Grundlagen und Verfahren zur profilierten Erwärmung von PET-Preforms mit Mikrowellen

Die vorgelegte Arbeit trägt durch eine innovative Technologieentwicklung zur Einsparung elektrischer Energie in der industriellen Produktion des Massenproduktes "PET-Flasche" bei. In der Dissertation wird ein Verfahren zur produktionsgerechten Mikrowellenerwärmung der PET-Preforms entwickelt und optimiert hinsichtlich der Energieeffizienz und der für den Streckblasprozess benötigten Wärmeverteilung auf den Preforms.

PET-Flaschen werden im Streckblasprozess aus spritzgegossenen, amorphen Vorformlingen - den PET-Preforms - hergestellt. Vor dem Verstrecken müssen sie auf rund 100 °C erwärmt werden. Der Wirkungsgrad der etablierten Infrarot-Heiztechnik erreicht dabei nur etwa 20 %. Mikrowellen bieten aufgrund der großen Eindringtiefe für viele Kunststoffe die Möglichkeit einer effizienten, volumetrischen Erwärmung. In dieser Arbeit wurde für PET-Preforms eine Heiztechnologie mit Mikrowellen unter der Zielstellung hoher Energieeffizienz bei gleichzeitig guter thermischer Profilierbarkeit entwickelt. Als Heizvorrichtung wurde ein zylindrischer E010-Resonator analytisch für die Frequenz 2,45 GHz ausgelegt und experimentell umgesetzt. Zur thermischen Profilierung wurde eine axiale Bewegung der Preforms durch den Resonator mit angepasstem axialem Geschwindigkeitsprofil genutzt. Mittels numerischer Simulation wurde das System hinsichtlich der erzielbaren Energieeffizienz überarbeitet und optimiert. Der Einsatz dielektrischer Hilfskörper im Resonator und einer nachführbaren Schlitzblende ermöglichen einen Energieeintrag in die Preforms von bis zu 92 % der eingesetzten Mikrowellenleistung.