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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines
Hohlkörpers aus thermoplastischem Kunststoff durch Blasformen, wobei ein rohrförmiger
Vorformling in plastischem Zustand zwischen die geöffneten Formhälften einer Hohlform
mit Ausnehmungen der gewünschten Gestalt des Hohlkörpers gebracht und bei geschlossenen
Formhälften durch ein unter einem Blasdruck stehendes Druckmittel bis zur Anlage
an die Innenwandung der Hohlform ausgedehnt bzw. ausgeweitet wird und wobei vor
dem Anwenden des Blasdruckes ein geringerer Druck zum Einwirken gebracht wird.
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Bei der Herstellung von Hohlkörpern aus Kunststoff, wie Polyäthylen
od. dgl., besteht dann, wenn die Hohlkörper entlang ihres offenen Abschnittes mit
gewinde- oder kappenartig ausgebildeten Nocken versehen werden sollen, mittels welcher
durch Aufbringen eines Deckels der Hohlkörper verschließbar ist, eine Schwierigkeit
in der Erzielung der hierfür erforderlichen Genauigkeit. Obwohl bei der Herstellung
von Hohlkörpern, wie etwa Flaschen od. dgl. aus Kunststoff durch Blasformen im allgemeinen
keine hohe Genauigkeit gefordert ist, muß der Genauigkeitsgrad für die Gewindeabschnitte
oder andere dem Verschließen eines Behälters dienende Hilfsmittel verhältnismäßig
groß sein. Da es sich bei den herzustellenden Hohlkörpern um Massenprodukte hoher
Stückzahl handelt, ist es darüber hinaus von großer Bedeutung, das Verfahren zur
Herstellung derartiger Massenprodukte auf eine möglichst geringe Anzahl einzelner
Verfahrensschritte zu beschränken, wobei insbesondere Nachbehandlungsvorgänge zu
vermeiden sind.
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Bei der Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem Kunststoff
mit während des Ausformvorganges an dem Behälter angeformten Verschlußmitteln, wie
beispielsweise Gewinde zur Aufnahme eines Deckels, ist es bereits bekannt, den mit
dem Gewinde versehenen Halsteil des Behälters zunächst durch Spritzformen herzustellen.
Hierbei wird plastischer Kunststoff zwischen einem Hohldorn und einem Halsformteil
im Spritzgußverfahren eingebracht und dieser Formling zum Bilden eines daran anschließenden
rohrartigen Rohlings aus der Vorrichtung herausgezogen, um nachfolgend zur abschließenden
Formung des Behälters einem Blasformverfahren unterworfen zu werden.
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Abgesehen davon, daß dieses bekannte Verfahren einen verhältnismäßig
komplizierten mechanischen Aufbau einer entsprechenden Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens bedingt, ist hierbei auch eine sorgfältige Synchronisierung der einzelnen
Bewegungsabläufe, beispielsweise des Dorns und der Spritzgußvorrichtung, erforderlich,
wenn man kontinuierlich und mit entsprechend hoher Produktivität arbeiten will.
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Auch ist das sogenannte Strangpreßverfahren zur Herstellung eines
kontinuierlichen Kunststoffrohres um einen Dorn bekannt, wobei im Zusammenhang hiermit
ein Preßformen des mit Gewinde versehenen Teiles des Halses des Hohlkörpers um den
Dorn herum erfolgt, während der übrige Behälterteil durch Blasformen hergestellt
wird. Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere deshalb nachteilig, weil das Preßformen
zwischen zwei beweglichen Formteilen meist zur Bildung einer Kunststoffnaht quer
über das auszuformende Gewinde führt, so daß ein Nachbehandeln unumgänglich wird.
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Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus thermoplastischem
Kunststoff bekannt, bei welchem ein Rohr des plastischen Materials durch Extrudieren
hergestellt wird und das offene Ende dieses Rohres durch ein Luftzuführungsrohr
gezogen wird, um anschließend diese Anordnung innerhalb einer mehrteiligen Blasform
durch Druckbeaufschlagung zu dem gewünschten Behälter zu verformen.
