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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kunststoffgegenständen
Die erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von kunststoffgegenständen
im Blasverfahren.
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Die erfindung baut auf auf der schwebenden USA-Patentanmeldung Der.
Nr. 103 624 vom 4. Januar 1971, die auf den gleichen Erfinder zuräckzuführen und
auf die Anmelderin dieser Patentanmeldung übertragen ist.
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Die vorliegende Erfindung ist mit der vorstehend genannten Anmeldung
verwandt und beide haben den gleichen erfinder und Eigentümer. In dieser älteren
Anmeldung ist das Wünschenswerte einer zweiachsigen Ausrichtung während eines Blasvorgangs
beschrieben
und die Temperaturen, die zur zweiachsigen Ausrichtung verschiedener h!laterialien
einbehalten werden müssen, sind angegeben. Ein spezielles Verfahren'und und eine
Vorrichtung zur Durchführung desselben, die zur Sicherstellung der zweiachsigen
Ausrichtung während des Balsvorgangs führen, sind beschrieben worden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemaB der Erfindung zur Sicherstellung
der zweiachsigen Ausrichtung während des Blasvorgangs unterscheidet sich von dem
der älteren Anmeldung, wobei jedoch das Ergebnis (die Bildung eines zweiachsig ausgerichteten
geblasenen Gegenstandes) und das Verfahren zur erzielung dieses Ergebnisses (durch
thermische Konditionierung einer aufblasbaren rorm) in weitgefaßtem Sinne das Gleiche
bleibt.
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Es wurde festgestellt daß die wirksamste Ausrichtung des Materials
beim Blasvorgang dann eintritt, wenn das Material während des Blasens gestreckt
wird und die Temperatur die Durchschnittswandtemperatur aufweist (d.h., eine gleichmaßige
emperatur der ganzen Wanddicke), was für die Ausrichtung sehr fördernd ist. Die
I>urchschnittswandtemperatur für jeden im wesentlichen kristalinen Polymer liegt
zwischen dem kristallinen Schmelzpunkt des Materials + 11,20 C und dem kristallinen
Gefrierpunkt des materials - 11,20 C. Bei dem im wesentlichen amorphen Polymeren,
wie z.B. Polyvinylchlorid und Polystyren wird besser die Glasübergangsteiaperatur
als die kristallinen Schmelz- und Gefriertemperaturen benutzt. i!ir' eine hohe Dichte
aufweisendes Polyätholen (mit einer Dichte zwischen 0,954 und 0,970) wird bevorzugt
mit einer Temperatur von 93,30 C
+ 11,2 C gearbeitet. rür Polyvinylchlorid
und Polystyren @e@rag@ die @dea@e Ausr@chtungstempera@ur 90, @ @ = 14 C.
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Für Polypropylen beträgt die ideale Temperatur 154,4° C # 16,8° C.
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Gemäß der Erfindung wird eine aufblasbare Form oder ein Külbel in
iiblicher eise hergestellt, d.h. entweder im Spritzverfahren oder durch freies Strangpressen.
Dieser Külbel wird in einer Wärmeübertragungskammer eingeschlossen, deren Innenwände
einen Abstand von den aufblasbaren Abschnitten des külbels haben.
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Ein Wärmeübertragungsmittel durchströmt dann den Raum zwischen dem
Külbel und den Innenwänden der kammer während einer ausreichenden Zeitdauer, um
eine Durchschnittswandtemperatur im külbel zu erreichen, die höchst förderlich für
die zweiachsige Ausrichtung beim nachfolgenden Aufblasen des Külbels ist. Wenn der
Külbel beim Herstellen eine tiefere Temperatur als diejenige aufweist, bei der die
maximale oder wirksamste zweiachsige Ausrichtung erzielbar ist, wird ein aufheizendes
rmeübertragunsrnittel benutzt. Wenn der Külbel eine höhere Temperatur als diejenige
aufweist, die am förderlichsten für die zweiachsige Ausrichtung beim nachfolgenden
Blasvorgang ist, wird als Wärmeübertragungsmittel ein Kühlmittel benutzt.
