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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Pressformen
von Kunststoff-Gegenständen.
Insbesondere ist es besonders geeignet zur Formung von Extrudaten
zur Herstellung von Kunststoffflaschen, Töpfen, Behältern oder ähnlichen Gegenständen durch
Blasumformung.
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Stand der
Technik
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Die
Extrudate zur Herstellung von blasumgeformten Behältern, insbesondere
aus PET gefertigte, werden üblicherweise
mittels Einspritz-Kompressions- oder Extrusions-Formung hergestellt.
Die Anpassung der Pressformung für
die Herstellung von Extrudaten weist die folgenden Vorteile über der
Einspritzformung auf:
- – eine Niedrigere Formtemperatur
und -druck und somit ein niedrigeres Niveau an Rest-Acetaldehyd in
der abschließenden
Flasche – Acetaldehyd trägt ebenso
zu einem unerwünschten
Apfelgeschmack bei, der beispielsweise in Flaschen für Mineralwasser
gefunden wird, die über
eine lange Zeit in warmen Lagerhäusern
gelagert wurden.
- – eine
geringere Schädigung
des Kunststoffmaterials aufgrund des Brechens von dessen Polymerketten.
- – eine
geringere mechanische Belastung aufgrund des niedrigeren Formdrucks
und somit einer kleineren Presse.
- – die
Eliminierung von Einspritzpunkt-Defekten auf dem abschließend bearbeiteten
Extrudat, die Qualitätsprobleme
und die Explosion von Flaschen im folgenden Blasform-Betrieb bewirken.
- – eine
leichtere Einbettung der Formstation in den Rest der Anlage, die üblicherweise
Maschinen beinhaltet, die kontinuierlich arbeiten.
- – die
Eliminierung von Lagerbereichen.
- – die
Befüllung
unterschiedlicher Formhohlräume mit
gleichmäßigeren
Dosierungen und bei gleichmäßigeren
Temperaturen.
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Üblicherweise
wird während
der Pressformung eine vorab bestimmte Menge von Kunststoffmaterial
in fluider oder pastöser
Form im Hohlraum einer Form abgelagert. Dann wird diese Form geschlossen
und der Kunststoff wird durch Pressen desselben in gewünschter
Weise geformt. Unterschiedlich zum Einspritzformen steht der Formhohlraum
nach dem Verschließen
der Form nicht in Wirkverbindung mit der äußeren Umgebung – beispielsweise
mit einer Plastifizierschnecke – sondern
verbleibt ohne Austausch von Kunststoffmaterial oder Luft isoliert; üblicherweise
bedeutet dies, dass der Formhohlraum mit einer Dosis befüllt wird,
die leicht kleiner als die theoretische maximale Menge ist. Dies macht
es zusammen mit der Volumenkontraktion des Kunststoffs aufgrund
der Abkühlung
im Formhohlraum schwierig, geformte Stücke mit besonders präzisen Größentoleranzen
zu erhalten.
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Dies
erschwert es, Gegenstände
sowie Exrudate für
die spätere
Bearbeitung durch Blasumformung, die eine recht genaue Größentoleranz
und -form aufweisen müssen,
presszuformen; tatsächlich können Befüllfehler,
Blasen und andere geometrische Ungleichmäßigkeiten zu Explosionen in
der Blasumform-Phase führen.
Darüber
hinaus kann die Schrumpfung des Kunststoffmaterials im Hals und
in Gewindebereichen der Extrudate zu nicht akzeptablen Erscheinungsproblemen
und Problemen beim Aufschrauben des Flaschendeckels führen.
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In Übereinstimmung
mit dem schweizerischen Patent
CH
664 526 (Maegerle) werden diese Probleme beim Pressformen
von Kunststoffröhrchen zur
Verpackung von Zahnpasta mit einem Druck angegangen, bei dem der
Formkolben unter Druck während
der Abkühlphase
des Kunststoffs gehalten wird. Auf diese Weise führt der Kolben seinen Hub,
der die thermische Schrumpfung des Kunststoffmaterials kompensiert,
fort, wobei dieser konstant gegen die Wände des Formhohlraums gedrückt wird;
die abschließend
bearbeiteten Werkstücke
weisen eine bessere Größenpräzision auf.
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Nachteilig
hierbei ist unter Beachtung der Schrumpfung des Materials während des
Pressens durch einen Anstieg des Drucks des Kolbens, dass es schwieriger
wird, das Objekt nach der Abkühlung zu
entfernen. Dies führt
zu einem recht weit verbreiteten Problem dort, wenn wie bei pressgeformten
Objekten sowie Extrudaten für
die Blasumformung von Behältern
es notwendig ist, eine bemerkenswerte Kraft aufzubringen, um den
Kolben, der den inneren Hohlraum der Extrudate formt, nach der Abkühlung aus
dem Extrudat herauszuziehen.
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Verschiedene
Pressform-Operationen sind für
die Herstellung vergleichsweise kleiner Kunststoffobjekte sowie
von Deckeln für
Flaschen bekannt, diese Lösungen
sind jedoch nicht direkt auf die Herstellung großer oder tiefer Kunststoffbehälter, die üblicherweise
höhere
Ausgabeleistungen erfordern, anwendbar. Ein Beispiel einer Pressform-Vorrichtung, die
zum Stand der Technik gehört,
ist im Dokument WO 01/32390 beschrieben. Diese Vorrichtung, die insbesondere
zur Herstellung von Kunststoffdeckeln für das Verschließen von
Behältern
verwendet wird, umfasst Formeinheiten, die jeweils aus einem männlichen
Formteil und einem weiblichen Formteil zusammengesetzt sind. Der
männliche
Formteil weist einen Kolben auf, der direkt mit komprimierter Luft zur
Verfügung
gestellt ist, die durch Anschlüsse
austritt, um so die Trennung des Deckels vom Kolben zu bewirken
und das Entfernen des Deckels zu erleichtern.