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Das Aufblasen des Behälters beginnt dabei während die Form sich noch
in ihrem geöffneten Zustand befindet. Der den Hals des Hohlkörpers formende Ringteil
wird vor dem Blasen geschlossen, und das Aufblasen hat keinerlei Einwirkung auf
die Ausbildung des Behälterhalses, da die Halsform fest um das Luftzuführungsrohr
gepreßt wird, bevor Druckluft eingelassen wird. Damit wird während des anfänglichen
Blasens der Formling bei geöffneter Form ausgedehnt und tritt nicht mit der Form
in Kontakt, da diese erst später geschlossen wird und somit eine gleichmäßige Dehnung
des Formlings während des Formvorganges nicht sichergestellt werden kann.
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Schließlich ist noch bekannt ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern
aus organischem thermoplastischem Kunststoff unter Verwendung einer Hohlform, in
die ein schlauchartiger, einseitig geschlossener Vorformling eingebracht und in
plastifiziertem Zustand durch ein Druckmittel aufgeblasen und dann durch Abkühlung
innerhalb der Form verfestigt wird, wobei die plastifizierte Kunststoffmasse in
Gestalt des schlauchartigen Vorformlings unmittelbar aus der Schlauchpresse in die
Form eingespritzt wird und wobei der Vorformling vor dem Aufblasen an einem Ende
verschlossen wird. Gemäß diesem Verfahren ist es nicht neu, bei der Herstellung
eines Hohlkörpers aus thermoplastischem Kunststoff durch Blasformen vor dem Anwenden
eines unter Blasdruck stehenden Druckmittels einen geringeren Druck auf den Hohlkörper
zur Einwirkung zu bringen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anwendung
eines zweistufigen Blasformverfahrens so zu verbessern, daß bei der Herstellung
von Hohlkörpern mit mit Gewinde od. dgl. versehenen Verschluß abschnitten diese
Verschlußabschnitte mit großer Genauigkeit und ohne das Erfordernis einer Nachbehandlung
zusammen mit dem Hohlkörper hergestellt werden können.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das
Einwirken des geringeren Druckes bei geschlossenen Formhälften erfolgt und dabei
wenigstens ein Teil des Vorformlings bis zur Anlage an die Innenwandung der Hohlform
ausgedehnt wird und daß der anschließend ausgeübte Blasdruck zumindest teilweise
aus Strömungsmitteldruck besteht.
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In diesem Zusammenhang ist es von Bedeutung, daß durch den geringeren
Druck der Endabschnitt des Gegenstandes zumindest teilweise geformt und danach der
hierdurch in seiner richtigen Lage gehaltene Vorformling ausgedehnt bzw. aufgeweitet
wird.
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Indem nach dem Verfahren der Vorformling anfänglich nur an einem
Ende erfaßt und einer Blasstufe mit niedrigerem Druck unterworfen wird, kann die
Herstellung von Hohlkörpern der eingangs genannten Art wesentlich verbessert werden.
Die mit geringerem Druck arbeitende erste Blasstufe paßt das freie Ende des Vorformlings
entlang des Halsabschnittes
ausreichend in die Form ein und dehnt
den Vorformling im übrigen nur wenig aus, schafft aber dennoch einen ausreichenden
Hohlraum für die nachfolgende Blasstufe mit hohem Druck. Dadurch, daß die Wandungen
des Vorformlings in der Hochdrnckblasstufe ausreichend weit von dem Strömungsmittelstrahl
entfernt sind, wird eine örtliche Ausdehnung an einem Ende und eine damit verbundene
ungleiche Materialverteilung innerhalb der Wandung des Formlings verhindert.
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Besonders vorteilhaft ist es bei dem neuen Verfahren, daß die mit
Gewinde oder anderen Verschlußmitteln versehenen Behälterabschnitte keiner Nachbehandlung
unterworfen werden müssen, da keinerlei Grat oder andere Spritznähte auftreten.