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Vorzugsweise wird auch das Innere des Külbels thermisch konditioniert,
obwohl dies nicht kritisch ist, so lange die Durchschnittswandtemperatur die gewünschte
Höhe nach der thermischen Konditionierung des Külbels aufweist.
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ei der Durchführung des Verfahres erfolgt die thermische Konditionierung
zwischen der Bildung des külbels und dem
Aufblasen desselben. Da
notwendigerweise eine geringe Verzögerung bei der Bewegung des sülbels vom xonditionierungsschritt
zum Aufblasschritt auftritt, kann eine l'emperatursnderung im tülbel auftreten.
Die Temperatur der aufblasbaren Abschnitte des Külbels nach der thermischen Konditionierung
wird errechnet, um die für die zweiachsige Ausrichtung während des endgültigen Blasvorgangs
förderlichste Temperatur zu ergeben. Da sich der Külbel während des Umsetzens wahrscheinlich
abkühlt, wird die thermische tonditionierung im allgemeinen auf eine Temperatur
festgelegt, die etwas über derjenigen liegt, die am förderlichsten für die zweiachsige
Ausrichtung ist.
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3in wichtiger Zweck der Erfindung ist daher darin zu sehen, ein verahren
und eine Vorrichtung zur thermischen sonditionierung eines aufblasbaren Külbels
aus thermoplastischem Material zu shcaffen, so daß ein nachfolgender Blasvorgang
bei einer Temperatur durchgeführt wird, die am förderlichsten für eine zweiachsige
Ausrichtung ist.
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Ein weiterer wichtiger Zweck der Erfindung besteht in der Aufzeigung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung zweiachsig ausgerichteter
geblasener Kunststoffgegenstände, in dem aufblasbare Abschnitte des Eülbels einem
Wärmeaustauschmittel ausgesetzt werden, um die Temperatur der aufblasbaren Abschnitte
des Külbels auf eine Temperatur zu bringen, die am förderlichsten für eine zweiachsige
Ausrichtung während der Durchführung eines endgültigen Blasvorgangs ist.
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ßin weiteres wichtiges Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung
eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur thermischen Xonditionierung eines aufblasbaren
Külbels aus thermoplastischem ivtaterial, bei dem ein strömendes Wärme austauschmittel
in Umlauf und in Berührung mit dem Eülbel gebracht wird, um die aufblasbaren Abschnitte
desselben aufzuheizen oder zu kühlen, so daß sie die Temperatur annehmen, die am
förderlichsten für die zweiachsige Ausrichtung beim nachfolgenden Blasvorgang ist.
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Noch eine weiteres und ebenso wichtiges Ziel der Erfindung besteht
in der Schaffung eines Verfahrens zur Werstellung eines zweiachsig ausgerichteten,
geblasenen Kunststoffgegenstandes, bei dem der aufblasbare Külbel in einer Austauschkammer
eingeschlossen ein Wärmeaustauschmittel durch die Kammer geschickt und die Temperatur
der aufblasbaren Abschnitte des Eulbels auf eine Temperatur gebracht wird, die am
förderlichsten für die zweiachsige Ausrichtung ist, wobei schließlich der thermisch
konditionierte Külbel bei dieser Temperatur aufgeblasen wird.
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andere und weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor. Es zeigen:
Eig. 1 einen vertikalen Schnitt des Teiles der- Vorrichtung gemäß der Erfindung,
der zur Herstellung eines Eülbels benutzt wird, der zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung verwendet wird
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt
ähnlich der }ig. 1, wobei jedoch der Külbel als in einer Wärme aus tauschkammer
eingeschlossen dargestellt ist; ig. 3 eine ähnliche Ansicht wie in den Figuren 1
und 2, wobei jedoch die endgültige Blasform und der Verfahrensschritt gemäß der
Erfindung dargestellt sind; und Fig. 4-6 ähnliche Darstellungen wie die Figuren
1 bis 3, jedoch einer abgewandelten Vorrichtungen und eines abgewandelten Verfahrens
gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine aufblasbare Form oder ein Külbel, aus dem ein iinststoffgegenstand
am Ende im Blasverfahren hergestellt wird, im ganzen mit 10 bezeichnet. Der Külbel
IG weist im wesentlichen konische zeitenwsnde II auf, die sich von dem im Durchmesser
großen, fertigen Rand 12 zu dem geschlossenen, konvexen Boden 13 hin verjüngen.