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Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Pressformen von Gegenständen
zur Verfügung
zu stellen, die die oben genannten Probleme löst, insbesondere in Bezug auf die
für die
Freigabe des geformten Werkstücks
am Ende des Formzyklus und die Entfernung des Werkstücks von
der Formstation erforderliche Kraft.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der Erfindung werden diese Ziele mittels
einer Vorrichtung zur Pressformung von Kunststoffbehältern mit
den Merkmalen in Übereinstimmung
mit Anspruch 1 erreicht, die einen inneren Hohlraum aufweisen, der
mit der Außenseite über eine Öffnung in Wirkverbindung
steht,, eine Form, die einen Stempel umfasst, um zumindest einen
Teil des inneren Hohlraums des Behälters zu formen, sowie eine
weibliche Form, um einen Teil der äußeren Oberfläche des
Behälters
zu formen. Dieser Stempel und die weibliche Form sind in der Lage,
eine Kupplungsposition zu erreichen, um das Werkstück durch
Gleiten in eine Öffnungs- oder Verschließrichtung
der Form zu formen. Der Zusammenbau weist auch zumindest zwei sich bewegende
Komplettierungselemente auf, um die äußere Oberfläche des Formhohlraums abschließend zu
bearbeiten. Der Zusammenbau beinhaltet ebenso ein Gleitelement,
das in Öffnungs-
oder Verschließrichtung
der Form gleitet, das mit einem zylindrischen Hohlraum und einem
Zylinder ausgestattet ist, der in der Lage ist, innerhalb des zylindrischen Hohlraums
in Öffnungs-
oder Verschließrichtung
der Form zu gleiten und die Form durch Aufbringen einer Kraft auf
die Vervollständigungselemente
in geschlossener Position zu halten; darüber hinaus kann der Stempel
entlang der Öffnungs- oder Verschließrichtung
der Form innerhalb des Zylinders für zumindest eine Teillänge in Bezug
auf den Zylinder und das Gleitelement gleiten.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung werden diese Ziele mittels
eines Verfahrens zur Formung von Kunststoffbehältern erreicht, welches mittels
einer oben beschriebenen Vorrichtung ausgeführt wird, in Übereinstimmung
mit Anspruch 9, welches die nachfolgenden Stufen umfasst:
- a) Befüllen
des Hohlraums einer weiblichen Form mit einer Dosis fluiden Kunststoffs;
- b) Beschickung des Gleitstücks
mit dem Zylinder und dem Stempel auf die weibliche Form hin;
- c) Verschließen
der Vervollständigungselemente zwischen
der Form und dem Zylinder;
- d) Verschließen
der Form und Pressformen des Behälters
durch Fortschreiten des Stempels innerhalb der weiblichen Form;
- e) Aufbringen einer geeigneten kontinuierlichen Presskraft auf
den Stempel, um den Stempel abhängig
von der Volumenkontraktion weiter in den Kunststoff abzusenken,
um die thermische Schrumpfung während
der Abkühlung
zu kompensieren;
- f) Lösen
des Stempels vom Hohlraum der weiblichen Form durch Bewirken, dass
er in einem ersten Hub entlang der Formöffnungs- und/oder Verschließ-Richtung
gleitet, während
der Zylinder und die Vervollständigungselemente
in der Formverschluss-Position verbleiben.
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Die
Tatsache, dass die Formeinheit mit einem Stempel versehen ist, der
zumindest in der Form-Öffnungs-
und Form-Verschließrichtung
in Bezug auf den Kompressionszylinder und das gleitende Gleitstück gleitet,
macht es möglich
und leichter, ein Gasfedersystem zu verwenden, um den Kompressionszylinder
zu betreiben. Tatsächlich
ist das Gasfedersystem einfacher, weniger kostenintensiv und weist
schnellere Reaktionszeiten verglichen mit einem System auf, das
beispielsweise ein Öl-
oder pneumatisches System verwendet, um einen Kompressionszylinder
zu betreiben, während
es immer noch in der Lage ist, hohe Kompressionskräfte aufzubringen.
Darüber
hinaus ermöglicht
es diese Gasfeder, das geformte Werkstück zu entlasten und insbesondere
den Stempel auch aus tief geformten Objekten bei schnelleren Geschwindigkeiten
zu entfernen verglichen mit einem Fall, bei dem ein Stempel im Wesentlichen
nicht integral mit dem gleitenden Gleitstück ausgebildet ist.
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Gemäß dem oben
erwähnten
Verfahren wird der Stempel unter Verwendung der Gleitstück-Betätigungselemente
vom geformten Objekt gelöst – was in
der Formöffnungsphase
die größte Kraft
erfordert. Die Gleitstück-Betätigungselemente
werden ebenso dazu verwendet, die anderen Teile der Form während der
Lösung
des Stempels geschlossen zu halten: auf diese Weise ist es möglich, eine
unnütze Übergröße der Entfernungs-Betätigungselemente
zu vermeiden. Abschließend
werden die Form und deren sich bewegende Elemente – beispielsweise
die Lippen und die Stange der Lippen – optimal belastet und weisen
einen besseren Abrieb auf.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Andere
Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierteren Beschreibung
einer besonderen Version der Erfindung deutlicher ersichtlich, welche als
nicht beschränkendes
Beispiel und in Verbindung mit den nachfolgenden anhängenden
Zeichnungen angegeben ist:
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Die 1 bis 8 zeigen
eine schematische Ansicht von vertikale Schnitten einer bevorzugten
Version einer Vorrichtung zur Pressformung von Kunststoffobjekten
in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung während
einiger Phasen des Formbetriebs;
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Details der in 1 gezeigten
Vorrichtung;
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10 zeigt eine Seitenansicht des in 9 gezeigten
Details;
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11 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Ebene B-B des in 10 gezeigten
Details.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe "kontinuierlich betriebene
Presse" und "kontinuierlich betriebene
Formeinheit" so
verwendet, dass sie sich auf eine Vorrichtung beziehen, in der der
Formzyklus in verschiedenen Formhohlräumen mit einer zeitlichen Differenz
zwischen den unterschiedlichen Hohlräumen ausgeführt wird: beispielsweise wird,
während
ein Formhohlraum zur Befüllung
geöffnet
wird, eine andere Einheit zur Komprimierung verschlossen und eine
dritte Einheit wird dazu geöffnet,
dass geformte Werkstück
zu entfernen. Die Begriffe "Reihenpresse" und "Reihen-Formeinheit" beziehen sich auf
eine Formvorrichtung, bei der der Formzyklus simultan und ohne zeitliche
Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Formhohlräumen ausgeführt wird:
beispielsweise werden sämtliche
Formhohlräume
befüllt
oder zum Komprimieren verschlossen oder dazu geöffnet, die geformten Werkstücke zu entfernen.
