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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Blasformung von Behältern, bei
dem ein Vorformling nach einer thermischen Konditionierung innerhalb
einer Blasform gereckt und durch Blasdruckeinwirkung in den Behälter umgeformt
wird sowie bei dem Formhälften
und ein Bodenteil der Blasform von mindestens zwei Temperiermitteln
unterschiedlicher Temperatur temperierbar sind.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zur Blasformung von Behältern, die mindestens eine
Blasstation mit einer Blasform aufweist, sowie bei der die Blasform
mit Formhälften
und einem Bodenteil versehen ist und bei der die Blasform an eine
Temperiereinrichtung angeschlossen ist.
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Bei
einer derartigen Behälterformung
durch Blasdruckeinwirkung werden Vorformlinge aus einem thermoplastischen
Material, beispielsweise Vorformlinge aus PET (Polyethylenterephtalat),
innerhalb einer Blasmaschine unterschiedlichen Bearbeitungsstationen
zugeführt.
Typischerweise weist eine derartige Blasmaschine eine Heizeinrichtung
sowie eine Blaseinrichtung auf, in deren Bereich der zuvor temperierte
Vorformling durch biaxiale Orientierung zu einem Behälter expandiert
wird. Die Expansion erfolgt mit Hilfe von Druckluft, die in den
zu expandierenden Vorformling eingeleitet wird. Der verfahrenstechnische
Ablauf bei einer derartigen Expansion des Vorformlings wird in der
DE-OS 43 40 291 erläutert.
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Der
grundsätzliche
Aufbau einer Blasstation zur Behälterformung
wird in der DE-OS 42 12 583 beschrieben. Möglichkeiten zur Temperierung
der Vorformlinge werden in der DE-OS 23 52 926 erläutert.
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Innerhalb
der Vorrichtung zur Blasformung können die Vorformlinge sowie
die geblasenen Behälter
mit Hilfe unterschiedlicher Handhabungseinrichtungen transportiert
werden. Bewährt
hat sich insbesondere die Verwendung von Transportdornen, auf die
die Vorformlinge aufgesteckt werden. Die Vorformlinge können aber
auch mit anderen Trageinrichtungen gehandhabt werden. Die Verwendung
von Greifzangen zur Handhabung von Vorformlingen und die Verwendung
von Spreizdornen, die zur Halterung in einen Mündungsbereich des Vorformlings
einführbar
sind, gehören
ebenfalls zu den verfügbaren
Konstruktionen.
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Eine
Handhabung von Behältern
unter Verwendung von Übergaberädern wird
beispielsweise in der DE-OS 199 06 438 bei einer Anordnung des Übergaberades
zwischen einem Blasrad und einer Ausgabestrecke beschrieben.
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Die
bereits erläuterte
Handhabung der Vorformlinge erfolgt zum einen bei den sogenannten Zweistufenverfahren,
bei denen die Vorformlinge zunächst
in einem Spritzgußverfahren
hergestellt, anschließend
zwischengelagert und erst später
hinsichtlich ihrer Temperatur konditioniert und zu einem Behälter aufgeblasen
werden. Zum anderen erfolgt eine Anwendung bei den sogenannten Einstufenverfahren,
bei denen die Vorformlinge unmittelbar nach ihrer spritzgußtechnischen
Herstellung und einer ausreichenden Verfestigung geeignet temperiert
und anschließend
aufgeblasen werden.
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Im
Hinblick auf die verwendeten Blasstationen sind unterschiedliche
Ausführungsformen
bekannt. Bei Blasstationen, die auf rotierenden Transporträdern angeordnet
sind, ist eine buchartige Aufklappbarkeit der Formträger häufig anzutreffen.
Es ist aber auch möglich,
relativ zueinander verschiebliche oder andersartig geführte Formträger einzusetzen. Bei
ortsfesten Blasstationen, die insbesondere dafür geeignet sind, mehrere Kavitäten zur
Behälterformung
aufzunehmen, werden typischerweise parallel zueinander angeordnete
Platten als Formträger
verwendet.
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Häufig ist
es erforderlich, die verwendeten Werkzeuge zu kühlen und/oder zu beheizen.