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Eine Külbelform 15, in der der Eulbel ii Spritzverfahren hergestellt
ist, weist einen Formhohlraum 16 auf, der mit der Außenfläche des Eülbels übereinstimmt
und plastifiziertes, thermoplastische material durch eine Einspritzöffnung 17 aufnehmen
kann. Das Innere des Külbels ist durch einen Kern 20 bestimmt, der in seiner Form
mit dem Inneren des gulbels übereinstimmt und sich von einem Kernkopf 21 abwärts
erstreckt.
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Der Kern besteht aus einem Kernkörper 22, der mit einer unteren Stirnfläche
23 endet und der am oberen Ende einen radial vergrößerten Flansch 24 aufweist. Durch
den Kernkörper 22
erstreckt sich iii axialer Richtung eine Bohrung
25, die in eine untere Federkammer 26 mündet, die etwas über derStirnfläche 23 des
Kernkörpers liegt. Die radial erweiterte Kammer 26 ist durch eine ringförmige Verschlußplatte
27 verschlossen, die mit dem unteren Ende des Kernkörpers durch geeignete Mittel,
wie z.3. Senkschrauben 28 verbunden ist. Innerhalb der Kammer 26 ist ein Kolben
3C axial gleitend geführt und durch einen Schaft 31 mit einer unteren Kerespitze
32 verbunden, die eine gerundete, konvexe Außenfläche 33 aufweist, die mit dem Inneren
des geschlossenen Bodens 13 des Külbels 10 übereinstimmt.
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Der schaft 31 gestattet um seinen Umfang herum einen Luftdurchgang,
wie dies sräter noch beschrieben werden soll.
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zeine Feder 34 ist zwischen dem Kolben 30 und der ringförmigen Platte
28 angeordnet, die die Spitze 32 normalerweise satt gegen die untere Fläche der
Satte drückt und den Kern in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung hält.
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Die axiale Bohrung 25 steht mit einem Durchgang 36 im Kopf 21 in Verbindung,
der mit einer Durckluftquelle verbunden ist.
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Wenn die Durchgang 36, 25 für Druckluft geöffnet sind, wirkt dieser
Druck auf den Kolben 30 und drückt ihn zusammen mit der Spitze 32 abwärts entgegen
dem Druck der Feder 34, bis die Spitze die in Fig. 3 gezeigte Stellung einnimmt.
Auf diese Weise kann Druckluft um den Schaft 31 herum strömen und wird in das Innere
des Külbels während des nachfolgenden Blasvorgangs eingeblasen.
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ver Kern 22 ist ferner mit zwei sich axial erstreckenden Durchgängen
37 und 38 versehen, die durch einen inneren Querkanal 39
verbunden
sind, um eine geschlossene Schleife zu bilden, die durch den Kopfkanal 40 mit einer
Quelle eines Wärme aus tauschmittels und durch den Kopfkanal 41 mit einer Rückströmleitung
zur quelle des Wärmeaustauschmittels verbunden ist.
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Auf diese Weise strömt das Wärmeaustauschnittel von der Quelle durch
die Kanäle 40 und 37 durch den Kanal 39 und die Kanäle 38, 41 zurück zur quelle.
Das Wärmeaustauschmittel kann entweder ein kühlendes oder ein heizendes Strömungsmittel
je nach Wunsch sein.
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Der Kernflansch 24 weist zwei ßtrömungsmittelkanäle 42, 43 auf, die
ebenfalls mit der Quelle des S'jämneaustaus chmitte Is über im Kopf vorgesehene
Kanäle 44, 54 verbunden sind. Die kanäle 44, und 45 sind beide mit einer Quelle
eines Wärmeaustauschmittels verbunden, das durch die Kanäle 42, 43 eingeführt wird,
wobei der Zweck nachfolgend noch näher beschrieben werden soll.