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1 zeigt
eine Form 1, die für
das Pressformen von Kunststoffobjekten geeignet ist, welche eine weibliche
Form 14 umfasst, in der ein Formhohlraum 2 zum
Absetzen einer Kunststoffmenge, beispielsweise PET, PP, PS, PE,
PVC, PEN, PBT, usw. in fluider Form oder in einer Konsistenz, die
zum Formen geeignet ist, vorliegt.
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Die
weibliche Form ist auf der Boden-Formhalteplatte 3 einer
Formeinheit 4 in Übereinstimmung mit
dieser Erfindung fixiert. Verschiedene Einheiten 4, die
mit der in den 1 bis 8 gezeigten ähnlich oder
identisch sind, sind auf dieser Abstützung angesetzt, die um eine
vertikale Achse rotiert, um ein sich drehendes Karussell für das Pressformen
von Kunststoffobjekten zu erzeugen, welche gemäß der bevorzugten Version dieser
Erfindung Extrudate sind, die dazu geeignet sind, mittels eines
nachfolgenden Blasumformbetriebs in Flaschen für Mineralwasser, Getränke oder
Fruchtsäfte,
Töpfe z.B.
für die Aufbewahrung
von Lebensmitteln oder anderen Arten von Behältern transformiert zu werden.
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Die
Form 1 beinhaltet ebenso einen im Wesentlichen zylindrischen
Stempel 5 mit einer länglichen
Form, die in der Lage ist, die Form des inneren Hohlraums 6 des
Extrudats oder geformten Objekts P zu definieren, sowie zwei Vervollständigungselemente 7, 8,
die deutlicher in den 9 bis 11 gezeigt sind,
welche im Anschluss "Lippen" genannt werden. Diese
Lippen werden dazu verwendet, die bekannte Art von Öffnung und
Hals des Extrudats zu formen: insbesondere die Außenseite
des mit einem Gewinde versehenen Endes des Behälters – den "Ring" genannten
runden Vorsprung und den "Dichtring" genannten runden
Vorsprung, auf dem jede Art von Abreiß-Dichtringen des Flaschendeckels
befestigt wird. Um in der Lage zu sein, das Extrudat aus der Form herauszuziehen,
sind die Lippen 7, 8 voneinander über eine
die Form teilende Oberfläche
in der Form einer vertikalen Fläche
getrennt und öffnen
und verschließen
sich mit einer horizontalen Bewegung oder in irgendeiner Art transversal,
um sich dem Hub des Stempels zur weiblichen Form hin anzunähern. Die Richtung
dieses Hubs wird im Anschluss "Formöffnungs-
und/oder Verschließ-Richtung" genannt, was unter
Bezugnahme auf die Annäherungsrichtung
der größeren Elemente
der Form die Haupt-Formöffnungs-/Verschließrichtung
bedeutet.
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Der
Schutzbereich dieser Erfindung deckt ebenso Vervollständigungsvorrichtungen
anstelle der Lippen 7, 8 ab, die eine äquivalente
Funktion aufweisen und von dem geformten Objekt P mit einer Bewegung
zumindest transversal zur Öffnungs-
und/oder Verschließrichtung
der Form entfernt werden können.
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In Übereinstimmung
mit der bevorzugten Version der Erfindung, wie sie in den anhängenden Figuren
gezeigt ist, öffnen
und berühren
die Lippen 7, 8 einander unter Drehung um eine
vertikale Stange 12 (siehe 11) um
so eine Art scherenähnlichem Mechanismus
zu erzeugen.
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Wenn
die Form verschlossen wird (siehe die 3 bis 6)
berühren
die zwei Lippen einander und liegen auf der weiblichen Form 14 auf
und der Stempel 5 wird in das Loch 13 eingesetzt.
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Vorzugsweise
wird die vertikale Stange 12, die als Gelenk für die Lippen
agiert, im Teil der Einheit 4 platziert, der der Innenseite
des sich drehenden Karussells gegenüberliegt, während diejenigen Teile der Lippen,
die das Loch 13 definieren, in einer Position liegen, die
in Bezug auf die Stange 12 mehr außen liegen: diese Anordnung
erleichtert es, den Kern der Form 1 mit den Befüllungsvorrichtungen
und den Vorrichtungen zur Entfernung des geformten Extrudats zu
erreichen und ist besonders geeignet für Formstationen, die auf vielen
Formeinheiten 4, welche eher kontinuierlich als in Reihe
arbeiten, bestehen.
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Idealerweise
ist der Stempel 5 an oder aus einer den Stempel haltenden
Stange 15 angebracht oder herausgearbeitet, welche dazu
dient, den Stempel zu bewegen.
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Die
Lippen 7, 8 sind axial an der Stange 12 verriegelt
und können
dadurch angehoben oder abgesenkt werden, dass bewirkt wird, dass
die Stange 12 in Öffnungs-
oder Verschließ-Richtung
der Form gleitet.
