明による加熱制御の１例を示している。第１の目標量として量Ｆ延伸、実測／Ｆ延伸、目標を選定し、すなわち延伸力または延伸力を導出可能にするための量、或いは、それから求められる量、たとえば変形作業量を選定する。第２の目標量として量Ｔ表面、実測／Ｔ表面、目標を選定し、すなわち１つのパリソンの表面温度を選定する。操作量として、一方では温度制御装置の加熱機構１１８の加熱出力Ｐ加熱を選定し、他方では冷却機構１１９の冷却出力Ｐファンを選定する。コントロールの頑強性を向上させるため、図６に図示したコントロール構成は非集中多変数コントローラとして構成されている。
【００４８】
温度制御装置の非定常挙動を改善させるため、図６によれば外乱量フィードフォワード制御部ｋ２がコントローラ内に統合されている。外乱量フィードフォワード制御部ｋ２は、実測炉温度Ｔ炉、実測と定常炉温度Ｔ炉、定常、すなわちある一定の作動期間後に熱的平衡状態に到達した後の炉温度との差に依存して、ファクタに平衡状態加熱出力Ｐ加熱０に対する付加的な出力百分率を加算する。Ｐ加熱０は、基本値である。すなわち、温度制御器または炉が平衡状態に到達する前により高い加熱出力が生じて、パリソンを所望の温度へもたらす。図６に示したブロック構成図は、さらに、内部カップリングを弱めるためにデカップリングブランチｋ１を設けている。図示した実施形態では、目標量Ｆ延伸、実測／Ｆ延伸、目標が目標量Ｔ表面、実測／Ｔ表面、目標よりも優先している。このブロック構成図では、外乱量フィードフォワード制御部は外乱ｋ２として図示されている。外乱ｋ２は、平衡状態条件があるときの温度制御装置の温度Ｔ炉、定常と温度制御装置の実測温度Ｔ炉、実測との間の差に依存させる。この温度差が大きければ大きいほど、外乱量作用がそれだけ大きく形成され、基本加熱出力に比べて加熱出力を高くさせるためにより大きなファクタを選択する必要がある。
【００４９】
加熱出力Ｐ加熱０およびファン出力Ｐファン０はこれらアクチュエータに対し設定された出力であり、作業点またはベース点を記述している。これらの出力は目標量に依存して変化させる。
【００５０】
本発明によれば、測定技術的に検知された量に基づくコントロールが行われ、この測定技術的に検知された量から延伸力を導出可能であり、或いは、この測定技術的に検知された量は延伸力そのものである。また、そこから求めた量によるコントロールも可能であり、たとえば延伸仕事量に基づいたコントロールも可能である。それ故、以下ではこの量をコントロールのためにその都度使用することができるような例に基づいて説明を行う。
【００５１】
図７は、延伸棒駆動部の電流消費量から、すなわちサーボモータの電流消費量から導出した、測定技術的に検出された延伸力曲線を示している。延伸力は延伸棒の延伸距離の上にプロットされており、パリソン丸頂部に到達するまでは延伸棒からパリソンに対し延伸力は作用しない。この距離部分ではまだ延伸は行われない。サーボモータのモータアーマチュア、伝動装置、および延伸棒の慣性力のために、図示したパワー推移には加速および減速も見える。延伸距離の開始時では、延伸システムの質量は加速される。延伸棒が一定の速度に到達すると（図示した事例ではほぼ５０ｍｍ前後）、摩擦力が確認される。これは一方では駆動部の伝動装置から生じるもので、他方では延伸棒表面と複数のパッキンとの摩擦力から生じるものである。複数のパッキンは、成形ステーションの、圧力の作用を受ける部分を、周囲から密封させている。延伸棒がパリソン丸頂部に接触すると、延伸力が増大する。図７では、これはほぼ１４０ｍｍ前後の延伸距離で行われる。Ｐ１弁が切換えられた後、延伸力は再び低下する。これは、パリソンの内部が同様に軸線方向の力を生じさせるためで、２００ｍｍよりもわずかに手前の延伸距離においてピーク１の点で延伸力低下として認められる。容器ブロー成形が進むに伴って、駆動力曲線の上昇としてパリソン材料の延伸硬化現象が延伸力曲線における第２の極大値であるピーク２において現れる。成形ステーションの底部型と衝突しないようにするためには、Ｐ１ステージの終了時に延伸棒を減速させる必要がある。このために必要な制動力は、本来の延伸のために使用される力と重なっている。
