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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Heizvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 4.
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Gattungsgemäße Heizvorrichtungen sowie Verfahren kommen zum Einsatz bei der Herstellung von Kunststoffbehältern aus Vorformlingen, die aus einem thermoplastischen Material bestehen. Die Heizvorrichtungen sind kanalförmig ausgebildet und die Vorformlinge werden z.B. mittels einer Förderkette durch den Heizkanal geführt. In der Regel hält die Förderkette die Vorformlinge an ihren bereits fertig ausgebildeten Mündungsbereichen, die später die Behälteröffnung darstellen, und der zu temperierende Teil taucht in den Heizkanal ein. Denkbar sind aber auch andere Transportvorrichtungen, z.B. Förderbänder zur stehenden Beförderung, oder ein Transport mittels Zangen.
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In der Heizvorrichtung werden die Vorformlinge so temperaturkonditioniert, dass sie in einer stromabwärts zu der Heizvorrichtung angeordneten Blasvorrichtung mittels Einleiten von Gas unter Druck in die gewünschte Behälterform expandiert werden können. Gegebenenfalls kann dieser Vorgang durch eine Reckung mit einer Reckstange unterstützt werden. Genauso gut ist es auch möglich, dass die Expansion der Behälter nicht mittels Gas sondern bereits mit dem abzufüllenden Füllgut erfolgt.
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Die Heizvorrichtung ist davon relativ unabhängig, ob die Behälterformung mittels Gas und/oder Streckung bzw. Einleiten von Füllgut und/oder Streckung erfolgt. Wichtig ist, dass die Vorformlinge die erforderliche Temperaturkonditionierung erfahren, die den nachfolgenden Formungsschritt erlaubt.
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Gattungsgemäße Heizvorrichtungen sind insbesondere modular aus sogenannten Heizkästen aufgebaut. Jeder Heizkasten besitzt an seiner einen Seite insbesondere mehrere Heizelemente bei denen es sich zum Beispiel um sich in Richtung der Förderkette erstreckte Linearstrahler (Infrarot) handeln kann. Auf der gegenüberliegenden Seite des Heizkastens sind Reflektorelemente vorgesehen, die die von den Heizelementen emittierte Wärmestrahlung in den Heizkasten zurücklenken. Es versteht sich, dass die Förderkette, die Reflektorelemente und die Heizelemente so zueinander ausgerichtet sind, dass die z.B. in den Heizkästen hängenden oder stehenden zu temperierenden Bereiche der Vorformlinge mit Strahlung beaufschlagt werden.
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Um Ausschuss zu reduzieren ist es erforderlich, dass die Vorformlinge die Heizvorrichtung alle mit möglichst übereinstimmendem Temperaturprofil verlassen. Nur so ist gewährleistet, dass die nachfolgende Behälterformung standardisiert und reproduzierbar ablaufen kann. Dazu ist es erforderlich, dass die Vorformlinge beim Passieren des Heizkastens bzw. des Heizkanals an übereinstimmenden Orten eine übereinstimmende Strahlungsdichte erfahren. Die Strahlungsdichte setzt sich in der Regel aus der von den Heizelementen emittierten Strahlung sowie dem von den Reflektoren zurückgelenkten Strahlungsanteil abzüglich der vom bestrahlten Vorformling absorbierten Strahlung zusammen. In der Regel wird versucht einen Gleichgewichtszustand einzustellen, bei dem möglichst Schwankungen in der Strahlungsdichte vermieden werden.
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Ein Problem stellt sich allerdings, wenn eine neue Behälterreihe in die Heizvorrichtung eingeführt wird bzw. das Ende einer Kette durch die Vorrichtung läuft. Dies kann der Fall sein bei Produktionsstart oder -ende aber auch, wenn es in der Kette zu Lücken kommt, z.B. weil sich Vorformlinge verhaken und entfernt werden müssen.