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Vorzugsweise
gleitet während
der Formung ein hohles zylindrisches Element oder ein hohler Kolben 16 – im Anschluss "hohler Presser" oder "Kompressionszylinder" 16 (siehe 1)
genannt – vertikal
und presst die Lippen 7, 8 eng gegen die weibliche
Form 14 und verhindert die Öffnung der Form aufgrund des
inneren Formdrucks. Um dies zu erreichen, weisen der hohle Presser 16 sowie
das obere Ende der weiblichen Form 14 idealer Weise beide
ein Gehäuse
in einer Form auf, die ähnlich
einem Kegelstumpf 34 und 36 ist, oder auf jede
Art gemäß dem Prinzip
einer geneigten Ebene arbeiten und dazu angepasst sind, mit der
Form eines Kegelstumpfs 35 bzw. 35A der geschlossenen
Lippen 7, 8 zu verkuppeln, so dass die vom hohlen
Presser 16 und der weiblichen Form 14 aufgebrachte
Presskraft dazu neigt, die Lippen verschlossen zu halten.
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Alternativ
können
mehr als zwei Lippen vorliegen und mit dem Kompressionszylinder 16 oder mittels
anderer geeigneter Presselemente verschlossen gehalten, welche nicht
notwendigerweise hohl sein müssen,
um die Form 1 durch Aufbringen einer Kompressions- oder
Schließkraft
zumindest auf die Lippen geschlossen zu halten.
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Das
gleitende Gleitelement 22 besteht aus einer Abstützung, die
dazu angepasst ist, zumindest entlang der Öffnungs- und Verschließrichtung
der Form zu gleiten. In dem in den Figuren gezeigten Beispiel ist
dieses Gleitelement oberhalb der weiblichen Form 14 und
der Boden-Formhalteplatte 3 platziert und kann nach oben
oder unten verfahren – beispielsweise
dank eines nicht gezeigten nockenartigen Betriebs – mit einem
vertikalen Hub, während, wie
dies in dem Beispiel gezeigt ist, die Boden-Formhalteplatte 3 an
einer feststehenden Höhe
vorliegt und sich lediglich um eine vertikale Achse angetrieben
durch das Form-Karussell drehen kann.
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Gemäß einem
ersten Aspekt dieser Erfindung können
der Stempel 5 und die Stempel-Haltestange 15 entlang
der Form-Öffnungs- und/oder Verschließ-Richtung
in Bezug auf den hohlen Presser oder Kompressionszylinder 16 und
in Bezug auf das Gleitstück 22 gleiten.
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Die
Stange 15 des Stempels 5 gleitet in dem zylindrischen
inneren Hohlraum des hohlen Pressers 16 mit einer Bewegung,
die von der Bewegung des Letzteren abhängig ist, wie dies im Folgenden
detaillierter beschrieben werden wird.
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Vorzugsweise
wird die horizontale Öffnungs- und
Verschließ-Bewegung der Lippen 7, 8 mittels
einer nockenartigen Vorrichtung 17, die besser in den 1, 9, 10 und 11 gezeigt
ist, gesteuert. Zwei Räder 18, 19,
die sich jeweils um einen Stift integral mit den Lippen 7, 8 drehen,
gleiten entlang zweier Schlitze 20 bzw. 21, die
die Gleitform des Nockens definieren. Vorzugsweise sind die Gleiteinhausungen
der Stangen 12, 15 und des hohlen Pressers 16 aus
einem einzelnen Gleitelement 22 herausgearbeitet (siehe 1).
Vorzugsweise sind die zwei Schlitze 20, 21 des
Nockens, der die Öffnung
der Lippen steuert, aus einer Platte 25 beispielsweise
aus Stahl, welche starr an dem Gleitelement 22 angesetzt ist,
herausgearbeitet.
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Das
Gleiten zwischen der Stange 12 der Lippen und dem Gleitelement 22 wird
mittels eines Nocken (800)-Betriebs und durch die zylindrische
Kammer 23, die ebenso aus dem Gleitelement 22 herausgearbeitet
ist, gesteuert.
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Der
nockenartige Betrieb besteht aus einem Stößel oder Folger, beispielsweise
in der Art eines Rads, der an der Stange 12 der folgenden
Lippen während
der Drehung des Form-Karussells angesetzt ist, der Nocken (800)-Form,
die in Bezug auf den Rahmen des Karussells fixiert ist.
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Die
zylindrische Kammer 23 ist mit einer im Wesentlichen feststehenden
Menge an unter Druck stehendem Gas, beispielsweise Luft oder Stickstoff, bei
einem Anzeigedruck von 40 bar gefüllt, um wie eine erste Gasfeder
zu wirken, die dazu neigt, die Stange 12 der Lippen konstant
nach oben zu drücken.
Das Betriebsprinzip der Nocken (800)-Form wird im Folgenden
erläutert
werden.
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Analog
wird das gleiten zwischen der Stange 14 zum Betrieb des
Stempels und des Gleitelements 22 mittels eines Nocken
(900)-Betriebs
und mittels der zylindrischen Kammer 24, die ebenso aus
dem Gleitelement 22 herausgearbeitet ist und mit einer
im Wesentlichen festgelegten Menge an unter Druck stehendem Gas,
beispielsweise Luft oder Stickstoff, bei einem Anzeigedruck von
40 Bar befüllt
ist, gesteuert. Vorzugsweise weist die Stange 15, die den Stempel 5 betreibt,
einen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser 26 auf,
wobei oberhalb und unterhalb zwei Segmente 27, 28 der
Stange vorliegen, deren Durchmesser Dsup bzw. Dinf ist. Der Abschnitt mit
dem größeren Durchmesser 26 verbindet
zwei obere 27 und untere 28 Segmente der Stange
mit flachen ringartigen Oberflächen 29 bzw. 30,
die orthogonal zur Achse der Stange 15 stehen. Vorzugsweise ist
Dsup größer als
Dinf, so dass die Kraft des unter Druck stehenden Gases in der Kammer 24 auf
die Oberflächen 29 und 30 dazu
neigt, die Stange 15 konstant nach oben gegen das obere
Ende der zylindrischen Kammer 24 oder des des Nockens 900 zu drücken.