Hierzu werden dem Tragrad entsprechende Temperiermedien über Drehkupplungen
bzw. Drehverteiler zugeführt.
Insbesondere bei einer erforderlichen Verwendung von Temperiermedien
mit unterschiedlichen Temperaturen sind die verwendeten Drehverteiler
als vergleichsweise komplexe und teure Bauelemente konstruiert,
die bei einer größeren Anzahl
von angeschlossenen Bearbeitungsstationen unter Berücksichtigung
der erforderlichen Leitungsverbindungen auch einen erheblichen Bauraum
einnehmen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend
genannten Art derart zu verbessern, daß ein vereinfachter konstruktiver
Aufbau sowie eine vereinfachte Bedienbarkeit unterstützt werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Blasform mindestens bereichsweise umschaltbar von jeweils einem
der Temperiermedien temperiert wird.
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Weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der
einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine Betriebsmittelversorgung
des Tragrades vereinfacht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Temperiereinrichtung eine Umschalteinrichtung aufweist, die mit
mindestens zwei Temperiermittelversorgungen unterschiedlicher Temperatur
verbunden ist und die mindestens einen Teil der Blasform steuerbar
mit einer der Temperiermittelversorgungen verbindet.
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Durch
die Steuerbarkeit und Umschaltbarkeit der Temperiereinrichtung ist
es möglich,
ohne die Durchführung
von Montagevorgängen
die jeweils benötigten
Temperiermittel im Bereich der Blasform bereitzustellen. Über gegebenenfalls
verwendete Drehverteiler werden nur diejenigen Temperiermittel der Blasform
zugeführt,
die für
einen konkreten Anwendungsfall auch tatsächlich benötigt werden. Insbesondere ist
daran gedacht, die Umschaltung der Temperiereinrichtung in Abhängigkeit
von Bedieneingaben im Bereich einer Steuerung der Blasmaschine durchzuführen.
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Vorzugsweise
wählt ein
Betreiber der Maschine im Bereich einer Steuer- und Bedieneinrichtung
lediglich das herzustellende Produkt aus und die Steuerung führt anschließend alle
Einstellvorgänge im
Bereich der Umschalteinrichtung sowie der Temperiereinrichtung auto-matisch
und ohne weitere Notwendigkeit zur Mitwirkung des Bedieners durch.
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Eine
einfache Bedienbarkeit wird dadurch unterstützt, daß die Umschaltung der Temperiermedien
elektrisch gesteuert wird.
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Eine
weitere Steuerungsvariante besteht darin, daß die Umschaltung der Temperiermedien
elektropneumatisch gesteuert wird.
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Zur
Erhöhung
der Betriebszuverlässigkeit wird
vorgeschlagen, daß eine
Funktionsüberwachung
durchgeführt
wird.
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Eine
Anpaßbarkeit
an unterschiedliche Produktanforderungen wird dadurch bereitgestellt,
daß die
Blasform ausbildende Innenschalen, Außenschalen sowie das Bodenteil
relativ zueinander unterschiedlich temperiert werden.
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Zur
Herstellung von Standardflaschen erweist es sich als vorteilhaft,
daß die
Außenschalen sowie
das Bodenteil gekühlt
werden und daß die
Innenschalen lediglich passiv temperiert werden.
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Zur
Herstellung von Flaschen mit erhöhter Temperaturbeständigkeit
wird vorgeschlagen, daß die
Außenschalen
sowie das Bodenteil auf einem Temperaturniveau oberhalb einer Umgebungstemperatur
temperiert werden und daß die
Innenschalen lediglich passiv temperiert werden.
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Eine
Herstellung von hitzebeständigen
Flaschen wird dadurch unterstützt,
daß die
Außenschalen
und das Bodenteil warm und die Innenschalen heiß temperiert werden.
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Eine
andere Betriebsvariante besteht darin, daß das Bodenteil gekühlt wird,
die Außenschalen warm
und die Innenschalen heiß temperiert
werden.
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Zu
einem einfachen konstruktiven Aufbau trägt es bei, daß die Innenschalen
indirekt durch wärmeleitenden
Kontakt mit den Außenschalen
temperiert werden.
