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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Hohlglasgegenständen. Hohlglasgegenstände, insbesondere
Flaschen und Gefäße, werden auf
sogenannten I.S.-Gießmaschinen
hergestellt, die eine Anzahl von Gießabschnitten aufweisen. Jeder Gießabschnitt
weist eine teilbare Grobgussform auf, die eine Bodenwand und zwei
sich gegenüberliegende
Seitenwände
aufweist, die in Bezug aufeinander in und von einer geschlossenen
Position weg bewegbar sind, in welcher die Seitenwände gegeneinander gedrückt werden,
und die einen Hohlraum zum Aufnehmen eines jeweiligen Klumpen geschmolzenen Glases
definieren. Jeder Glasklumpen, der in der jeweiligen Gussform angeordnet
ist, wird zunächst
unter Verwendung eines Stempels geformt, der so von einem Doppelwirkungs-Pneumatik-Aktuator
angetrieben wird, dass er sich zunächst in Richtung des Mundes
von dem Gussform-Hohlraum und dann durch den Mund hindurch bewegt,
um das Glas innerhalb der Gussform zu formen.
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Wenn
der Stempel den Glasklumpen berührt,
wird die in dem Stempel enthaltene kinetische Energie, wenn er den
Mund erreicht, auf das Glas und damit auf die Wände der Gussform übertragen, und
da die Annäherungsgeschwindigkeit
relativ hoch ist, um die Stillstandszeit zu minimieren, ist die
kinetische Energie des Stempels beim Kontaktieren des Glases zeitweise
hoch genug, um die Wände
der Gussform zu trennen. Wodurch sich ein Überdruck an der äußeren Oberfläche des
halbfertigen und damit auch des fertigen Gegenstandes ergibt. Außerdem kühlt die
Masse des Glases beim Berühren
des Stempels und der Gussformwände
ab und wird von der Innenwand der Gussform abgelöst, wodurch sich zufällige Variationen
in der Form ergeben.
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Die
fertigen Artikel sind damit von einer relativ geringen Qualität im Bereich
der Form, der Größe und des
Oberflächenfinish,
sodass eine Steuerung des Stempels erforderlich ist.
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Ein
Steuerverfahren wird z.B. im Patent EP-B-0 691 940 beschrieben,
welches ein proportionales Solenoidventil einsetzt, das durch eine
Geschlossene-Schleife-Betätigte-Einheit gesteuert wird.
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Jedoch
hat eine Geschlossene-Schleife-Steuerung den Nachteil, dass sie
extrem komplexe Erfassungs-, Vergleichs- und Steuerungseinheiten
benötigt,
welche sowohl teuer zu produzieren als auch zusammenzubauen sind.
Außerdem
sind die Charakteristiken der Luft in den zwei Aktuatorkammern und
damit das Verschieben des Stempels durch das gleiche Solenoidventil
festgesetzt, sodass jede Position des bewegbaren Elementes von dem
Solenoidventil zu einem gegebenen konstanten Verhältnis zwischen
den Drücken
und den zwei Aktuatorkammern korrespondiert.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Gießen von
Hohlglasgegenständen
zu schaffen, das so gestaltet ist, dass eine unkomplizierte günstige Lösung der
obigen Probleme durch eine Offene-Schleife-Steuerung des Stempels
bereitgestellt werden kann.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum Gießen
von Hohlglasgegenständen
in einer Gussform unter Verwendung eines Stempels bereitgestellt,
der durch einen Doppelwirkungs-Pneumatik-Aktuator
angetrieben wird, wobei das Verfahren eine erste Annäherungsphase,
in welcher der Stempel sich der Gussform nähert, und eine zweite Eintauchphase
aufweist, in welcher der Stempel in die Gussform und in eine Glasmasse
in der Gussform eintaucht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während einer
von der Annäherungs-
und der Eintauchphase die Bewegung des Stempels durch ein unabhängiges Modulieren
eines ersten und eines zweiten Parameters von einem ersten bzw.
zweiten Luftstrom, der in eine jeweilige Kammer des Pneumatik-Aktuators
eingeleitet bzw. aus dieser abgelassen wird, auf der Basis eines
ersten bzw. eines zweiten gespeicherten Referenzzeit-Profils gesteuert wird.