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.Tach dem Verfahren der Erfindung wird plastifiziertes Material unter
Druck durch die Öffnung 17 in den Raum zwischen der Außenfläche des Kernes 20-und
den Külbelhohlraum 16 eingespritzt, um den Külbel zu bilden. Übliche Ueißlaufverfahren
kommen zur Anwendung, um sicherzustellen, daß der Külbel ohne Ansatz oder Schwanz
gespritzt wird, und daß die In Fig. 2 gezeigte Form erzielt wird.
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Als nächstes wird der Külbel 10 aus der Külbelform 15 entnommen, während
er auf dem litern 17 gehalten wird, wobei vorzugsweise der Kopf und der Kern nach
oben aus der Kälbelform herausgezogen werden. Der Kopf 21, der Kern 20 und der
spritzgeformte
Külbel 1G werden in eine thermische, in Fig. 2 dargestellte Konditionierstation
umgesetzt. Die Umsetzung kann auf verschiedene gewünschte Weisen erfolgen, wie sie
allgemein bekannt sind.
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in der in Fig. 2 gezeigten ZonditionieDfation ist eine thermische
Konditionierkammer vorgesehen, die im ganzen mit 50 bezeichnet ist. Im einzelnen
weist diese thermische Konditionierkammer zwei zu öffnende und zu schließende Kammerabschnitte
51 und 52 auf, die, wenn zusammengefügt, mit ihren oberen Enden satt um den Flansch
24 des Kerns 20 greifen.
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Die Rammer 50 ist mit einer inneren Ausnehmung 53 versehen, die im
wesentlichen mit der Form des Kerns 20 und dem spritzgeformten Külbel darauf übereinstimmt,
wobei sie jedoch etwas größere radiale Abmessungen und elne etwas größere Länge
als der Eolbel 10 aufweist. Die Wände dieser Kammer 53 sind vorzugsweise mit inneren
strömungsrichtenden Rippen 54 versehen, die eine innere Schraubenlinie bilden, um
die strömende Luft in einer axial entlang dem Umfang gerichteten schraubenlinienförmigen
Bahn um das sußere des Külbels 10 zu führen, während er auf dem litern 20 gehalten
ist. Die Kammer 53 ist mit einer verengten Auslaßöffnung 55 am unteren Ende versehen,
während das obere Ende der Kammer 53 mit dem Ströniungsmitteleinlaßkanälen 42, 43
im Flansch 24 des Kerns 20 in Verbindung steht.
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Strömungsmittel, das unter Druck durch die Kanäle 44, 45 im Kopf eingeführt
und durch die Kernkanäle 42, 43 strömt, tritt in die Kammer 53 ein, die durch die
Kammerabschnitte 51, 52 begrenzt ist, um durch die schraubenlinienförmigen Rippen
54-in einer schraubenlinienförmigen Bahn, wie dies durch die
Richtungspfeile
56 angedeutet ist, gerichtet zu werden. Dieses unter Druck stehende Strömungsmittel
strömt über die wußenfläche des Külbels 10. bis es durch die Auslaßöffnung 55 nahe
dem geschlossenen Bodenende 13 des Külbels austritt. Dieser Strömung des Wärmeaustauschmittels
ist im wesentlichen die ganze Außenfläche des Külbels ausgesetzt. Gleichzeitig wird
ein Wärmeaustauschmittel durch die Kopfkanäle 40, 41 in die .ernkanäle 37, 38 und
dem kanal 39 eingeführt.
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Das 7(ärmeaustauschmittel kann entweder gasförmig oder flüssig sein
und es können eine ganze Anzahl von Wärmeaustauschmitteln verwendet werden, wie
z.B. Luft, Kohlendioxyd, Wasser, in Luft zerstäubte Wassertröpfchen oder andere
gasförmige lUedien und andere Materialien. Das Wärmeaustauschmittel kann entweder
den Külbel aufheizen oder kühlen, was von der Temperatur des Külbels abhängt, die
er aufweist, bevor er dem Wärmeaustauschmittel ausgesetzt wird, was durch die endgültige
gewünschte Külbeltemperatur bestimmt wird.
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Wie vorstehend erwähnt, wird das W'ärmeaustauschmittel zum Aufheizen
oder Zahlen des Külbels auf eine Temperatur benutzt, die am förderlichsten für die
Ausrichtung während eines nachfolgenden Blasvorgangs ist. Diese Temperaturen und
die Bereiche der Temperaturen sind vorstehend bereits angegeben.