Da sämtliche Bereiche des Halses des Hohlkörpers durch Formflächen gehalten werden,
sorgt die Verwendung des sich bewegenden Blasdorns für eine genaue Kontrolle und
Maßgebung des Innendurchmessers des Halses des herzustellenden Behälters bzw. Hohlkörpers.
Durch weitere Zuführung des Blasmittels während des Herausziehens des Blasdorns
wird eine erhebliche Blasmittelmenge durch den Hohlkörper und aus seinem Hals abschnitt
herausgedrückt, wobei der Luftstrom die Innenteile des Hohlkörpers überstreicht,
die auf Grund ihrer größeren Maße besonders langsam abkühlen. Die vorteilhafte Kühlung
der herzustellenden Hohlkörper wird der Reihe nach zunächst durch Konvektion während
der ersten Blasstufe nachfolgend durch Wärmeleitung, und zwar dann, wenn die Flächen
der Form die gesamte Außenfläche des zu blasenden Hohlkörpers berühren und der Blasdorn
die Innenfläche des unteren Abschnittes des Vorformlings gegenüber den im Hals desselben
gebildeten Gewindegängen berührt und schließlich durch Konvektion erfolgt, sobald
der Blasdorn zufolge des Herausziehens das unter hohem Druck stehende Blasmedium
ausströmen läßt, wobei dieses als Kühlmittel über den gesamten Hals abschnitt des
Hohlkörpers hinwegstreicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen in einer Ausführungsform
beschrieben.
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Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine Ringdüse zum Herstellen
eines rohrförmigen Vorformlings, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Fig. 1 in Bereitschaftsstellung
zur Übergabe eines Rohrabschnittes, F i g. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung
mit den Formhälften, dem Vorformling und dem Blasdorn, Fig. 4 bis 8 eine Darstellung
der verschiedenen Stufen des Verfahrens bei unterschiedlichen Stellungen des Blasdornes,
F i g. 9 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Schließ- und Formmechanismus für
die Verschlußfläche des herzustellenden Hohlkörpers und F i g. 10 einen Teilschnitt
durch einen Hohlkörper.
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Gemäß F i g. 1 besitzt eine Ringdüse 10 eine ringförmige Austrittsöffnung
12, durch die ein plastisches organisches Kunststoffmaterial, beispielsweise Polyäthylen,
in Form eines nahtlosen Rohres 14 in bekannter Weise stranggepreßt wird.
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Wie in F i g. 2 gezeigt, kann, nachdem ein Rohrabschnitt der erforderlichen
Länge, die in jedem Falle größer als diejenige des endgültigen Hohlkörpers ist,
als Vorformling20 unmittelbar unterhalb der Austrittsöffnung 12 von Greifern 16
erfaßt ist, eine Schneidklinge 18 zum Abtrennen des Vorformlings
20 quer über die
Unterseite der Ringdüse 10 geführt werden.
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Der Vorformling 20 wird, wie in F i g. 3 gezeigt, nachfolgend zwischen
zwei geöffneten, aufeinanderpaßbaren Formhälften 22, 24 so angeordnet, daß seine
untere Endkante in unmittelbarer Nähe eines in senkrechter Richtung verstellbaren
Zentrierringes 26, der mit Hilfe eines Teiles 28 gehalten wird, liegt.
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Durch Bewegen der Formhälften22, 24, beispielsweise mittels Druckzylinder30
in die geschlossene Stellung, wird der Vorformling 20 an seinem oberen Ende unmittelbar
unterhalb der Greifer 16 fest zusammengepreßt und abgedichtet.
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Unterhalb des Zentrierringes 26 und axial zu diesem ist ein Blasdorn
32 mit einem konischen Einführteil 34 und einem Schaft 36 angeordnet. Der Schaft
36 erweitert sich an einem Absatz 38 zu einem Absclmitt 40 des Blasdornes 32, wobei
der Zentrierring 26 mittels des Absatzes 38 in seine endgültige Formstellung bewegbar
ist. Der Blasdorn 32 ist in einer Lagerung 42 verschiebbar angeordnet und kann mit
Hilfe eines Druckzylinders 44 betätigt werden, dessen Kolbenstange 46 an dem Abschnitt
40 des Blasdornes 32 befestigt ist. Der Druckzylinder 44 wird über mit von Hand
betätigbaren Ventilen 52, 54 versehene Luftleitungen 48 und 50 mit Preßluft gespeist.