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Vorzugsweise
wird die Bewegung des Stempels durch Modulieren des ersten und des
zweiten Parameters während
sowohl der Annäherungs-
als auch der Eintauchphase gesteuert. In geeigneter Weise wird das
eine von dem ersten und dem zweiten Referenzzeit-Profil verwendet,
um die Flussrate des Luftstroms relativ zu der einen Kammer des Pneumatik-Aktuators zu modulieren.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Maschine zum Gießen von Hohlglasgegenständen.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Maschine zum Gießen
von Hohlglasgegenständen
bereitgestellt, wobei die Maschine eine Gussform zum Aufnehmen einer
Masse von Glas zum Formen, einen Doppelwirkungs-Pneumatik-Aktuator,
einen Stempel, welcher bei einer Verwendung durch den Pneumatic-Aktuator
angetrieben wird, um sich der Gussform anzunähern und um in die Gussform
und die Glasmasse einzutauchen, und Steuerungsmittel zum Steuern
der Annäherung
und des Eintauchens des Stempels aufweist, dadurch gekennzeichnet
dass die Steuerungsmittel ein erstes proportionales flussregulierendes
Solenoidventil und ein zweites proportionales druckregulierendes Solenoidventil,
die verschieden voneinander sind, und eine Steuerungseinheit zum
Steuern des ersten und des zweiten Solenoidventils gemäß eines
ersten bzw. eines zweiten Referenzzeit-Profils aufweist, die gespeichert
und unabhängig
voneinander sind, um die Flussrate eines ersten Luftflusses, der
von einer der zwei Kammern des Pneumatic-Aktuators abgelassen wird
bzw. in diese eingeleitet wird, und den Druck des zweiten Luftflusses
zu modulieren, der in die andere Kammer des Pneumatic-Aktuators
eingeleitet bzw. aus dieser abgelassen wird.
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Eine
nicht beschränkende
Ausführungsform der
Erfindung wird durch ein Beispiel in Bezug auf die anhängenden
Zeichnungen beschrieben, in den Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch
eine bevorzugte Ausführungsform
der Gussmaschine zum Implementieren des Verfahrens gemäß der Erfindung,
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2 und 3 zwei
Graphen relativ zu der Betätigung
der Gussmaschine aus 1.
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Bezugszeichen 1 in 1 indiziert
als Ganzes eine Maschine zum Gießen von Hohlglasgegenständen, die
eine Anzahl von Abschnitten aufweist, von denen nur einer schematisch
gezeigt ist und mit 4 in 1 indiziert
ist. Der Abschnitt 4 wiederum weist eine jeweilige Gussform 5 zum
sukzessiven Produzieren einer Anzahl von halbfertigen Glasgegenständen aus
jeweiligen Klumpen von geschmolzenen Glas auf, der von einer Abgabevorrichtung (nicht
dargestellt) und einer Fördervorrichtung
(nicht dargestellt) der Maschine 1 zugeführt wird.
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Mit
Bezug auf 1 weist die Gussform 5 zwei
sich gegenüberliegende
Halb-Gussformen 7 auf, welche trennbar gegeneinander durch
einen Pneumatic-Aktuator (nicht dargestellt) angetrieben werden,
und die zum Teil einen Hohlraum 9 zur Aufnahme eines Klumpen 11 aus
geschmolzenen Glas definieren und die zwei gegenüberliegenden Öffnungen 12 und 13 aufweisen.
Die Öffnung 12 definiert den
Einlass, durch welchen der Klumpen 11 von der Fördervorrichtung
eingeleitet wird und der durch einen Stöpsel 15 verschlossen
wird, und die Öffnung 13 definiert
einen Mund zum Eintauchen eines Stempels 17.