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Eine
sehr robuste technische Realisierung wird dadurch bereitgestellt,
daß die
Umschalteinrichtung aus mindestens einem 3-2-Wege-Kugelhahn ausgebildet
ist.
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Zu
einer individuell vorgebbaren Temperaturverteilung bei der Herstellung
unterschiedlicher Behälter
trägt es
bei, daß die
Blasform aus Außenschalen,
Innenschalen sowie einem Bodenteil ausgebildet ist.
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Eine
einfache Anschlußmöglichkeit
an die Temperiermittelversorgungen wird dadurch erreicht, daß die Umschalteinrichtung
stationär
neben einem rotationsfähig
gelagerten Blasrad angeordnet ist.
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In
den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Eine
perspektivische Darstellung einer Blasstation zur Herstellung von
Behältern
aus Vorformlingen,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine Blasform, in der ein Vorformling gereckt und expandiert wird,
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3 eine
Skizze zur Veranschaulichung eines grundsätzlichen Aufbaus einer Vorrichtung
zur Blasformung von Behältern,
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4 eine
modifizierte Heizstrecke mit vergrößerter Heizkapazität und
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5 ein
Prinzipschaltbild zur Veranschaulichung der Funktionsweise einer
Umschalteinrichtung der Temperiereinrichtung für zwei wahlweise zuführbare Temperiermedien.
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Der
prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Umformung von Vorformlingen
(1) in Behälter
(2) ist in 1 und in 2 dargestellt.
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Die
Vorrichtung zur Formung des Behälters (2)
besteht im wesentlichen aus einer Blasstation (3), die
mit einer Blasform (4) versehen ist, in die ein Vorformling
(1) einsetzbar ist. Der Vorformling (1) kann ein
spritzgegossenes Teil aus Polyethylenterephthalat sein. Zur Ermöglichung
eines Einsetzens des Vorformlings (1) in die Blasform (4)
und zur Ermöglichung
eines Herausnehmens des fertigen Behälters (2) besteht
die Blasform (4) aus Formhälften (5, 6) und
einem Bodenteil (7), das von einer Hubvorrichtung (8)
positionierbar ist. Der Vorformling (1) kann im Bereich
der Blasstation (3) von einem Transportdorn (9)
gehalten sein, der gemeinsam mit dem Vorformling (1) eine
Mehrzahl von Behandlungsstationen innerhalb der Vorrichtung durchläuft. Es
ist aber auch möglich,
den Vorformling (1) beispielsweise über Zangen oder andere Handhabungsmittel
direkt in die Blasform (4) einzusetzen.
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Zur
Ermöglichung
einer Druckluftzuleitung ist unterhalb des Transportdornes (9)
ein Anschlußkolben
(10) angeordnet, der dem Vorformling (1) Druckluft
zuführt
und gleichzeitig eine Abdichtung relativ zum Transportdorn (9)
vornimmt. Bei einer abgewandelten Konstruktion ist es grundsätzlich aber
auch denkbar, feste Druckluftzuleitungen zu verwenden.
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Eine
Reckung des Vorformlings (1) erfolgt mit Hilfe einer Reckstange
(11), die von einem Zylinder (12) positioniert
wird. Grundsätzlich
ist es aber auch denkbar, eine mechanische Positionierung der Reckstange
(11) über
Kurvensegmente durchzuführen,
die von Abgriffrollen beaufschlagt sind. Die Verwendung von Kurvensegmenten
ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn
eine Mehrzahl von Blasstationen (3) auf einem rotierenden
Blasrad angeordnet sind. Eine Verwendung von Zylindern (12)
ist zweckmäßig, wenn
ortsfest angeordnete Blasstationen (3) vorgesehen sind.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Recksystem
derart ausgebildet, daß eine Tandem-Anordnung
von zwei Zylindern (12) bereitgestellt ist. Von einem Primärzylinder
(13) wird die Reckstange (11) zunächst vor
Beginn des eigentlichen Reckvorganges bis in den Bereich eines Bodens
(14) des Vorformlings (1) gefahren. Während des
eigentlichen Reckvorganges wird der Primärzylinder (13) mit
ausgefahrener Reckstange gemeinsam mit einem den Primärzylinder
(13) tragenden Schlitten (15) von einem Sekundärzylinder
(16) oder über
eine Kurvensteuerung positioniert. Insbesondere ist daran gedacht,
den Sekundärzylinder
(16) derart kurvengesteuert einzusetzen, daß von einer
Führungsrolle
(17), die während
der Durchführung
des Reckvorganges an einer Kurvenbahn entlang gleitet, eine aktuelle
Reckposition vorgegeben wird. Die Führungsrolle (17) wird
vom Sekundärzylinder
(16) gegen die Führungsbahn
gedrückt.