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Die
Wand der zylindrischen Kammer 24 und des hohlen Pressers
oder Zylinders 16, die innen gleiten, sind so ausgebildet,
dass sie mit Hilfe einer geeigneten Abdichtung ein luftdichtes Gleiten
erzeugen. Ein ähnliches
luftdichtes Gleiten wird zwischen dem inneren Hohlraum des hohlen
Pressers 16 und der Stempel-Haltestange 15, die
innen gleitet, erzeugt. Dies minimiert die Verluste durch einen
Austritt des innerhalb der zylindrischen Kammer 24 eingeschlossenen,
unter Druck stehenden Gases und der Zusammenbau aus hohlem Presser 16 und
zylindrischer Kammer 24 agiert wie eine zweite Gasfeder, die
dazu neigt, den hohlen Presser konstant nach unten gegen den Boden
der zweiten zylindrischen Kammer 24 zu drücken.
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Die
Verwendung von Gasfedern eröffnet
verschiedene Vorteile inklusive beispielsweise:
- – Die Möglichkeit
der Herstellung einer Vielzahl von Gasfedern, zwei für jede Presseinheit 4,
mit daraus resultierender höherer
Steifheitstoleranz und geringerem Verfall aufgrund von Ermüdung verglichen
mit beispielsweise Stahlfedern.
- – Einfachheit
und Kosteneffektivität
bei der Herstellung der Federn verglichen mit einem System hydraulischer
Zylinder, die von Ventilen begleitet sind.
- – Die
Möglichkeit
der Handhabung mit einer sehr einfachen Vorrichtung und mit vergleichsweise schnellen
Reaktionszeiten, vergleichsweise hohen Drücken und Presskräften, beispielsweise
40 bar auf einem Zylinder von etwa 160 mm Durchmesser erzeugen eine
Kraft von mehr als 8 × 104 N.
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Vorzugsweise
sind die obere, flache ringartige Oberfläche oder Schulter 29 und
die obere Wand 31 der Kammer 24 so hergestellt,
dass sie mechanisch gegeneinander aufliegen können und derart, dass die den
Stempel 5 mit der Kraft des Gleitelements 22 während der
Kompression und der Form-Schließphase drücken können.
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Die
Stange 15 zum Betreiben des Stempels gelangt aus dem oberen
Teil des Gleitstücks 22,
welches eine äußere Kontaktoberfläche 37 aufweist,
das beispielsweise aus einer Gleithülse 38 herausgearbeitet
wurde, an der eine korrespondierende Kontaktoberfläche 39,
die aus der Stange 14 herausgearbeitet wurde, in mechanischen
Kontakt gelangt, wenn sie abgesenkt wird.
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Das
Gleitelement 22 und die den Stempel haltende Stange 15 sind
so gefertigt, dass das Gleitelement mittels der Kontaktoberflächen 37, 39 den Stempel 5 und
die den Stempel haltende Stange 15 dann drücken kann,
wenn die Form 1 sich öffnet.
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Die 1 und 8 zeigen
eine schematische Ansicht eines Teils einer äußeren Vorrichtung zur Entfernung
von Extrudaten, die durch die Formeinheit 4 geformt wurden.
Die Entfernungsvorrichtung weist ein Sternrad 32 auf, um
das herum eine konzentrische Entfernungsführung 33 platziert
ist.
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Im
Folgenden wird eine Beschreibung des Betriebs einer Formeinheit 4 angegeben.
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1 zeigt
einen Moment im Formzyklus, wenn der Hohlraum 2 der weiblichen
Form 14 gerade mit einer vorbestimmten Dosis eines geschmolzenen Kunststoffs,
beispielsweise PET, befüllt
wurde.
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Die
Lippen 7, 8 sind in ihrer Position der maximalen
horizontalen Öffnung
und sind leicht oberhalb des Sternrads 32 und der Entfernungsführung 33 positioniert;
die Betätigungsstange 15 des
Stempels 5 wird ebenso angehoben, so dass deren Bodenende
oberhalb des Sternrads 32 und der Entfernungsführung 33 steht.
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Das
Gleitelement 22 ist an einer Höhe platziert, so dass die Oberfläche 29 mechanisch
gegen die obere Wand 31 der Kammer 24 anstößt.
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Der
Luftdruck in der Kammer 24 hält den hohlen Presser 16 und
in seiner Position einer maximalen Erstreckung außerhalb
der Kammer gegen den Boden der Kammer 24 gedrückt.
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2 zeigt
einen darauffolgenden Moment des Formzyklus, wenn, nachdem die Stange 12 der Lippen
dazu gebracht wird, in Bezug auf die Platte 25 der Nocken
zu gleiten, die die Lippen 7, 8 geschlossen und
dank der zylindrischen Kammer und des Nockens 800 in Kontakt
mit dem hohlen Presser gebracht wurden, verschlossen wurden. Das
Gleitelement 22 der Presse wird in Bezug auf die die Form haltende
Platte 3 abgesenkt, der Druck des Gases innerhalb der Kammer 24 hält weiterhin
die Schulter 29 der Stange 15 des Stempels in
Kontakt mit der oberen Wand 31 der Kammer 24 und
der hohle Presser 16 ist in einer Position des maximalen
Hubs außerhalb
der Kammer 24 erstreckt; somit folgen die Stange 15 des
Stempels sowie der hohle Presser 16 starr der Absenkungsbewegung
des Gleitelements 22.