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Der
Stempel 17 wird durch einen Doppelwirkungs-Pneumatik-Linearaktuator 18 angetrieben,
um sich in eine Richtung 19 zwischen einer zurückgezogenen
Position (als Volllinie dargestellt) und einer vorgeschobenen Position
entlang eines Pfades mit einem ersten Bereich, entlang welchem der
Stempel sich dem Mund 13 annähert, und einem zweiten Bereich,
entlang welchem der Stempel in die Gussform 5 und in den
Klumpen 11 eingetaucht wird, um einen halbfertigen Hohlglasgegenstand
(nicht dargestellt) aus dem Klumpen 11 zu bilden.
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In
Bezug auf 1 weist der Aktuator 18 eine
röhrenförmige Hülse 21,
welche eine Achse 22 koinzident mit der Richtung 19 hat
und durch eine Struktur abgestützt
ist, die nicht dargestellt ist, und einen Kolben 23 auf,
der in einer axial gleitfähigen
und fluiddichten Art und Weise innerhalb der Hülse 21 untergebracht
ist und der integral mit dem Stempel 17 verbunden ist.
Zusammen mit der Hülse 21 definiert der
Kolben 23 zwei Kammern A und B mit variablen Volumen, welchen
Luft unter Druck durch eine Luftzuführeinheit 31 (schematisch
in 1 dargestellt) zugeführt wird, um den Stempel 17 mittels
jeweiliger Pneumatikkreisläufe 29 und 30 (schematisch
dargestellt) axial vorwärts
bzw. zurück
zu bewegen. Jeder Pneumatikkreislauf 29, 30 weist
ein proportionales Dreiwege-, kontinuierlich positioniertes Pneumatik-Solenoidventil 33, 34 auf,
um bei einer Verwendung einen jeweiligen Luftfluss zu und weg von
einer jeweiligen Kammer A, B zu regeln.
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Bei
jedem Produktionszyklus, d.h., beim Gießen von jedem Glasgegenstand,
werden die Solenoidventile 33 und 34 entsprechend
jeweiliger unabhängiger
Signale oder Referenzzeit-Profile gesteuert, die jeweils relativ
zu einem Solenoidventil 33, 34 in einer jeweiligen
Speichereinheit 43 bzw. 44 gespeichert sind.
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Die
Speichereinheiten 43 und 44 sind auf der einen
Seite unabhängig
voneinander mit einer Steuerungseinheit 45 zum Steuern
der Solenoidventile 33 und 34 und auf der anderen
Seite mit einer Steuerungseinheit 46 zum Steuern, Takten
und Synchronisieren des Abschnitts 4 verbunden.
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Die
Einheit 46 ist mit den anderen Abschnitten der Maschine 1 verbunden,
um jeweilige Gießprozess-Synchronisierungssignale
zu übertragen und
zu erhalten, wird von einem Druckknopf-Paneel 49 gesteuert, das einen
Teil des Abschnitts 4 bildet und insbesondere zum Starten
und Stoppen des Abschnitts 4 verwendet wird, und ist mit
einem Terminal 50, das einen Teil der Maschine 1 bildet,
zum Eingeben und Ändern
von Daten relativ zu allen von den Maschine-1-Abschnitten verbunden.
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Bei
einer tatsächlichen
Verwendung modulieren die Solenoidventile 33 und 34 jeweils
die Zeit eines jeweiligen Parameters von dem jeweiligen unterbrochenen
Luftfluss. Hier und im Folgenden ist mit Luftfluss- "Parameter" die Flussrate Qa
oder der Druck Pa des Luftflusses gemeint, der in die Kammer A einströmt oder
diese verlässt,
und die Flussrate Qb oder der Druck Pb des Luftflusses, der die
Kammer B einströmt oder
diese verlässt,
während
mit "Modulieren" eine kontinuierliche
oder diskrete Variation des Luftdruckes oder der Flussrate bei den
verschiedenen Gießstufen
gemeint ist.