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In den Blasdorn 32 ist bis zur Spitze 60 eine Bohrung 56 eingebracht.
Eine Mehrzahl von Querbohrungen 58 sind in dem Einführteil 34 vorgesehen, die um
den Außenumfang herum in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei sie
in mehreren in Längsrichtung des Einführteiles 34 voneinander getrennt angeordneten
Querschnitten liegen. Die Bohrung 56 für die Luftzufuhr endet in einem Anschlußstück
62 des Blasdornes 32, an welches eine Druckleitung 64 angeschlossen ist, die mit
einem von Hand betätigbaren Ventil 66 versehen und an eine Druckmittelquelle, beispielsweise
an eine Preßluftquelle, angeschlossen ist.
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Wie in den F i g. 4 bis 9 gezeigt, besitzen die beiden Formhälften
22, 24 je eine im wesentlichen gerade, den Hals des auszuformenden Hohlkörpers bildende
Formfläche 68 (F i g. 9). Im Ausführungsbeispiel sollen Gewindegänge 70 in den Hals
abschnitt des Hohlkörpers eingebracht werden. Am unteren Ende des Hals abschnittes
jeder Formhälfte 22, 24 ist eine waagerecht verlaufende Fläche 72 und schließlich
eine dazu senkrecht verlaufende Fläche 74 vorhanden, durch die eine rechteckige
Ausnehmung gebildet wird. Ein weiterer Absatz wird von der senkrecht verlaufenden
Fläche 74 ausgehend von einer waagerechten Formfläche 76 und der senkrechten Fläche
78 geschaffen, die an einer Außenfläche 80 endet. Auf diese Weise begrenzen die
Formhälften 22 und 24 in geschlossenem Zustand einen ersten ringförmigen Raum 82,
der die Abdichtungsfläche des Hohlkörpers formt, und einen zweiten äußeren ringförmigen
Raum 84, der den Zentrierring 26 aufnimmt.
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Gemäß F i g. 4 ist der Außendurchmesser des Vorformlings 20 so gewählt,
daß bei geschlossenen Formhälften 22, 24 normalerweise zwischen dessen Außenwand
86 und der Formfläche 68 ein kleiner Raum vorhanden ist und sich die Innenfläche
88 des Zentrierringes 26 in einem Abstand außerhalb der Innenwand 90 des Vorformlings
20 befindet. Vorteilhafterweise ist die Oberseite des Zentrierringes 26 in geringem
Abstand unterhalb der Formfläche 76 angeordnet,
so daß die Stirnfläche
des Vorformlings 20 ebenfalls in einem Abstand unterhalb der Formfläche 76 angeordnet
ist. Eine derartige Anordnung ist beim Formen einer mit einem Gießrand 98 versehenen
Flasche (s. F i g. 10) von Bedeutung.
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Nachdem die untere Stirnfläche des Vorformlings 20 oberhalb und in
unmittelbarer Nähe des Zentrierringes 26 angeordnet ist und normalerweise unmittelbar
nach dem Schließen der Formhälften 22, 24 wird der Blasdorn 32 durch Lufteinlaß
in den Druckzylinder über die Luftleitung 50 aus seiner in F i g. 3 dargestellten
Lage in die Ausgangsblasstellung nach Fig. 4 bewegt. In der Stellung nach Fig. 5
befinden sich die Querbohrungen 58 gegenüber den Rillen oder Gewindegängen 70 des
Halsteiles der Form. Während der Blasdorn 32 in die in F i g. 5 dargestellte Lage
bewegt wird, oder unmittelbar nach Erreichen dieser Lage wird ein unter Druck stehendes
Strömungsmittel, vorzugsweise Preßluft, bei einer Temperatur, die unterhalb derjenigen
des Vorformlings 20 liegt, durch die Querbohrungen 58 und die Öffnung in der Spitze
60 ausgebracht, wobei der Vorformling 20 anfänglich aufgeweitet wird und infolge
des durch die Querbohrungen 58 strömenden Druckmittels und des damit ausgeübten
radialen Druckes die Gewindegänge 70 der Formfläche 68 in den Vorformling 20 gepreßt
werden.