Der Schlitten (15) gleitet entlang von zwei Führungselementen
(18).
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Nach
einem Schließen
der im Bereich von Trägern
(19, 20) angeordneten Formhälften (5, 6)
erfolgt eine Verriegelung der Träger
(19, 20) relativ zueinander mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung (40).
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Zur
Anpassung an unterschiedliche Formen eines Mündungsabschnittes (21)
des Vorformlings (1) ist gemäß 2 die Verwendung
separater Gewindeeinsätze
(22) im Bereich der Blasform (4) vorgesehen.
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2 zeigt
zusätzlich
zum geblasenen Behälter
(2) auch gestrichelt eingezeichnet den Vorformling (1)
und schematisch eine sich entwickelnde Behälterblase (23).
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3 zeigt
den grundsätzlichen
Aufbau einer Blasmaschine, die mit einer Heizstrecke (24)
sowie einem rotierenden Blasrad (25) versehen ist. Ausgehend
von einer Vorformlingseingabe (26) werden die Vorformlinge
(1) von Übergaberädern (27, 28, 29)
in den Bereich der Heizstrecke (24) transportiert. Entlang
der Heizstrecke (24) sind Heizstrahler (30) sowie
Gebläse
(31) angeordnet, um die Vorformlinge (1) zu temperieren.
Nach einer ausreichenden Temperierung der Vorformlinge (1)
werden diese an das Blasrad (25) übergeben, in dessen Bereich
die Blasstationen (3) angeordnet sind. Die fertig geblasenen
Behälter
(2) werden von weiteren Übergaberädern einer Ausgabestrecke (32)
zugeführt.
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Um
einen Vorformling (1) derart in einen Behälter (2)
umformen zu können,
daß der
Behälter
(2) Materialeigenschaften aufweist, die eine lange Verwendungsfähigkeit
von innerhalb des Behälters
(2) abgefüllten
Lebensmitteln, insbesondere von Getränken, gewährleisten, müssen spezielle
Verfahrensschritte bei der Beheizung und Orientierung der Vorformlinge
(1) eingehalten werden. Darüber hinaus können vorteilhafte
Wirkungen durch Einhaltung spezieller Dimensionierungsvorschriften
erzielt werden.
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Als
thermoplastisches Material können
unterschiedliche Kunststoffe verwendet werden. Einsatzfähig sind
beispielsweise PET, PEN oder PP.
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Die
Expansion des Vorformlings (1) während des Orientierungsvorganges
erfolgt durch Druckluftzuführung.
Die Druckluftzuführung
ist in eine Vorblasphase, in der Gas, zum Beispiel Preßluft, mit
einem niedrigen Druckniveau zugeführt wird und in eine sich anschließende Hauptblasphase
unterteilt, in der Gas mit einem höheren Druckniveau zugeführt wird.
Während
der Vorblasphase wird typischerweise Druckluft mit einem Druck im
Intervall von 10 bar bis 25 bar verwendet und während der Hauptblasphase wird Druckluft
mit einem Druck im Intervall von 25 bar bis 40 bar zugeführt.
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Aus 3 ist
ebenfalls erkennbar, daß bei der
dargestellten Ausführungsform
die Heizstrecke (24) aus einer Vielzahl umlaufender Transportelemente
(33) ausgebildet ist, die kettenartig aneinandergereiht
und entlang von Umlenkrädern
(34) geführt
sind. Insbesondere ist daran gedacht, durch die kettenartige Anordnung
eine im wesentlichen rechteckförmige
Grundkontur aufzuspannen. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden im Bereich der dem Übergaberad
(29) und einem Eingaberad (35) zugewandten Ausdehnung
der Heizstrecke (24) ein einzelnes relativ groß dimensioniertes
Umlenkrad (34) und im Bereich von benachbarten Umlenkungen zwei
vergleichsweise kleiner dimensionierte Umlenkräder (36) verwendet.