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Im Betriebszustand d.h. bei einer durchlaufenden Kette, sorgen die jeweils vor einem bzw. hinter einem Vorformling befindlichen weiteren Vorformlinge mit ihrem Schattenwurf bzw. ihrer Absorption von Strahlung dafür, dass der betreffende Vorformling nicht zu stark erwärmt wird. In der Regel erfolgt die Strahlung dabei nur von den gegenüberliegenden Seiten durch die Heizelemente und den Reflektor. Die Front- und Stirnseiten des Vorformlinges werden dagegen von den vor bzw. nachlaufenden Vorformlingen abgeschattet. Aus diesem Grund werden die Vorformlinge meistens auch um ihre Längsachse rotierend durch die Heizvorrichtung geführt, um eine gleichmäßige Temperierung zu erreichen. Der Schattenwurf fehlt allerdings bei den jeweils endständigen Vorformlingen einer Produktionskette. Diese Vorformlinge d.h. erfahrungsgemäß z.B. die jeweils ersten vier und die letzten vier einer Kette werden daher mit zu hoher Strahlungsintensität beaufschlagt, wenn die Heizvorrichtung bereits von Beginn auf Betriebstemperatur gefahren wird, und können gegebenenfalls schmelzen oder sich nicht definiert verformen lassen.
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Ebenso problematisch ist die Situation bei sogenannten Doppelgasse-Heizsystemen, bei denen zwei Heizkanäle nebeneinander angeordnet sind. Die Vorformlinge werden zunächst durch den einen Kanal geführt, an dessen Ende umgelenkt und durch den zweiten Kanal zurückgeführt. In der Regel sind die beiden Kanäle direkt nebeneinander angeordnet und weisen an ihren jeweils inneren Seiten die Heizelemente auf und an ihren äußeren Seiten die Reflektorelemente. Beim Start einer Produktionskette kann es auch bei diesen Systemen wiederum zu dem Schattenwurfproblem kommen. Ergänzend kommt hinzu, dass die Behälterkette zunächst den einen Heizkanal durchläuft, während der andere noch behälterfrei ist, d.h. aus diesem Kanal wird keine Strahlungsenergie von durchlaufenden Vorformlingen abgeführt. Dadurch heizt sich in üblichen Vorrichtungen der nicht beladene Kanal stärker auf, als eigentlich für das gewünschte Temperaturprofil erforderlich ist und dieser heizt dann auch den angrenzenden beladenen Heizkanal und damit die darin befindlichen Vorformlinge ebenfalls stärker auf als erforderlich. Auch in diesem Fall können mehrere Vorformlinge an der Spitze bzw. dem Ende einer Behälterkette von einer falschen Temperierung betroffen sein.
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In Zusammenhang mit dem Schattenwurfproblem schlägt die
DE 10 2012 101 915 A1 eine Heizvorrichtung vor, die ein Puffersystem für mindestens einen Vorformlingsplatzhalter aufweist. Bei einem neuen Produktionsstart wird der Platzhalter an Stelle eines Vorformlinges an die Spitze der Kette gesetzt und in einem späteren Schritt nach Verlassen der Heizvorrichtung wieder entfernt. Auf diese Art und Weise wird vermieden, dass der erste reguläre Vorformling zu stark erwärmt wird.
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In einem anderen Zusammenhang schlägt die
DE 10 2010 029 644 A1 vor, über eine entsprechende Einstellung von schnell reagierenden Heizelementen den ersten Vorformling einer Kette weniger stark zu erwärmen als die nachfolgenden Vorformlinge. Auf diese Weise sollen eventuelle unterschiedliche Temperaturen der Vorformlinge, mit denen sie in die Heizvorrichtung einlaufen, kompensiert werden.
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Aus der
EP 3 141 372 A1 sind Reflektoren bekannt, die höhenverstellbar und seitlich verschiebbar sind, um den von den Reflektoren begrenzten Raum einzustellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine weitere Möglichkeit bereitzustellen, mit der sich die oben geschilderten Probleme vermeiden lassen.