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Bei sich in der Stellung nach F i g. 5 befindendem Blasdorn 32 ist
das Innere des Vorformlings der Außenatmosphäre ausgesetzt und die anfänglich in
ihn eingebrachte Luft kann zwischen dem Einführungsteil 34 des Blasdorns 32 und
der Innenfläche 88 des Zentrierringes 26 hindurch nach außen entweichen. Auf diese
Weise hat die anfängliche Ausdehnung des Rohrstückes durch die zirkulierende Kühlluft
auf das innere Segment der Innenwand 90 des Vorformiings zusätzlich eine Kühlwirkung.
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Der Druck des anfänglich aus dem Blasdorn 32 ausgebrachten Strömungsmittels
kann in Abhängigkeit von der Temperatur und der Dicke des Vorformlings 20 unterschiedlich
sein. Wesentlich ist jedoch, daß der Druck nicht zu hoch wird, da durch eine Überdehnung
des Abschnitts des Vorformlings 20 hinter dem Halsabschnitt das untere Ende des
Vorformlings 20 aus dem Hals abschnitt der Form heraus nach innen gezogen werden
kann, da während des anfänglichen Blasvorganges das untere Ende des Vorformlings
20 nicht festgehalten wird. Sofern der Druck jedoch nicht hoch genug ist, wird das
Kunststoffmaterial anfänglich nicht in den mit Gewinde versehenen Teil der Form
hineingepreßt und somit der Halsabschnitt des Vorformlings 20 nicht gegen die Ausnehmung
des oberen Teiles desselben verankert. Hierbei ist es außerdem von Bedeutung, daß
sich der anfängliche Blasvorgang über eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne erstreckt,
damit der unmittelbare Kontakt des Kunststoffes mit der Luft den Kunststoff nicht
übermäßig abkühlt, wodurch verhindert würde, daß sich der Kunststoff in einer nachfolgenden
Stufe des Verfahrens der Gestalt des Halsabschnittes der Form eng anpassen kann.
Somit sind sowohl die Zeitspanne des anfänglichen Blasvorganges als auch die Höhe
des verwendeten Druckes für das Verfahren von Bedeutung. Zufnedenstellende Ergebnisse
wurden bei Verwendung von Polyäthylen-Formlingen mit einer Wanddicke von etwa 6,35
mm, einer Temperatur zur Zeit des Blasvorganges von etwa 193 bis 2320 C und bei
Ver-
wendung eines Anfangsluftdruckes, der sich fast augenblicklich von 0 bis 0,35
kg/cm2 auf etwa 1,75 oder 2,1 oder bis 3,5 kg/cm2 erhöhte, erzielt.
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Nachdem der anfängliche Blasvorgang beendet ist, befindet sich der
Vorformling 20 in dem in F i g. 6 dargestellten Zustand, in welchem die Schulterabschnitte
94 des Hohlkörpers im wesentlichen ausgeformt sind, so daß eine weitere Steigerung
des Luftdruckes in erster Linie eine seitliche Ausdehnung des Vorformlings 20 bewirkt
und ein Herausziehen des Vorformlings 20 aus dem Halsteil der Form verhindert wird.
Der gesicherte Vorformling 20 kann nachfolgend mit dem erforderlichen Druck für
den endgültigen Formvorgang beaufschlagt werden, der in der Größenordnung von 7
bis 10,5 kg/cm2 liegen kann. Vorzugsweise wird der erforderliche volle Luftdruck
innerhalb des Vorformlings 20 erreicht, bevor der Blasdorn 32 in die Stellung gemäß
Fig. 6 bewegt ist und bevor der Außenumfang des Blasdornes 32, wie in F i g. 6 gezeigt,
die Innenseite des Vorformlings 20 voll berührt und abdichtet.