Grundsätzlich
sind aber auch beliebige andere Führungen denkbar.
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Zur
Ermöglichung
einer möglichst
dichten Anordnung des Übergaberades
(29) und des Eingaberades (35) relativ zueinander
erweist sich die dargestellte Anordnung als besonders zweckmäßig, da im
Bereich der entsprechenden Ausdehnung der Heizstrecke (24)
drei Umlenkräder
(34, 36) positioniert sind, und zwar jeweils die
kleineren Umlenkräder
(36) im Bereich der Überleitung
zu den linearen Verläufen
der Heizstrecke (24) und das gröbere Umlenkrad (34)
im unmittelbaren Übergabebereich
zum Übergaberad
(29) und zum Eingaberad (35). Alternativ zur Verwendung
von kettenartigen Transportelementen (33) ist es beispielsweise
auch möglich,
ein rotierendes Heizrad zu verwenden.
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Nach
einem fertigen Blasen der Behälter
(2) werden diese von einem Entnahmerad (37) aus
dem Bereich der Blasstationen (3) herausgeführt und über das Übergaberad
(28) und ein Ausgaberad (38) zur Ausgabestrecke
(32) transportiert.
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In
der in 4 dargestellten modifizierten Heizstrecke (24)
können
durch die größere Anzahl von
Heizstrahlern (30) eine größere Menge von Vorformlingen
(1) je Zeiteinheit temperiert werden. Die Gebläse (31)
leiten hier Kühlluft
in den Bereich von Kühlluftkanälen (39)
ein, die den zugeordneten Heizstrahlern (30) jeweils gegenüberliegen
und über
Ausströmöffnungen
die Kühlluft
abgeben. Durch die Anordnung der Ausströmrichtungen wird eine Strömungs-richtung
für die
Kühlluft
im wesentlichen quer zu einer Transportrichtung der Vorformlinge
(1) realisiert. Die Kühlluftkanäle (39)
können
im Bereich von den Heizstrahlern (30) gegenüberliegenden
Oberflächen
Reflektoren für
die Heizstrahlung bereitstellen, ebenfalls ist es möglich, über die
abgegebene Kühlluft
auch eine Kühlung
der Heizstrahler (30) zu realisieren.
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5 zeigt
ein Prinzipschaltbild für
eine Temperiermittelumschaltung unter Verwendung einer Umschalteinrichtung
(40). Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Umschalteinrichtung
(40) pneumatisch steuerbar und Steuerventile (41, 42) sind
an eine pneumatische Ansteuerung (43) angeschlossen. Die
Steuerventile (41, 42) sind mit Hauptventilen
(44, 45) verbunden, die eine Temperiermittelzufuhr
zur Blasform (4) steuern. Die Umschalteinrichtung (40)
weist Anschlüsse
(46, 47) zur Zuführung und Ableitung eines ersten
Temperiermittels sowie Anschlüsse
(48, 49) zur Zuführung und Ableitung eines zweiten
Temperiermittels auf. Das erste Temperiermittel kann zur Kühlung und
das zweite Temperiermittel zur Erwärmung oder zur Kühlung der
Blasform (4) verwendet werden.
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Für die Durchführung der
kalten und warmen Temperierungen wird vorzugsweise Wasser verwendet.
Eine Durchführung
der heißen
Temperierung erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von Öl. Unter einer
kalten Temperierung wird hierbei eine Temperierung in einem Temperaturbereich
von etwa 10 bis 20 Grad Celsius verstanden. Der Begriff der warmen Temperierung
erfolgt in einem Temperaturbereich von etwa 21 bis 100 Grad Celsius.
Unter einer heißen Temperierung
wird ein Temperaturbereich von etwa 101 bis 180 Grad Celsius verstanden.
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Die
Ventile (44, 45) können als pneumatisch gesteuerte
3-2-Wege-Kugelhähne ausgebildet
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
wird ein dritter Kreislauf für
das heiße Öl separat
und nicht über
die Schaltventile geführt.
Dieses Temperiermittel dient zur Erwärmung der Blasform.