【００５２】
案内値として使用するために適しているのは、たとえば第１および／または第２のピーク（ピーク１および／またはピーク２）、或いは、延伸力曲線の一部領域、たとえばこれら２つのピークの間に実質的に存在している領域にわたる積分である。このような積分は延伸仕事量を表している。１つのパリソンを１つの容器に成形する際の成形プロセスは、容器を製造するための成形エネルギーをパリソン内に導入することによって簡潔化されている。この成形エネルギーは、熱エネルギー（パリソンの温度コンディショニング）と機械的エネルギー（パリソンの半径方向および軸線方向の膨張）とに分割される。これ以上の熱エネルギーを導入すると、成形するための機械的エネルギーがより少なくて済む。
【００５３】
機械的成形作業は、特定の成形圧または特定の体積流を持った成形流体をパリソンに作用させる作用力と、延伸棒によってもたらされる力とから構成される。延伸棒によって費やされる力は、上述したようにモータ電流を測定技術的に検知することによって求めることができる。
【００５４】
以下で図示し説明するのは、第２のピークが案内値として適していることの例である。図８に作成した測定結果は、この第２のピークを案内値として使用した実験の際に得られたものである。実験では、たとえば第２のピークと温度コンディショニング時の加熱出力との関係が調べ、すなわち加熱出力を変化させたときのピーク２における変化を調べた。比較のため、図８には、パリソンの表面温度が変化した加熱出力にいかに依存しているかも記載されている。この比較において、図８には、従来使用されている、高温計によって検知される表面温度よりも高い精度で、延伸力がパリソン内に取り込まれた加熱出力を、すなわち熱的に取り入れられたエネルギー含有量を反映していることが示されている。表面温度が上昇すると、または、加熱出力が上昇すると、延伸力は予想通り低下する。加熱出力を４２％（５５Ｎ）変化させると延伸力が低下するが、同じ変化で表面温度は３．５％（３．８℃）しか上昇しない。したがって、延伸力は表面温度に比べて加熱出力に関しより敏感であることが明らかになる。
【００５５】
図１０は、温度コンディショニングプロセスにおけるコントロール理論の主要なコントロール関連事項を説明するためのブロック構成図である。この場合、目標量Ｆ延伸とＴ表面とをあえて切り離して説明することにする。時定数と温度との混同を避けるため、温度に対しては以下でθを使用する。加熱出力Ｐ加熱およびファンの回転数ｎファン（最大回転数の％で）は、システム内への入力事項として用いる。加熱区間の端部に設けた高温計１６２を用いてプレフォームの表面温度θ表面を測定する。時間的にこれに続くブロープロセスでは、延伸力Ｆ延伸を測定する（または延伸力を導出可能な量）。延伸力は、温度コンディショニングプロセス後にプレフォーム内に含まれているエネルギー量ＱプレフォームとファクタＫＱＦとから得られる。このファクタは、ブローパラメータの調整に依存している。たとえばブロー圧を上昇させると、延伸棒がブローを誘導する量が少なくなる。したがって延伸棒は、温度コンディショニングによるパリソン内のエネルギー含有量の変動に対し鈍感にもなる。
【００５６】
加熱の終了と延伸力の測定との間の時間は、エネルギー含有量の観点からデッドタイムＴｚと表わされる。この時間の間、対流によるエネルギーロスが発生するが、エネルギー含有量の変化はわずかであり、それ故コントロール技術的に無視することもできる。
【００５７】