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3 zeigt
den Moment, wenn die Form 1 sich schließt, der Formhohlraum der Form 1 von
der äußeren Umgebung
isoliert wird und die Lippen 7, 8 in Kontakt mit
der oberen Kante der weiblichen Form 14 kommen und durch
den hohlen Presser 16 komprimiert werden; ebenso wird eine
horizontale Öffnung
der Lippen 7, 8 durch die Verkupplung der Oberflächen der
Lippen in der Form eines Kegelstumpfs 35, 35A mit
den korrespondierenden Oberflächen
des hohlen Pressers 16 und der weiblichen Form 14 in
der Form eines Kegelstumpfs 34, 36 verhindert.
Die Lippen 7, 8 verbleiben in diesem Zustand auch
in den in den 4, 5, 6 gezeigten Momenten.
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Zurück zum Zustand
aus 3 wird die Form vorzugsweise geschlossen, bevor
der Stempel 5 beginnt in den fluiden Kunststoff einzutauchen,
um ein Verspritzen oder ähnliche
Störungen
zu verhindern, wenn die Form immer noch offen ist. Bis nun wurden
das Gleitelement 22, der hohle Presser oder Zylinder 16,
die Stange 15 des Stempels sowie die Lippen 7, 8 unabhängig voneinander
abgesenkt.
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4 zeigt
einen nachfolgenden Moment, wenn der hohle Presser 16 verglichen
mit der weiblichen Form 14 unbeweglich verbleibt und weiterhin gegen
die Lippen drückt
und diese verriegelt; das Gleitelement 22 senkt sich selbst
weiter ab und, da die Schulter 29 in Kontakt mit der oberen
Wand 31 der Kammer 24 steht, drückt die
Stange 14 des Stempels nach unten; der Stempel 5 wurde
in den fluiden Kunststoff eingetaucht und bringt ihn dazu, den gesamten
Formhohlraum einzunehmen und die Luft, die im Inneren vorlag, durch
die geeigneten Blaslöcher
hinauszudrücken.
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Die
Blaslöcher
und die Gleitöffnung
zwischen dem Stempel 5 und dem Loch 13 der geschlossenen
Lippen weisen eine Größe und Dicke auf,
die geeignet ist, die Luft hindurchzulassen, den fluiden Kunststoff
jedoch einzufangen.
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Wenn
die Luft vollständig
ausgetrieben wurde, besteht ein bestimmter Anstieg des Widerstands, den
Stempel 5 weiter herunterzulassen. Die Absenkung des Gleitelements 22 und
infolgedessen des Stempels 5 dann, wenn dieser in den fluiden
Kunststoff eingetaucht ist, wird mittels einer Logikeinheit und
geeigneter Sensoren oder äquivalenter
Steuerungsvorrichtungen mechanischer, pneumatischer oder anderer
Art gesteuert. Dies dient dazu, eine Druckkraft auf den Stempel 5 aufzubringen,
die niemals größer als
die maximale Kraft ist, die wenn sie einmal überstiegen wurde, direkt die
Absenkung des Stempels 5 stoppt oder verlangsamt und in
jedem Fall diese maximale Kraft auf den geschmolzenen Kunststoff
weiterhin aufbringt; dies ist gleichbedeutend mit der Komprimierung
des Kunststoffs in der Form mit einem auf einen Maximalwert begrenzten Druck.
Dieser maximale Druckwert wird ausgewählt, um zu bewirken, dass die
Luft vollständig
aus dem geschlossenen Formhohlraum heraustritt, während verhindert
wird, dass der geschmolzene Kunststoff durch die Blaslöcher hindurch
extrudiert wird.
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In
den nächsten
Momenten, nämlich
dem in 4 und dem in 5 gezeigten, übt der Stempel 5 weiterhin
eine geeignete Kompressionskraft auf den Kunststoff aus, um zu bewirken,
dass der Stempel 5 weiterhin bei einer niedrigeren Rate
in den Kunststoff hinein einsinkt. Diese Rate hängt von der Volumenkontraktion
des Kunststoffs aufgrund seiner Abkühlung ab; das Ziel ist dabei,
den Kunststoff gegen die Wände
des Formhohlraums zu drücken,
um die thermische Schrumpfung aufgrund der Abkühlung zu kompensieren.
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Dieses
Absinken kann im Falle von Extrudaten der in 9 gezeigten
Art anzeigend für
3 bis 7 mm abhängig
auch von den Dimensionen des Extrudats sein. Während des Absinkens wird die
Stange 15 des Stempels weiter durch das Gleitelement 22 nach
unten gedrückt,
da die obere Schulter 29 in Kontakt mit der Wand 31 der
Kammer 34 des Gleitelements verbleibt. Der hohle Presser 16 tritt
weiter in die Kammer 24 ein und drückt gegen die Lippen, die wiederum
auf der weiblichen Form 14 ruhen.
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In
den 4 und 5 stehen die Kammer 40,
die durch die Bodenschulter des hohlen Pressers 16, dessen
Seiten und die Seitenwände
der Kammer 24 ausgebildet ist, in Wirkverbindung mit der äußeren Atmosphäre.
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Diese
Phase wird beispielsweise nach einer vorab bestimmten Zeit oder
dann, wenn die erwartete Temperatur des Kunststoffmaterials in der
Form ausreichend gering ist, gestoppt.
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Mit
ausreichend präzisen
Dimensionstoleranzen der unterschiedlichen Elemente der Form und der
Dosis des in der Form abgelagerten Kunststoffs ist es möglich dann,
wenn das Absinken des Stempels 5 gestoppt wird (siehe 5)
und das geformte Kunststoffobjekt aus der Form entfernt wurde, ein Werkstück mit gewünschter
Form und den gewünschten
Dimensionstoleranzen zu erhalten.
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Die
nächsten 6 bis 8 betreffen
Operationen der Öffnung
der Form und der Entfernung des geformten Objekts.