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Mit dem Verstellen des Blasdornes 32 aus seiner Stellung nach F i
g. 5 in die Stellung nach Fig.6 wird durch die Basis des Einführungsteils 34 und
den Schaft 36 die Außenfläche des unteren Abschnitts des Vorformlings 20 von seinem
unteren Ende aus nach oben fortschreitend allmählich in die mit Gewinde versehenen
Abschnitte der Form hineingepreßt, während überschüssiges Material nach innen gepreßt
wird und sich an dem Schulterabschnitt der Form ansammelt, wo es auf Grund des in
dem Vorformling 20 herrschenden Druckes radial nach außen gepreßt und verteilt wird.
Auf diese Weise kommt der in den F i g. 6 bis 8 dargestellte verdickte Schulterabschnitt
94 zustande.
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Wenn der Blasdorn 32 den Hals abschnitt der Form annähernd vollständig
durchragt, wird die Stirn- oder Abdichtungsfläche 96 des Hohlkörpers geformt, indem
auf die Stirnfläche des Vorformlings 20 in zu seiner Längsachse senkrechter und
zur Stirnfläche im wesentlichen senkrechter Richtung Druck ausgeübt wird, während
gleichzeitig der untere Abschnitt und die Stirnfläche des Vorformlings 20 abgegrenzt
und abgekühlt werden. Wie in Fig. 6 gezeigt, füllt der Kunststoff den durch die
Ringfläche 92 und die Flächen 72 und 74 der Form abgegrenzten Bereich nicht vollständig
aus. Dies beruht auf der Tatsache, daß etwas von dem den unteren Abschnitt des Vorformlings
20 bildenden Material durch den Einführungsteil 34 des Blasdorns 32 hochgeführt
wird und somit anfänglich nicht genügend Kunststoffmaterial verfügbar ist, um den
durch die Flächen 72 und 74 der Form abgegrenzten ringförmigen Raum 82 auszufüllen.
Dies ist jedoch erwünscht, da es die einwandfreie Fertigstellung der Abdichtungsfläche
des Hohlkörpers ermöglicht, die dadurch bewirkt wird, daß sich der Absatz 38 des
Blasdornes 32 gegen die Unterseite des Zentrierringes 26 und die Ringfläche 92 des
Zentrierringes 26 gegen die Formfläche 76 der Form anlegt und so der Endabschnitt
100 des Rohrstückes in den durch den ringförmigen Raum 82 und die Ringfläche 92
des Zentrierringes 26 abgegrenzten Bereich hinein verdichtet wird. Zur gleichen
Zeit kühlt durch die Berührung des Innenumfangs des Halsabschnitts des Vorformlings
20 mit den sich nach innen vorbewegenden Flächen des Blasdorns 32 der Kunststoff
an dieser Stelle während seines Verdichtens ab, was für die Festigkeit des
Halsabschnitts
des Hohlkörpers und damit für die Stabilität der Gewindegänge vorteilhaft ist.
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Je nach Temperatur des Vorformlings 20 und Größe des Endblasdruckes
wird der Blasdorn 32 für ein Zeitintervall von etwa 5 bis 30 Sekunden in der Stellung
nach F i g. 7 gehalten, um anschließend unter Beibehaltung des Blasmittelstromes
herausgezogen zu werden. Sobald das obere Ende des Schaftes 36 des Blasdornes 32
das untere Ende 102 des Halses des Vorformlings 20 freigibt, kann Luft entweichen
und der Abkühlvorgang des frisch geformten Hohlkörpers beginnt, bevor der Blasdorn
32 aus seinem Inneren vollständig herausgezogen ist. Dies ist insofern vorteilhaft,
als dadurch der Formzyklus verkürzt wird, wobei das Blasmittel als Kühlmedium verwendet
wird.