プレフォーム内に含まれているエネルギーＱプレフォームは、主に、温度制御装置によって取り込まれるエネルギーＱ加熱によって特定される。表面冷却によりエネルギーＱ冷却が除去される。温度制御装置が昇温時間後に達成される定常作動状態にあれば、周囲にある部品が暖められ、プレフォーム内に外乱エネルギーＱ外乱を取り込ませる長波の二次放射線を放出する。この外乱エネルギーは、ファクタＫＱθによって表面温度にも影響を与える。プロセスは温度制御装置の定常状態に調整されているので、このエネルギーがなければ、プロセスに変動が生じる。というのは、プレフォームはブロープロセスのために必要な全エネルギーを有していないからである。二次放射線がどの程度放出されるかは、リフレクタシートの温度θＰＴ１００によって査定することができる。しかしながら、エネルギーＱ外乱とθＰＴ１００との関係が正確に既知でないので、この関係は非線形関係ＮＬθＱによって記述される。温度θＰＴ１００は、加熱出力Ｐ加熱に依存しているＰＴ−１挙動でもって生じる。これは、長波二次放射線を好適に吸収することにより、プレフォームの表面温度に対し影響を及ぼす。これはファクタＫＱθによって表される。このファクタは、外乱エネルギーによって表面温度もいかに変化するかを記述する。
【００５８】
他の外乱は、プレフォームの入口温度θ０である。これはプレフォームの保管に応じて変化することがある。入口温度が上昇すると、同様に表面温度およびエネルギー含有量が上昇する。
【００５９】
加熱出力の上昇の場合、最後の加熱モジュール内にあるプレフォームは、温度制御装置内での滞留時間が短いためにあまり付加エネルギーを得ない。これに対し、出力上昇の時点でまさに温度制御装置の開始部にあるプレフォームは、この時点ですでに全付加エネルギー含有量を有している。どのプレフォームもこれら２つの事例の間にあってエネルギー蓄積体と見なすことができるので、オーバーシュートのない比較的高次の過渡応答が生じることは明らかである。
【００６０】
このような考察は表面冷却に対しても行うことができるので、温度制御装置のメインダイナミックスは次数ｋを備えた４つのＰＴ−ｎ項によって表される。
【００６１】
図１１は、このようなＰＴ−ｎ項のブロック構成図である。１つのＰＴ−ｎは、時定数Ｔｕｙを備えたｎ個のＰＴ−１項を並列接続したものから成っている。この場合、伝達項は補強Ｋｕｙを有する。個々のＰＴ−ｎ項は、Ｐカノニカル形に従って連結されている。
【００６２】
図１２は、複数の加熱機構１１８と複数の冷却機構１１９とを加熱区間１２０に沿って配置する構成と、これらを加熱出力およびファン回転数に対し記載したパラメータを用いて温度制御装置１１６のコントロールに取り込む構成とを説明する図である。この概要から、たとえば、どのパラメータが温度制御装置の温度コンディショニング作用に対しどこでいつ影響するかが明らかになる。定性的には、表面冷却の時間効率性のほうが加熱モジュールの時間効率性よりも常にいくぶん迅速であるということができる。表面冷却の操作量変更後のダイナミックスは、区間がより短いために、加熱区間のそれよりもより迅速に弱まる。ファンまたは加熱モジュールが回転数または加熱出力の変更後にこれらを調整するために必要とする時間は、無視できると仮定する。
【００６３】
温度制御装置のコントローラに適したコントロール区間のモデルを図１０に対して説明したが、外乱補償のないベースコントローラを図１３に示す。すなわち、図１０に対し取り上げられた外乱はここでは無視される。さらに、受け渡しでのデッドタイムＴｔとファクタＫＱＦとは４つの伝達項を用いてＰカノニカル形で描写される。加熱出力と表面冷却との作用に対しては、ファクタＫＰＦ（ＢＰ）とＫｎＦ（ＢＰ）が導入される。これらはブローパラメータベクトルＢＰに依存している。したがって、ブローパラメータが一定であれば、これらファクタも一定である。
【００６４】
温度と力はプレフォームのエネルギー状態に依存しているので、補強Ｋｕｙは図１３においては温度制御装置内での滞留時間に依存していることが補助的に認められる。これは生産速度ＰＧによって特定される。生産速度が減少すると、すべてのファクタが上昇する。これは、プレフォームが比較的長く各モジュールに滞留するからである。コントロール技術的に優れた近似では、たとえばこの影響は作業点のまわりで線形であることから出発することができる。
【００６５】