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Wenn der Külbel die gewünschte Temperaur erreicht hat oder wie gewünscht
thermisch konditioniert worden ist, werden die Abschnitte 51, 52 der thermischen
Konditionierkammer geöffnet und der thermisch sonuitlonierre iülbel wird, während
er noch auf dem Kern 20 abgestützt ist, in eine Blasformsta@ion
umesetzt,
ale in ring. 3 gezeigt ist. vie Umsetzung kann wiederum auf irgendeine gewünschte
Weise erfolgen.
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In der Blasformstation wird der Külbel zwischen schließbaren Blasformabschnitten
61, 62 in Stellung gebracht und die Blasformabschnitte um den noch auf dem Kern
befindlichen Külbel geschlossen, wobei die Blasformabsohnitte zusammen eine innere
Slasformkammer 63 begrenzen, die mit der endgültigen Form des geblasenen Wegenstandes
Übereinstimmt.
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Bs ist ersichtlich, daß die Blasform so ausgebildet ist, daß die Abschnitte
61 und 62 die Kanäle 42, 43 im Kern 20 für das Wärmeaustauschmittel abschließen.
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Als nächstes werden die Kanäle36, 25 im Zusæmmenwirken mit der Drucklufttuelle
(nicht gezeigt) benutzt, um den Eulbel in seine endgültige Form aufzublasen. Die
durch diese Einäle strömende Druckluft drückt den Kolben 30 gegen die Kraft der
Feder 34 nach unten und öffnet den Kern für einen Luftdurchgang um den Schaft 31
herum, wobei der Kilbel durch die so eingeführte Luft aufgeblasen wird.
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Schließlich werden die Blasformabschnitte 61, 62 geöffnet und der
fertige zweiachsig ausgerichtete geblasene Gegenstand 65 wird vom Kern entfernt.
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Bei der in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Ausfühuungsform der Erfindung
wird der Gedanke der thermischen Konditionierung eines Eulbels bei einem frei stranggepreßten
Külbel angewendet.
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Im einzelnen weist der abwärts gerichtete 3trangpreßblock 70 eine
ringförmige Strangpreßöffnung 71 auf, aus der ein Schlauch 72 stranggepreßt wird.
Dieser Schlauch 72 tritt soweit aus der Öffnun& 71 aus, bis er eine ausreichende
Länge hat, um den Külbel 73 zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Külbel 73 von
dem verbleibenden Strang 72 unter der Öffnung 71 mittels eines querbetatigten aIessers
69 abgeschnitten.
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Der Külbel 73 wird in einer Konditionierkammer 74 eingeschlossen die
zwei Kammerhälften 75, 76 von etwa halbzylindrischer Form aufweist, die mit unteren
Quetschkanten 75a, 76a versehen sind, die den Schlauch abklemmen, um eine aufblasbare
Form des fertigen Kulbels zu bilden. Die Kammerhälften 75, 76 öffnen und schließen
sich quer oder radial mit Bezug auf den Eulbel 73, wobei jeder Eammerabschnitt 75,
7 eine Endplatte 77 trägt, die mit dem Kammerabschnitt quer, jedoch vertikal dazu
beweglich ist.
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Wenn die tXammerabschnitte 75, 76 geschlossen sind, begrenzen sie
eine innere Druckmittelkammer 8C, die mit einer quelle eines Wärmeaustauschmittels
unter Druck über einen Kanal 79 in Verbindung steht, wobei das Wärmeaustauschmittel
durch einen Kanal 78 zurückströmt. Die Kammer 80 ist an ihrer Innenfläche mit einer
schraubenlinienförmigen Rippe 81 versehen, die einen schraubenlinienförmigen Strömungsweg
für das durch den Kanal 79 eintretende und durch den Kanal 78 austretende Wärmeaustauschmittel
begrenzt.