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Gelöst wird die Aufgabe mittels einem Verfahren gemäß Kennzeichen des Anspruches 1 sowie einer Heizvorrichtung gemäß Kennzeichen des Anspruches 4. Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung bildet wie die bekannten Heizvorrichtungen eine Art Heizkanal aus, durch den die Vorformlinge an mit einer Transporteinrichtung, z.B. einer Förderkette, nacheinander durchgeführt werden können. In der Regel ist ein solcher Heizkanal aus einem bzw. mehreren Heizkästen aufgebaut. Diese Heizkästen sind an ihren Stirnseiten offen, so dass die Vorformlinge hinein und hinaus geführt werden können. An ihrer einen Innenseite weisen sie Heizelemente z. B. Infrarotlinearstrahler auf. Auf der den Heizelementen gegenüberliegenden Seite sind Reflektorelemente vorgesehen, die die von den Heizelementen emittierte Strahlung in den Heizkasten zurücklenken. Die Heizkästen sind üblicherweise mit einer Steuereinrichtung verbunden, die die Heizelemente zur Einstellung der gewünschten Temperaturkonditionierung der Vorformlinge ansteuert.
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Anders als im Stand der Technik sind die Reflektorelemente jedoch nicht orts- und positionsfest aufgenommen, sondern lassen sich in ihrer Stellung in dem Heizkasten verstellen. Die Verstellung der Reflektorelemente erfolgt ebenfalls über die Steuervorrichtung, die die Reflektorelemente auf eine vorgegebene Position einstellen kann.
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Mit dem Begriff Reflektorelemente sollen alle Elemente verstanden werden, die diffus oder spiegelnd auftreffende Strahlung reflektieren können. Die Reflektorelemente können jeweils die gesamte Länge des Heizkastens abdecken. Genauso gut ist es auch möglich, dass mehrere kleinere Reflektorelemente in dem Heizkasten vorgesehen sind, die jeweils nur eine Position für einen Vorformling aufweisen. In dem Fall würde die Anzahl der Reflektorelemente der Anzahl der Vorformlinge entsprechen, die bei voller Beladung in dem Heizkasten gleichzeitig anwesend sind. Selbstverständlich sind auch andere Teilungen möglich. Ähnlich wie die linearen Heizelemente können auch mehrere übereinander angeordnete Reflektorelemente in Längs- d.h. Förderrichtung der Vorformlinge in dem Heizkasten angeordnet sein. Denkbar sind auch andere Positionen. Natürlich können die Reflektorelemente auch vertikal verlaufend angeordnet sein, sodass sie jeweils ein Vorformling in seinem gesamten zu temperierenden Bereich abdecken.
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Der Begriff einstellbar ist ebenfalls weit zu verstehen. Die Reflektorelemente können z.B. sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Ausführung verschwenkbar in dem Heizkasten gelagert sein. In diesem Fall könnten die Reflektorelemente zwischen einer geschlossenen Stellung, in der sie maximale Reflexion liefern und einer bzw. mehrerer Stellungen verstellt werden, in der z.B. vertikale Reflektorelemente nicht mehr parallel zur Förderrichtung ausgerichtet sind und weniger Reflektion liefern. Im Fall von horizontal verlaufenden Reflektorelementen, könnten diese wie bei einer Lamellenjalousie zwischen einer geschlossenen und einer aufgeklappten Stellung verfahren werden.
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In allen diskutierten Fällen kann durch entsprechende Einstellung der Reflektorelemente einerseits die Reflexionsleistung bzw. Richtung gezielt eingestellt werden. Außerdem werden bei einem entsprechenden Verstellen z.B. verschwenkbarer Reflektorelemente in eine offene Position die Abstände zwischen den Elementen größer und es wird mehr von den Heizelementen emittierte Strahlung durch die Lücken nach außen abgestrahlt als in der geschlossenen Stellung, wodurch ebenfalls die Energiedichte im Kanal reduziert wird.
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Weiterhin denkbar ist natürlich auch die Reflektorelemente bezüglich ihres Abstandes von den Heizelementen veränderbar anzuordnen und einzustellen. Auch in diesem Fall kann durch entsprechende Vergrößerung des Abstandes zu den Heizelementen die Strahlungsdichte verringert werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung lässt sich also auf einfache Weise schnell die Strahlendichte in dem Heizkanal über Ansteuerung der Reflektorelemente verringern bzw. einstellen, ohne dass eine Änderung der Heizleistung der Heizelemente erforderlich ist. Diese Heizelemente könnten daher von Anfang an in der für eine optimale Temperaturkonditionierung der Vorformlinge im Betriebszustand optimierten Einstellung betrieben werden.