ベースコントローラは、案内値として表面温度および延伸力をコントロールするために用いる。アクチュエータは、加熱機構および表面冷却機構を引き続き維持させる。非集中型コントローラの使用は、簡潔なインプリメンテーションを可能にさせる。
延伸力は表面温度よりも容器品質に対し優れた関係性を有しているので、有利には延伸力を温度制御装置のための制御変量として使用するのが有利である。
【００６６】
プレフォームにおける半径方向の温度プロファイルを設定することは、目標量としての延伸力および表面温度との間接的な関連で可能である。エネルギー含有量（延伸力）を一定に保持させる場合、表面温度が低下すれば、プレフォームの内部の温度を上昇させねばならない。したがって、コントローラのこのような作用でもって内部温度を間接的に設定または保持することができる。
【００６７】
図６では、図１０に対し説明した制御回路がブロック構成図として示されている。温度制御装置は表面温度に対しても強く影響するので、ｋ１を備えた静的デカップリングが設けられる。温度制御装置に対する表面温度のデカップリングブランチは回避される。表面温度の変化は延伸力に影響するが、しかし容器の品質に関する表面温度の妥当性はより少ない。それ故、表面冷却の調整アクションがダイレクトに加熱出力に伝達される必要はない。
【００６８】
目標量として、たとえば第１または第２のピークおよび延伸仕事量を選択することができる。これら３つの量のすべてが温度コンディショニング後のプレフォーム内でのエネルギー含有量を記述するので、前記説明においては、「延伸力」またはＦ延伸という概念の下で３つの可能なすべての目標量が記述されている。有利には延伸仕事量が目標量と見なされるが、これは延伸仕事量が成形時におけるプロセスの経過全体を考慮しているからである。
【００６９】
温度制御装置の非定常状態、すなわち熱的バランスに到達する前の状態を近似的に補償するため、既知の定常温度からのずれをファクタｋ２を用いて出力として温度制御装置へ送る。すなわち、実験に基づいた調整により、図１３に対し説明したベースコントローラを用いても始動挙動の改善を達成できる。
【００７０】
Ｐ加熱０およびｎファンは、式の中でアクチュエータに対し設定した出力を表し、それ故作業点を記述している。差を形成する際の符号は、スタンダード制御回路に比べて逆になっている。これは、下に示した関係から結果するものである。すなわち、より高い加熱出力は延伸力を減少させ、より高い空気流は表面をより強く冷却させる。
【００７１】
Δ加熱出力〜−Δ延伸力
Δ空気流〜−ΔＴ表面
【００７２】
周囲温度または温度制御装置の汚染のような主要な外乱ファクタは非常に緩速に変化するので、コントローラに対する動的要求は少なくなる。優先すべきはプロセスの定常的精度であり、よって容器生産の過程でのコンスタントな容器品質である。
【００７３】
静的精度を達成するため、メインコントロール区間の非積分特性に基づいて、両コントローラ内にＩ成分を設ける。補助的に、閉じた回路のより優れたダイナミックスを得るため、ＰＩコントローラを使用する。ＰＩＤコントローラの使用は差し控える。というのは、制御回路を振動させないために、プロセスノイズに基づいてＤ成分が非常に小さく選定されることがあるからである。
【００７４】
以下では、たとえば目標量である延伸力をいかにして発生させることができるかのような、コントローラのいくつかの主機能について説明する。
【００７５】
延伸のスタート時、延伸力と、延伸距離と、ボトル内圧とを記録する。プロセス終了後、これらの測定系列をＯＰＣインターフェースを用いてコンピュータに送ってビジュアル化する。コンピュータはこれらのデータをたとえば搬出用にＣＳＶデータとして処理する。したがって、追加のものとして、曲線をマニュアルで評価することができる。しかしながら、上述したコントローラに対しては、案内値の形態で曲線のリアルタイム評価が必要である。
【００７６】