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Wenn
das Kunststoff in der Form ausreichend abgekühlt ist, sinkt der Stempel 5 nicht
länger in
die Form hinein. Nun wird der Stempel 5 vom Inneren des
Extrudats P gelöst:
der hohle Presser 16 drückt
weiter die Lippen 7, 8 nach unten und gegen die
weibliche Form 14, das Gleitelement 22 wird angehoben
und die Stange 15 des Stempels verbleibt festgelegt und
blockiert für
die weitere Zeit in Bezug auf das Extrudat P. Wenn die Kontaktoberfläche 37 der
rohrförmigen
Hülse 38 gegen
die Kontaktoberflächen 39 der
Stange 15 des Stempels anstoßen, wird der letztere mit
einer signifikanten Kraft durch das Gleitelement 22 angehoben;
der Stempel 5 wird von dem inneren Hohlraum 6 des
Extrudat P gelöst
(siehe 4), welcher durch die Lippen 7, 8 festgehalten wird.
Vorzugsweise wird dieses erste Anheben des Stempels 5 aus
dem Hohlraum 6 des Extrudats nach einigen Millimetern gestoppt,
um einen ersten begrenzten Hub zu haben, was im Folgenden erläutert wird.
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Durch
das Ausführen
einer anfänglichen Loslösung des
Kolbens 5 vom Extrudat mit der Antriebskraft des Gleitelements 22 und
der Kontaktoberfläche 37 wird
ermöglicht,
die Durchmesser Dsup und Dinf in den Segmenten 27, 28 der
Stange 15 der Größe einzustellen,
um vergleichsweise kleine Druckwerte des Gases in der Kammer 24 an
der den Stempel haltenden Stange 15 zu haben. Diese Werte sind
so, dass sie den Nocken 900 exzessiv belasten, sind jedoch
in einigen Fällen
nicht dafür
ausreichend, den Stempel 5 nur mit dem hydrostatischen
Effekt von dem Extrudat P zu lösen.
Diese Lösekraft
kann beispielsweise in der Größenordnung
von 400 daN liegen.
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Dann
werden die Lippen 7, 8 der Bewegung des Gleitelements 22 und
der Stange 15 des Stempels folgend nach oben so angehoben,
dass keine Gleitung zwischen dem Parison P, dem Stempel 5 und
den Lippen 7, 8 vorliegt.
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Um
dies zu erreichen, stößt die Stange 15 des
Stempels weiterhin gegen die rohrförmige Hülse 38 an, der hohle
Presser 16 drückt
weiterhin gegen die Bodenwand der Kammer 24 und die Stange 12 der
Lippen 7, 8 wird nach oben gedrückt und
gegen den hohlen Presser 16 durch das unter Druck gesetzte
Gas in die Kammer 23 nach oben anstoßend gehalten. Der Nocken 800 dient
als Sicherheitselement, wenn dieses Drücken zum Anheben der Lippen
nicht ausreicht; der Nocken 900 verhindert ein zu schnelles
und zu weitreichendes Anheben der den Stempel haltenden Stange 15,
verhindert den Druck der Stange 15 nach oben, der vom unter
Druck stehenden Gas in der zylindrischen Kammer 24 aufgegeben wird.
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Die
drei Gleitelemente 12, 15, 16 werden
zusammen mit dem Gleitelement 22 angehoben und das Extrudat
wird vollständig
aus der weiblichen Form 14 entfernt.
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Die
Stange 12 der Lippen stoppt ihre Bewegung nach oben (7)
dann, wenn das Extrudat P an einer geeigneten/vorbestimmten Höhe positioniert ist,
um bereit zu sein, von einer Entfernungsvorrichtung ergriffen zu
werden, welche das Sternrad 32 und die Entfernungsführung 33 beinhaltet.
Idealerweise verändern
die Lippen 7, 8 im Wesentlichen nicht diese Höhenposition
während
der nächsten
Phasen.
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Dann
gleitet (siehe 7) die Stange 12 der Lippen
und die Nocken an der Platte 25 leicht eine zur anderen,
um die Lippen 7, 8 leicht zu öffnen.
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Der
Stempel 5, der schon von dem Hohlraum 6 des Extrudats
gelöst
wurde, ist immer noch nahezu vollständig innerhalb dieses Hohlraums.
Wenn die zwei Lippen 7, 8 geöffnet werden, begrenzt der
Stempel 5 die horizontalen Bewegungen des Extrudats P, um
das Gewinde und die Ringbereiche des Extrudats von beiden Lippen
zu lösen,
anstatt nur von einer Lippe. Die Öffnung der Lippen in dieser
Phase ist so begrenzt, dass diese immer noch den Ring des Extrudats
halten und diesem nicht erlauben, abzufallen.
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Der
Nocken 900 wirkt gegen den nach oben gerichteten Druck
des Gases in der Kammer 24 auf die den Stempel haltende
Stange 15 und hält
die Schulter 29 gelöst
von der oberen Rückwand
der Kammer 24.
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8 zeigt
einen nächsten
Moment der Freigabe des Extrudats: die Drehung des Formkarussells bewegt
das Extrudat P, der nahezu auf der gleichen Höhe der 7 durch
die Lippen 7, 8 gehalten wird, im Aktionsfeld
der Entfernungsvorrichtung 32, 33.
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Mit
einer geeignet schnellen Bewegung, die durch den Nocken 900 gesteuert
und die durch das Drücken
des Gases in der zylindrischen Kammer 24 nach oben unterstützt wird,
wird der Stempel 5 vollständig von dem Extrudat P entfernt;
dann werden die Lippen 7, 8 vollständig geöffnet und
geben das Extrudat frei, der durch die Stern-Entfernungsvorrichtung
ergriffen werden kann, von der Formeinheit 4 entfernt und
zu den Transport- oder Bearbeitungsstationen nach dem Formkarussell
transferiert werden kann.