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Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung bietet also die Voraussetzungen, um den oben erwähnten Problemen beim Einlaufen bzw. Nachlauf einer Vorformlingskette bzw. beim Auftreten von Lücken in einer Heizvorrichtung zu begegnen. Lücken können z.B. auftreten, wenn Vorformlinge defekt sind und aus der Produktionskette entfernt werden. Lücken stellen im Sinne der Erfindung ebenfalls eine einlaufende (hinter der Lücke) bzw. auslaufende (vor der Lücke) Produktionskette dar.
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Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren vorgesehen, bei dem die Reflektorelemente mittels der Steuereinrichtung bei konstanter Heizleistung der Heizelemente auf mindestens eine erste (offene) Stellung eingestellt werden, wenn der vom Reflektor abgedeckte Bereich der Heizvorrichtung, bzw. dessen Position oder Positionen nicht oder nicht vollständig mit durchlaufenden Vorformlingen besetzt ist und auf eine zweite Stellung eingestellt werden, nachdem der vom Reflektorelement abgedeckte Bereich vollständig mit durchlaufenden Vorformlingen besetzt ist, wobei die Einstellung des Reflektorelements auf die mindestens eine erste Stellung eine Temperierung mindestens eines der ersten bzw. letzten vier Vorformlinge einer Kette bewirkt, die der mit der Einstellung auf die zweite Stellung erzielten gewünschten Temperierung von Vorformlingen im Betriebszustand entspricht.
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Im Wesentlichen wird mit der Verstellung der Reflektorelemente kompensiert, dass in den von den Reflektorelementen abgedeckten Bereichen ohne Vorformlinge weniger Strahlung absorbiert wird (fehlende Abschattung), als dies in den beladenen Bereichen, in denen die durchlaufenden Vorformlinge kontinuierlich Energie abführen, der Fall ist. Ohne die erfindungsgemäße Anpassung der Reflektorelemente würde sich daher mindestens der jeweils erste oder letzte Vorformling einer Produktionskette aufgrund der fehlenden Abschattung und Absorption durch benachbarte Vorformlinge zu stark, bzw. der nicht beladene Bereich in Doppelgasse-Heizsystemen zu stark aufheizen.
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Die Anpassung kann z.B. bei verschwenkbaren Reflektorelementen dadurch erfolgen, dass diese z.B. beim Produktionsstart, d.h. vor Einlaufen einer Vorformlingskette in die Heizvorrichtung, zunächst in eine erste offene Stellung eingestellt werden, in der sie weniger Strahlung in die Heizkammer zurückreflektieren bzw. ein größerer Anteil der emittierten Heizstrahlung an den Reflektorelementen vorbei aus dem Heizkasten austreten kann als im Betriebszustand. Nach Passieren des ersten, bzw. zweiten bis vierten Vorformlings werden sie dann in eine geschlossene (zweite) Position verstellt, in der eine stärkere Reflektion erfolgt.
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Die erste Einstellung lässt sich auf einfache Weise empirisch über z.B. Messung der Temperaturen der jeweils ersten vier und letzten vier Vorformlinge nach Verlassen der Heizvorrichtung ermitteln. Entspricht die Temperatur nicht dem gewünschten Profil, muss die erste Einstellung ggf. auch kontinuierlich während des Passierens der Vorformlinge entsprechend angepasst werden. Bei zu geringer Temperatur müsste das Reflektorelement etwas mehr in Richtung geschlossenen Stellung verstellt werden und umgekehrt.
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Vorteilhafterweise werden die Reflektorelemente so verstellt, dass die Vorformlinge spätestens ab dem fünften Vorformling bzw. bis mindestens zum fünftletzten Vorformling einer Produktionskette eine Normaltemperierung bzw. eine Temperierung im Betriebszustand durch Einstellung der Reflektorelemente auf die zweite Position erhalten.