延伸力を求めるため、延伸棒駆動部からその都度最後のミリ秒の電流の実効値を出力させる。この実効値は駆動部内部のＦＰＧＡによって算出され、駆動部内部のＦＰＧＡは案内値発生器によるカスケードコントロールを用いた位置決めコントロールをも保証する。したがって、サンプリングレートが１ｍｓであれば、大きな情報ロスは生じない。なぜなら、最後のミリ秒の実効値形成によって全時間領域が検知されるからである。モータ内部での実効値形成により、整流器によって生じるノイズがすでにフィルタリングされる。しかしながら、発生した延伸力曲線はまだかなりのノイズ成分を含んでいる。それ故、オプションではあるが第１のステップとして、ディスクリートＰＴ１フィルタを用いたフィルタリングが設けられる。
【００７７】
図７に対し説明したように、延伸力曲線の種々の領域をコントロール技術的に活用することができる。しかし、摩擦が発生する領域も重要である。コントローラの延伸力基礎部分に対する可能な案内値として、２つのピークと延伸仕事量とが重要である。これらの値は特定の範囲で探索され、または検出される。これらが検出される領域はたとえば延伸距離に依存して設定される。
【００７８】
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【００７９】
上の図式は、アルゴリズムの一例の原理的な経過を表している。まず、データのどの領域で検出すべき値または摩擦が存在するかを識別する。次に、ディスクリートＰＴ１フィルタを用いてノイズを低減させる。この時点で平均摩擦力が検出される。平均摩擦力は、延伸棒の加速後、コンスタントな走行でプレフォームのドームに衝突するまで発生する。この力はオフセットとして曲線から差し引かれる。というのは、この平均摩擦力は摩擦ロスから結果するものだからである。この時点で、最大値または延伸力積分値が求められる。それぞれの量に対し複数の領域を延伸力曲線に設けるため、延伸棒の距離を使用する。この距離も延伸力と同じ解像度で記録される。この距離は、どの領域で摩擦力が発生し、ピークがあり、延伸仕事量が検出されるべきかを確定するため、延伸力曲線のｘ軸として利用される。この場合、複数の領域は交差していてよい。
【００８０】
アルゴリズムは、距離が記憶されているアレイを通過し、それぞれの距離範囲限界値のインデックスを求める。次に、延伸力曲線を値ごとに通過する。値が限界値の間にあれば、ピークに対し（正方向または負方向での）最大偏位と延伸仕事量とを求める。
【００８１】
複数の領域はたとえばマニュアルで設定でき、或いは、ピークの位置を自動特定して、そこから複数の領域を特定することもできる。複数の領域を確定するための択一的方法が可能である。
【００８２】
次に、検出したすべての関数値を出力する。したがって、このとき第１または第２のプロセスピークのいずれかおよび延伸仕事量を目標量「延伸力」としてコントローラの入力と結合させることができる。これにより、プロセスに依存して、ボトルの品質をもっとも反映するような値を選定することができる。オプションで、これらの値の一つのみを出力して、たとえば延伸仕事量のみを出力して、目標量として使用してもよい。
【００８３】
延伸力曲線を参照曲線として定義することが可能である。この参照曲線は、たとえば記憶された形態で存在し、たとえば現時点で検出された曲線から差し引かれる。フィルタによる位相ずれの影響を少なくさせるため、参照曲線を、たとえば現時点の曲線から減算する前に、同じフィルタ定数でフィルタリングする。したがって、これから結果する曲線はその後も同様にノイズなしに維持される。プロセスまたは延伸力曲線が参照曲線に同じであれば、ピーク１およびピーク２と延伸仕事量とに対する値として値０を出力させる。したがって、参照曲線を使用すれば、延伸力に対する案内値を明示的に設ける必要はない。
【００８４】
ブロー圧が変化すると、延伸力が変化することになる。それ故、安定なコントロールのためには、ブロー圧が変化したときにコントローラをオフにして、温度制御装置の調整を固定させるのが有利である。オフの時点でプレフォームの温度コンディショニングが変化しなかったということから出発するならば、圧力変化後に延伸力に対する実測値を新たな案内値として採用し、コントロールを再びオンにすることができる。同じことは他のブローパラメータの変化に対しても適用される。