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In
der in den 7 bis 8 gezeigten
Version ist die Länge
H der zylindrischen Kammer 24 unzureichend für die Ermöglichung
einer vollständigen Entfernung
des Stempels 5 von dem Parison P ausschließlich dadurch,
dass die Oberfläche 29 der
den Stempel haltenden Stange gegen die obere Rückwand der Kammer 24 anstößt. Somit
ist es erforderlich, die Extraktion des Stempels 5 durch
Anheben des Gleitelements 22 von der in 7 gezeigten
Position zu der in 8 gezeigten Position zu unterstützen.
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Am
Ende des Formzyklus liegen in 8 die unterschiedlichen
Bewegungselemente der Formeinheit 4 in den gleichen Positionen
wie in 1 und sind bereit, einen neuen Presszyklus auszuführen.
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Das
Ausführen
der Loslösung
des Stempels 5 aus dem inneren Hohlraum 6 des
Extrudats als ersten Freigabe-Betrieb und insbesondere dann, wenn die
Lippen 7, 8 immer noch fest durch den hohlen Presser 16 verschlossen
sind, verhindert ein Anhaften zwischen dem Stempel 5 und
den inneren Wänden
der Lippen; somit kann die Kopplung zwischen den Lippen/dem Stempel 5 mit
sehr kleinen Durchmessertoleranzen realisiert werden.
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Eine
Verzögerung
der vollständigen
Entfernung des Stempels 5 bis nahezu dem Ende des Formzyklus
ermöglicht
es, das Extrudat von den Lippen 7, 8 zu lösen, was
ein Anhaften verhindert; und es ist möglich, das Extrudat von einer
sich drehenden Formmaschine mit einer Vielzahl von Formeinheiten 4,
die kontinuierlich betrieben werden, zu entladen.
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Die
Tatsache der Positionierung der Lippen 7, 8 während der
in 7 gezeigten Phase an einer Höhe, bei der das Extrudat P
von einer Entfernungsvorrichtung sowie dem Sternrad 32 ergriffen
wird, erleichtert und beschleunigt die Entladung des geformten Extrudats.
Beispielsweise ist dies eine bessere Lösung verglichen mit dem System
aus 10 des Fallenlassens des geformten Extrudats durch Öffnen der
Lippen 7, 8 in einer vorbestimmten Entlade- und Entfernungsposition.
Darüber
hinaus ermöglicht
diese Lösung
die Entfernung der Extrudats aus der Form bei einer höheren Temperatur
und dann, wenn das Kunststoffmaterial noch nicht vollständig ausgehärtet ist.
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Dadurch,
dass der Stempel 5 an der den Stempel haltenden Stange 15,
die sowohl in Bezug auf den hohlen Presser 16 als auch
das Gleitelement 22 gleitet, befestigt ist, ermöglicht es,
zuerst den Stempel schneller aus dem Extrudat P herauszuziehen,
wenn er mit dem Sternrad 32 oder anderen Entfernungsvorrichtungen
in 8 entfernt wird. Dadurch, dass der Stempel 5 und
die den Stempel haltende Stange 15 mit einem geeignet reduzierten
Gewicht und Massenträgheitsmoment
hergestellt ist, erleichtert es, zumindest für ein Hubsegment, nur die den
Stempel haltende Stange 15 anstelle des gesamten Gleitelements 22 schnell
anzuheben.
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Zweitens
ermöglicht
dies, den hohlen Presser oder den Kompressionszylinder 16 mit
einer einfachen zylindrischen Kammer 24, die als eine Gasfeder
agiert, oder mit einem System von Stahlfeder oder anderen ähnlichen
elastischen Elementen zu betreiben, ohne auf einen hydraulischen
oder pneumatischen Zylinder und einen dazugehörigen Zufuhr- und Steuerungskreislauf
zurückgreifen
zu müssen. Offenkundig
wird hierdurch die Realisierung einer Vielzahl von Presseinheiten 4,
die immer noch in der Lage sind, den hohlen Presser 16 mit
hohen Presskräften
zu betreiben, signifikant einfacher und kosteneffektiver.
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Die
oben beschriebene Version kann verschiedenen Veränderungen unterliegen und immer noch
innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung liegen.
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Beispielsweise
kann der innere Hohlraum 5 des Extrudats P oder eines anderen
hohlen Objekts mit einer Vielzahl von Stempeln 5 geformt
werden, was bedeutet, dass ein Stempel 5, der aus verschiedenen
sich bewegenden Elementen besteht, anstelle eines einzelnen Stempels 5 verwendet
werden kann; die Lippen 7, 8 können verriegelt und während des weiteren
Absenkens des Stempels 5 verschlossen gehalten werden,
während
die Befestigungsvorrichtungen an der Boden-Formhalteplatte 3 anstatt
an dem oberen Gleitelement 22 befestig sind; ähnlich können die
Schlitze 20, 21 des Nockens zur Steuerung der Öffnung und
des Verschließens
der Lippen 7, 8 oder die Gleitgehäuse der
Stange zum Anheben der Lippen an einer anderen Abstützung als
dem Gleitelement 22 befestigt sein, beispielsweise an der Boden-Formhalteplatte 3 anstatt
an dem Gleitelement 22 oder einem anderen Element; die
Lippen 7, 8 oder andere Elemente, die sich mit
einer Bewegung transversal zur Hauptöffnungsrichtung der Form öffnen, um
die Entfernung der hinterschnittenen Teile zu ermöglichen,
kann mehr oder weniger als zwei sein oder kann durch eines oder
mehrere Elemente ausgebildet sein, die es beispielsweise ermöglichen,
ein mit einem Gewinde versehenes geformtes. Teil mit einer Abschraubdrehung
parallel zur Achse des Gewindes zu entfernen; und abschließend können die mechanischen
Betriebsteile mit elektrischen, öl-
oder andersartigen Steuerungen ersetzt werden.