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Bevorzugt ist, dass weitere Vorformlinge an der Spitze bzw. dem Ende einer Produktionskette, bzw. vor und nach einer Lücke in der Kette, eine Normaltemperierung erfahren, z.B. zusätzlich zu dem vierten auch der dritte und ggf der zweite, bzw die entprechenden letzten Vorformlinge einer Kette. Unter Normaltemperierung soll verstanden werden, dass die Vorformlinge den gleichen Energieeintrag und die gleiche Profilierung erhalten wie die anderen Vorformlinge im Verbund. Eine Normaltemperierung lässt sich daran erkennen, dass sich aus den so konditionierten Vorformlingen ein Behälter formen lässt, der in die Spezifikationen der Maschine fällt, also ein Behälter, der normal weiterverarbeitet werden kann.
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Besonders bevorzugt ist, dass auch der erste bzw. letzte Vorformling eine Normaltemperierung erfährt durch Einstellung der Reflektorelemente auf die erste Position.
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Vorteilhafterweise werden die Reflektorelemente gekoppelt an die Bewegung der Vorformlinge verstellt.
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Besonders vorteilhaft werden die Reflektorelemente jeweils beim oder nach dem Passieren des ersten, zweiten, dritten oder vierten Vorformlings einer Produktionskette aus der ersten in die zweite Stellung, und/oder beim oder nach dem Passieren der jeweils letzten, vorletzten, dritt- oder viertletzten Vorformlings einer Produktionskette aus der zweiten in die erste Stellung verstellt.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand zweier Abbildungen näher erläutert werden.
- 1 zeigt einen sogenannten Linearofen in schematischer Darstellung
- 2 zeigt ein Doppelgasse-Heizsystem ebenfalls in schematischer Darstellung.
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1 zeigt eine Heizvorrichtung 10, die aus zwei Heizkästen 11 und 12 aufgebaut ist. Beide Heizkästen 11 und 12 weisen jeweils an ihrer einen Seitenwand 13,14 angeordnete Heizelemente 15,16 auf. Bei den Heizelementen kann es sich z. B. um Infrarotlinearstrahler handeln. Im Bereich der gegenüberliegenden Wände 17 und 18 der Heizkästen 11 und 12 sind Reflektorelemente 20 und 21 vorgesehen. Beide Reflektorelemente 20 und 21 sind verschwenkbar um Achsen 22, 23 angeordnet. Bei den Reflektoren kann es sich um diffuse Elemente z.B. aus Keramik aber auch um spiegelnde glatte Elemente handeln.
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Im gezeigten Fall ist das Reflektorelement 20 in einer geschlossenen Stellung dargestellt. In dieser Stellung erfolgt maximale Reflexion ins Innere des Heizkastens 11. Das Reflektorelement 21 ist dagegen in einer offenen Stellung dargestellt. In dieser Stellung kann die von dem Heizelement 16 emittierte Strahlung, die in beiden Stellungen gleich ist, zu einem größeren Anteil an dem Reflektorelement vorbei an die Seitenwand 18 gelangen und dort abgeführt werden als dies bei dem Element 20 in der der geschlossenen Stellung der Fall ist. Mit anderen Worten im Heizkasten 12 wird von Heizelement und Reflektorelement aufgrund der geringeren Reflektion eine geringere Strahlungsintensität erzeugt als im Heizkästen 11. Die Verschwenkung der Reflektorelemente aus der offenen (ersten) in die geschlossene (zweite) Stellung und zurück kann über die Steuereinrichtung der Heizvorrichtung gekoppelt an den Transport der Vorformlinge durch die Heizvorrichtung erfolgen.
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Weiterhin gezeigt sind Vorformlinge 30, 30', die in Pfeilrichtung in die Heizvorrichtung 12, 10 einlaufen. Die Vorformlinge 30 sind nur schematisch dargestellt. In üblichen Heizvorrichtungen werden sie z.B. an einer Förderkette hängend transportiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Förderkette nicht dargestellt.