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In
dem speziellen gezeigten Beispiel ist das Solenoidventil 33 ein
druckregulierendes Solenoidventil zum Variieren des Drucks Pa des
Luftflusses, der in die Kammer A eintritt, während das Solenoidventil 34 ein
Fluss-regulierendes Solenoidventil zum Variieren der Flussrate Qb
von dem Luftfluss ist, der in die Kammer B einströmt und diese
verlässt.
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Vorausgegangene
Tests sind durchgeführt worden,
um die Referenzzeit-Profile, durch welche eine gegebene Modulation
der Luftflussparameter der Kammern A und B erzielt wird, und somit
ein gegebenes Bewegungsgesetz des Stempels 17 und gegebene
Kräfte
zu bestimmen, die durch den Stempel 17 auf den Klumpen 11 und
die Gussform 5 aufgebracht werden, als eine Funktion von
unterschiedlichen Arten und Mengen von Glas im Klumpen 11 und
von unterschiedlichen Arten von Stempeln 17.
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Jede
Speichereinheit 43, 44 speichert eine entsprechende
Anzahl von möglichen
Referenzzeit-Profilen, durch welche das jeweilige Solenoidventil 33, 34 in
jedem Produktionszyklus gesteuert wird.
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Um
einen Produktionszyklus durchzuführen, wählt der
Bediener an dem Terminal 50 zwei gespeicherte Referenzzeit-Profile
aus, welche durch die Einheit 45 zu den jeweiligen Solenoidventilen 33, 34 gesendet
werden und bei nachfolgenden Produktionszyklen in Abhängigkeit
von weiteren Auswahlen oder Änderungen
der Daten wiederholt werden.
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Die 2 und 3 zeigen
zwei Graphen als eine Funktion der Zeit "t" und
relativ zu einem Beispiel-Produktionszyklus. Die 2 zeigt
Testkurven "A", "B" und "C" relativ
zu einem Druck Pa, Druck Pb bzw. der Bewegung des Stempels 17 und
eine Testkurve "A'" relativ zu einem Druck Pa als eine
Alternative zur Kurve "A".
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3 zeigt
ein Schrittprofil S1, durch welches die Einheit 45 das
Solenoidventil 34 so steuert, dass die Kurve "B" in 2 erhalten
wird, und alternative Schrittprofile S2 und S3, durch welche die
Einheit 45 das Solenoidventil 33 so steuern kann,
dass die Kurven "A" bzw. "A'" in 2 erzielt
werden. Die Y-Achse zeigt auf der einen Seite eine Druckskala bezogen
auf die Profile S2 und S3 und auf der anderen Seite eine Prozentskala
bezogen auf das Profil S1 von der maximalen Öffnung des Solenoidventils 34 zwischen
der Einheit 31 und der Kammer B und damit eine Prozentskala
von einer maximalen Flussrate Qb.
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Beginnend
von einem Ruhezustand (in 1 durch
die Volllinie dargestellt), in welcher der Stempel 17 in
der zurückgezogenen
Position und die Kammern A und B entladen sind, weist der Gießzyklus
eine Annäherungsphase
auf, in welcher mittels einer bekannten Rückführfeder, die nicht dargestellt
ist, sich der Stempel 17 in eine Zwischenposition zwischen
den Grenzpositionen und in die Nähe
der Öffnung 13 bewegt,
und ein Klumpen 11 wird in den Hohlraum 9 geladen.
Sobald der Klumpen geladen ist, werden die Solenoidventile 33, 34 zum
Zeitpunkt t1 (insbesondere ist t1 = etwa 0,5 sec) so angetrieben,
dass sie den Stempel 17 so schnell wie möglich zu
dem Klumpen 11 bewegen.
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Das
Solenoidventil 33 wird zwischen dem Zeitpunkt t1 und t3
geöffnet,
um Luft unter Druck in die Kammer A gemäß einem Schritt 51 im
Profil S2 einzuleiten und eine Spitze 52 in der Kurve "A" und eine maximale Geschwindigkeit für eine relativ
kurze Zeitperiode zu erzielen, während
das Solenoidventil 34 so gesteuert ist, dass es teilweise
die Luftflusspassage von Kammer B schließt, bevor der Stempel 17 den
Klumpen 11 berührt.