【００８５】
図９は、延伸棒の無負荷ストロークの延伸力曲線を示している。読み取りアルゴリズムは、コンスタントな走行中の摩擦力をすでに差し引いている。しかしながら、延伸プロセスが通常的に行われる距離区間（図９において力が上昇している部分を参照）では摩擦力が上昇し続けている。複数のステーションはその困難性が異なっているために、摩擦力に対し測定された値は変動する。この状況を回避するため、測定システムである延伸駆動部を参照化するために複数の無負荷ストロークを使用することができる。読み取りアルゴリズムでは、参照曲線を現時点での延伸力曲線から差し引くことを行うことができる。この機能は、それぞれのステーションの無負荷ストローク曲線を延伸力曲線から差し引くために利用することができる。
【００８６】
図１４は、ブローステーション３を前方から見た斜視図である。特に、この図から、延伸棒１１が延伸棒担持体４１によって保持されていることが認められる。パリソンを成形し、同時に充填させる成形ステーションは、いかなる場合も延伸棒１１および延伸棒駆動部４９に関し同じ態様で実施されていてよい。
【００８７】
図１４は、ブローステーション３にブロー圧を供給するための空気圧ブロック４６の配置も示している。空気圧ブロック４２は複数の高圧弁４３を備え、これらの高圧弁は接続部４４を介して１つまたは複数の圧力供給部に接続させることができる。容器１２をブロー成形後、周囲に逃がすブロー空気は空気圧ブロック４２を介してまず消音器４５へ供給される。
【００８８】
ブロー工程の典型的な実施は、パリソン１４をブロー成形型４内へ挿入した後にブローステーション３のロックを行い、まずブロー圧で補助しながら延伸棒１１をパリソン１４内へ挿入することで、パリソン１４が軸線方向の延伸によって延伸棒１１上へ半径方向に収縮しないように行われる。この段階でブロー圧Ｐ１を供給する。延伸工程を完全に実施した後、より高圧のブロー圧Ｐ２で作用させることによって容器ブローを容器１２の最終輪郭へ完全に膨張させる。最大内圧Ｐ２は、容器１２が冷却によって十分な形状安定性に達するまでの間維持される。この形状安定性に達した後、ブロー圧供給をオフにし、延伸棒１１を再びブロー成形型１４から、よってブロー成形した容器１２から引き戻す。
【００８９】
図１４は、延伸棒担持体４１が連結要素４６と結合され、該連結要素が少なくとも部分的にカバー４７の背後で案内されていることも示している。連結要素４６は、たとえば図１４では認められないねじ棒を使用してサーボモータ４９によって位置決め可能である。ねじ棒の配置と、空気圧ブロック４２の機械的位置決めと、更なる詳細とは、例えば欧州特許第２１１７８０６Ｂ１号明細書においてその図５および図６に対し説明されている。
【００９０】
そこに示されているねじ棒は、クラッチを介してサーボモータ４９のモータ軸と結合されている。そこに図示されている実施形態では、モータ軸とねじ棒とは共通の長手軸線に沿って延在し、その結果ねじ棒はモータ軸の延長部として配置されている。これによって、モータ軸とねじ棒との特に伝動装置を必要としない結合が支援される。
【００９１】
ねじ棒と連結要素４６と延伸棒担持体４１とを介してサーボモータ４９を延伸棒１１と連結することは、外部負荷に対し堅固な、それにもかかわらずハイダイナミックなシステムを提供する。
【００９２】
サーボモータ４９のモータ電流を測定技術的に検知することから、現時点での延伸力を簡単に予想することができる。モータ電流の検知によって測定技術的に検知された延伸力に依存して、前述したような温度制御装置のコントロールを行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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