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Im gezeigten Fall handelt es sich um den Einlauf einer neuen Produktionskette. D. h. die Heizvorrichtung 10 ist noch nicht komplett mit Vorformlingen 30 beladen. Wie oben ausgeführt, stellt sich das Problem, dass der führende Vorformling 30' keinen vorauslaufenden Vorformling hat, der ihn abschatten kann. Mindestens dieser Vorformling würde sich daher in einer Heizvorrichtung, in der das Reflektorelement in der geschlossenen Stellung ist zu stark aufheizen. Um dies zu vermeiden, wird mindestens der erste Vorformling 30' mit einer abgeschwächten Reflexion bestrahlt durch Einstellung der Reflektorelemente, die er passiert, auf eine erste offene Stellung.
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In der Regel sind die Verschwenkung der Reflektorelemente 20 und 21 und die Bewegung der Vorformlinge 30, 30' miteinander synchronisiert. In dem Moment wo z.B. der Vorformling 30' z. B. das Reflektorelement 21 passiert bzw. vollständig passiert hat, wird dieses in die geschlossene Stellung verschwenkt. Denkbar ist aber auch, mit dem Verschwenken etwas länger zu warten, da erfahrungsgemäß auch die folgenden 3 Vorformlinge sich zu stark aufheizen könnten. Bei Reflektorelementen mit mehreren Positionen für Vorformlinge kann es weiterhin auch dazu kommen, dass auch die nachfolgenden Vorformlinge etwas schwächer bestrahlt werden, da das Element während des Passierens noch nicht ganz in der geschlossenen Position ist. Dieser Effekt ist jedoch vernachlässigbar. Dennoch werden im Rahmen der Erfindung möglichst Reflektorelemente eingesetzt, die möglichst wenige Positionen, im Idealfall nur jeweils eine, für Vorformlinge aufweisen.
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Prinzipiell sollen im Regelfall alle Reflektorelemente 20, 21 in der geschlossenen Stellung sein, sobald die Heizvorrichtung 10 vollständig mit Vorformlingen 30 beladen ist.
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2 zeigt ein sogenanntes Doppelgassen-Heizsystem 40. In dem Heizsystem 40 sind zwei Linearöfen 41 und 42 aneinander anliegend angeordnet. Die Öfen 41 und 42 können wiederum aus mehreren Heizkästen aufgebaut sein. Im gezeigten Fall ist nur jeweils ein Heizkasten dargestellt. Beide Heizkästen 41 und 42 weisen jeweils Heizelemente 51 und 52 auf. Gegenüber von den Heizelementen 51 und 52 befinden sich Reflektorelemente 53 - 55 und 57 - 59. Dargestellt sind weiterhin Vorformlinge 70, 70' die in Pfeilrichtung in den unteren Ofen 41 einlaufen. Nach Passieren des Ofens 41 werden sie umgelenkt und in Gegenrichtung durch den oberen Ofen 42 transportiert. Im gezeigten Fall hat der führende Vorformling 70' gerade das Reflektorelement 57 passiert, das daraufhin in eine geschlossene Position verschwenkt wurde. Die Reflektorelemente 58 und 59 dagegen, die noch nicht von den Vorformlingen passiert wurden, sind noch in der Offenstellung. Es handelt sich hier um ein Ausführungsbeispiel. Denkbar sind natürlich auch Heizkästen mit mehr als zwei oder auch nur einem mittigen Heizelement.
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Auch in diesem Fall ist der durch die Reflektorelemente 58 und 59 abgedeckte Bereich des Heizofen 42 weniger stark aufgeheizt als der Bereich, dem das Reflektorelement 57 zugeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich wiederum das mehrfach erwähnte Schattenwurfproblem für den ersten Vorformling 70' vermeiden. Außerdem wird so verhindert, dass der Heizofen 42 in seinem nicht beladenen Bereich überheizt wird, was auch dazu führen würde, dass der anliegende Heizofen 41 zu warm werden würde und dadurch sämtliche dort durchlaufenden Vorformlinge nicht optimal temperiert würden.