Insbesondere wird das Solenoidventil 34 gemäß eines
Bereiches von dem Profil S1 in einem ersten Schritt 53 zwischen
Zeitpunkt t1 und Zeitpunkt t2 (kleiner als Zeitpunkt t3) und einem
zweiten Schritt 54, der größer als Schritt 53 ist,
zwischen Zeitpunkt t2 und Zeitpunkt t4 (insbesondere ist t4 = 0,8
sec und größer als
Zeitpunkt t3) gesteuert. Diese Einstellung schafft ein Ansteigen des
Drucks Pb entlang eines Bereiches 55 der Kurve "B" und bremst somit die Bewegung des Stempels 17 bis
zum praktischen Stoppen des Stempels 17, wobei dessen kinetische
Energie beim Berühren
des Klumpen 11 derart ist, dass sie einen relativ geringen Druck
auf die Gussform 5 ausübt
und so ein Öffnen der
Gussform 5 verhindert.
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Auf
die Annäherungsphase
folgt zum Zeitpunkt t4 der Anfang der Druck- oder Eintauchphase, in
welcher der Stempel 17 (in 1 als gestrichelte Linie
dargestellt) in die Gussform 5 mit relativ geringer Geschwindigkeit
eintaucht, um das Glas vollständig
innerhalb der Gussform 5 zu formen und auszudehnen.
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Zwischen
den Zeitpunkten t4 und t6 (t6 = 2,4 Sekunden) wird das Solenoidventil 34 entsprechend einem
Schritt 56 des Profils S1 gesteuert, der kleiner als der
Schritt 54 ist, um die Luft abzulassen, die in der Kammer
B eingeschlossen ist und den Druck Pb entlang eines Bereichs 57 der
Kurve "B" zu reduzieren und
graduell das Glas der nominalen Druckkraft auszusetzen, die durch
den Druck Pa bestimmt ist. Der Druck Pa wird durch das Solenoidventil 33 gemäß einem
Bereich des Profils S2 im Schritt 58, der kleiner als Schritt 51 ist,
zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 (t5 = 1,8 Sekunden), und im Schritt 59,
der größer als
Schritt 58 ist, zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 moduliert,
sodass der Druck Pa gemäß einem ansteigenden
Bereich 60 der Kurve "A" moduliert wird.
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Unter
Verwendung des Profils S3 anstelle von S2 wird das Solenoidventil 33 in
der Eintauchphase entsprechend einem Bereich des Profils S3 im Schritt 61 zwischen
den Zeitpunkten t3 und t5 und im Schritt 62, der kleiner
als Schritt 61 ist, zwischen den Zeitpunkten t5 und t6
gesteuert, sodass der Druck Pa gemäß einem fallenden Bereich 63 der
Kurve "A'" moduliert wird (2).
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Die
Variationen der Profile S2 und S3 und damit des Drucks Pa in der
Eintauch- oder Druckphase kompensiert ein Schrumpfen und die Tendenz
des Glases, sich von der Gussform 5 zu lösen, aufgrund eines
schnellen Abkühlens
des Glases, oder sie verhindert ein gewaltsames Öffnen der Gussform 5 und damit
das Ausbilden von Defekten in den fertiggestellten Gegenständen.
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Sobald
der Glasgegenstand gegossen ist, wird der Stempel 17 zwischen
den Zeitpunkten t6 und t7 abgesenkt, um eine Weitergabe des gegossenen Gegenstandes
zu ermöglichen.
In dieser Phase wird das Solenoidventil 33 deaktiviert,
um einen Druck Pa entlang des fallenden Bereichs 64 der
Kurve "A" oder "A'" zu
eliminieren und die Luft abzulassen, die in der Kammer A eingeschlossen
ist, während
das Solenoidventil 34 aktiviert wird und entsprechend einem Schritt 65 derart gesteuert
wird, dass es die Flussrate Qb und damit den Druck Pb entlang eines
Bereiches 66 der Kurve "B" erhöht und eine
angemessene Geschwindigkeit des Stempels 17 nach unten
erzielt.