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Nach der Bildung des Külbels und Verschließen der Kammer 74 um denselben,
wie in Fig. 4 gezeigt, werden der Külbel und
die Kammer in eine
Külbelkonditionierstation überführt, die in Fig. 5 gezeigt ist. JZie aus Fig. 5
ersichtlich, wird ein Strömungskopf 85 für das Wärmeaustauschmittel in das freie
obere Ende des Eülbels 73 eingesetzt. Der Kopf 85 hat eine untere Umfangsfläche
86, die in das oben offene Ende des Külbels einsetzbar ist und dabei das obere Ende
des Külbels radial nach außen gegen die umgebenden Abschnitte der Kammerhälften
75, 76 versetzt, um den Külbel in der Kammer 80 abzudichten.
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Der Kopf 85 weist einen Einlaßkanal 87 für das unter Druck stehende
Wärmeaustauschinittel und einen Auslaßkanal 88 zur Entfernung des Wärmeaustauschmittels
auf, wobei es durch die Mitte des Külbels strömt, wie dies durch die Richtungspfei-le
90 in Fig. 5 angedeutet ist.
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In dieser Konditionierungsstation strömt das wVarmeaustauschmittel,
das eines der zuvor angegebenen Strömungsmittel sein kann, das durch äen Kanal 79
eingeführt und durch den Kanal 78 abgeführt wird in einer schraubenlinienförmigen
Bahn entlang der Außenfläche des Eulbels in wärmeaustauschender Berührung damit.
aleichzeitig strömt Wärmeaustauschmittel durch das Innere des Eailbels, Wobei dieses
Strömungsmittel durch den Einlaßkanal 87 ein- und durch'den Auslaßkanal 88 abgeführt
wird.
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Die Strömung des Wärmeaustauschmittels wird durch geeignete Volumen-
und Drucksteuerungen sowohl außerhalb als auch innerhalb des Külbels gesteuert,
so daß an der Wandung des Külbels kein Differentialdruck entsteht, wobei geeignete
Volumina durch die Einlaßkanäle 79 und 87 eingeführt und durch die Auslaßkanäle
78 und 88 abgeführt werden, um den Külbel in seiner in Fig. 5 dargestellten Stellung
zu halten.
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die zuvor erwähnt, kann das Wärmeaustauschmittel in Der in Fig. 5
gezeigten Station entweder ein Kühl- oder Heizmittel sein, was von der Temperatur
des Eulbels 73 hinsichtlich der erwünschten Külbelendtemperatur abhängt, die zur
Ausrichtung während eines nachfolgenden Blasvorgangs erforderlich ist.
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Kachdem der Külbel 73 die gevinschte Temperatur in der Konditionierstation
der Fig. 5 erreicht hat, wird der Eulbel mittel des Kopfes 85 in eine in Fig. 6
gezeigte Blasstation überführt. Vor dieser Überführung wird der während des Abquetschens
des in Fig. 4 gezeigten Külbels gebildete Schwanz 73 entfernt, indem die Platten
77 relativ abwärts bewegt werden. ebenfalls werden vor der Überführung diesAbschnitte
75, 76 der Konditionierkammer geöffnet, nachdem die Strömung des Wärmeaustauschmittels
sowohl innerhalb wie auch außerhalb des Külbels abgestellt ist.
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Der Külbel mit der gewünschten Temperatur wird einfach in die in gestrichelten
Linien bei 73 in Fig. 6 gezeigte Stellung überführt, wobei eine im ganzen mit 93
bezeichnete blasform darum geschlossen wird. Diese Blasform weist DlasSormabschnitte
94, 95 auf, die zusammenwirken und einen inneren Hohlraum 96 begrenzen, der der
Form des fertigen, herzustellenden Gegenstandes entspricht. Ein Blaskopf 97 wird
in das oben offene sunde des Eulbels nach der Entfernung des Kopfes 85 eingeführt
und Druckluft wird durch den Kanal 98 im Kopf 97 eingeführt, um den Külbel 73 in
seine endgültige Form 99 aufzublasen. Da der Eulbel in der in Fig. 5 gezeigten Station
auf die emperatur gebracht worden ist, die am förderlichsten für die Ausrichtung
während des Blasvorgangs
ist, wird beim Blasvorgang das ßIaterial
endgültig ausgerichtet, wobei die zuvor angegebenen Vorteile erreicht werden.