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In
einer in den Graphen nicht dargestellten Variation kann, bevor der
Stempel 17 vollständig
zurückgezogen
ist, die Flussrate Qb und damit die Zurückzieh-Geschwindigkeit des
Stempels 17 graduell gemäß einem jeweiligen Bereich
des Profils S1 reduziert werden, der kleiner als der Schritt 65 ist,
um das Stoppen des Kolben 23 abzufangen.
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Damit
stellt die Maschine 1 eine offe-schleife-gesteuerte Annäherung des
Stempels 17 an die Gussform 5, ein Eintauchen
des Stempels 17 in die Gussform 5 und ein Zurückziehen
des Stempels 17 bereit.
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Verglichen
mit Geschlosse-Schleife-Steuerungs-Maschinen ist die Maschine 1 relativ
umkompliziert durch das Einsetzen keiner Erfassungseinheiten zum
Bestimmen von Luftflussparametern an jedem Produktionszyklus, von
insbesondere den Drücken
in den Kammern A und B und der Position und der Geschwindigkeit
des Stempels 17, und keiner Signalvergleichs- und Verarbeitungseinheiten.
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Die
Steuerungseinheit 45 und die unabhängigen Solenoidventile 33, 34,
die entsprechend jeweiliger unabhängiger vorbestimmter Referenzzeit-Profile
S2, S1 gesteuert werden, schafft ein Zeitmodulieren der Luftflussparameter
der Kammern A und B unabhängig
und beliebig in jedem Produktionszyklus und somit ein effektives
und leichtes Steuern einer Annäherung
und eines Eintauchens von dem Stempel 17 an und in die
Gussform 5.
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Die
Parametermodulation von sogar nur einem Luftfluss relativ zu einer
der Kammern A, B kann unabhängig
von der anderen Kammer A, B durch Ersetzen von einem der aktuellen
Profile S1, S2 durch ein anderes der gespeicherten Referenzzeit-Profile, z.B. durch
Ersetzen des Profils S2 durch das Profil S3, gewechselt werden.
Außerdem
kann neben dem Wechseln der Gießbedingungen
während
der Produktionszyklen eines oder beide der Profile S1, S2, die zu
den Solenoidventilen 33, 34 gesendet werden, partiell
und unabhängig
voneinander modifiziert werden.
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Außerdem schafft,
da bei einer Verwendung eines der Solenoidventile 33 und 34 den
Druck Pa und das andere die Flussrate Qb moduliert, die Maschine 1 eine
effektive Steuerung sowohl der Kraft, die durch den Stempel 17 an
das Glas angelegt wird, wenn der halbfertige Gegenstand gegossen
wird, als auch der Einführ-
und der Zurückziehgeschwindigkeit des
Stempels 17.
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Sicherlich
können Änderungen
an der Maschine 1 und an dem Verfahren gemacht werden,
das hierin beschrieben wurde, ohne sich jedoch von dem Umfang der
Erfindung zu entfernen.
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Insbesondere
können
die Solenoidventile 33, 34 sich von dem beschriebenen
Typ unterscheiden, z.B. können
beide den Druck der jeweiligen Luftflüsse modulieren.
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Die
Referenzzeit-Profile können
sich von den Profilen S1, S2, S3 unterscheiden, die beispielhaft
in 3 dargestellt sind, um die Luftflussparameter
in jedem Produktionszyklus anders als in 2 dargestellt
zu modulieren.
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Schließlich kann
nur einer von den Flussparametern moduliert sein, während eines
Teils der Annäherungs-,
Eintauch- und Absenkphase. Z.B. kann die Flussrate Qb nur entsprechend
eines Bereiches von dem Profil S1 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3
moduliert sein.