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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Einspritzsystem für die Herstellung von Kunststoffprodukten, vor
allem von lichtdurchlässigen
Kunststoffprodukten, sowie auf ein entsprechendes Verfahren.
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Ein
lichtdurchlässiges
Produkt, wie z. B. Glas, lässt
Licht durch. Für
Anwendungen in der Industrie ist vor allem die Lichtdurchlässigkeit
von sichtbarem Licht wichtig. Mehr und mehr werden in der Industrie
Kunststoffe mit lichtdurchlässigen
Eigenschaften eingesetzt. Diese Kunststoffe können unter bestimmten Umständen ältere durchsichtige Produkte
ersetzen. So ist es beispielsweise möglich, um in bestehenden Systemen,
in denen Glas verwendet wird, das Glas durch einen lichtdurchlässigen Kunststoff
zu ersetzen. Dies nennt man eine Verglasungsanwendung.
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Die
Verglasungstechnik wird im Spritzgießverfahren von Bauteilen, vor
allem von relativ kleinen Bauteilen, angewandt. Die Technik kann
auch für
das Spritzgießen
großer,
gekrümmter
Oberflächen
verwendet werden. Dabei kann zum Beispiel an das Spritzgießen von
großen
Fensterscheiben gedacht werden. Diese können in Gebäuden eingesetzt werden. Eine
weitere Anwendung lässt
sich in der Automobilindustrie finden. Mit dem Verglasungsverfahren kann
eine größere Formunabhängigkeit
erreicht werden als mit den herkömmlichen
Verfahren zur Herstellung solcher durchsichtiger Fensterscheiben.
Zudem bekommen Designer der Automobilindustrie auf diese Weise mehr
Freiheit und mehr Möglichkeiten bei
der Entwicklung von Fahrzeugen. Die Verwendung von Kunststoffscheiben
führt nämlich zu
einer höheren
Steifigkeit des Fahrzeugs. Außerdem
wird das Gewicht des Fahrzeugs reduziert und liegt der Schwerpunkt
des Fahrzeugs niedriger, was sich positiv auf die Fahreigenschaften
des Fahrzeugs auswirkt. Eine weitere Anwendung in der Automobilindustrie
ist das sogenannte Sonnendach, wobei das Dach des Autos fast komplett
aus einem vollständig oder
begrenzt lichtdurchlässigem
Kunststoff ausgeführt
wird.
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Die
mechanischen und optischen Eigenschaften von Verglasungsprodukten
sind äußerst wichtig.
Das Problem der aktuellen Spritzgießsysteme zur Herstellung von
Verglasungsanwendungen ist, dass leicht Verschmutzungen in das Einspritzsystem eindringen.
Diese Verschmutzungen können sich
negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirken. Außerdem führen diese
Verschmutzungen zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften,
da sie nicht lichtdurchlässig
sind und in das Endprodukt gelangen. Schließlich können die lichtdurchlässigen Kunststoffe
dadurch auch ihren Glanz verlieren und matt werden.
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Um
diese Art hochwertiger Kunststoffprodukte spritzen zu können, ist
ein hochwertiges Heißkanalsystem
erforderlich. Ein Heißkanalsystem
ist ein Bauteil eines Spritzgießsystems.
Es umfasst eine Anzahl Leitungen, durch die geschmolzener Kunststoff
in eine Spritzgießform
gespritzt werden kann. Während
des Betriebs wird der Kunststoff in der Spritzgießdüse erhitzt,
so dass er in geschmolzenem Zustand bleibt. Dadurch kann er in einem
nächsten Zyklus,
wenn das Produkt aus der Spritzgießform entfernt wurde, für das Einspritzen
in die leere Spritzgießform
verwendet werden. Auf diese Weise wird weniger Material verschwendet.
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Einspritzkompression
ist eine Lösung
zur Vermeidung sichtbarer Anspritzung am Endprodukt. Bei dieser
Technik wird das geschmolzene Material in eine Spritzgießform eingespritzt,
wobei diese Spritzgießform
noch nicht ihre letztendliche Form hat. Danach wird die Spritzgießform zusammengedrückt, bis ihre
Innenseite den Abmessungen des Endprodukts entspricht.
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Ein
weiteres Problem der gegenwärtig
bestehenden Spritzgießsysteme
für Verglasungsanwendungen
ist, dass manchmal eine korrosive Zersetzung des Heißkanalsystems
auftritt. Dadurch wird die Wirksamkeit des Spritzgießsystems
verringert. Außerdem
verschlechtert dies die mechanischen und optischen Eigenschaften
des Endprodukts. Diese Auswirkungen sind bei Verglasungsanwendungen unerwünscht.
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Ein
anderes Problem der gegenwärtig
bestehenden Spritzgießsysteme
für Verglasungsanwendungen
ist, dass ganz leicht Verbrennungen des Kunststoffs entstehen können. Sie
entstehen dadurch, dass das Schmelzmaterial nicht einheitlich ist. Diese
Verbrennungen kommen im Endprodukt, in der Form von lokalen Flecken,
zum Ausdruck. Außerdem kann
das Endprodukt seinen Glanz verlieren.
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Ein
weiteres Problem der gegenwärtig
bestehenden Spritzgießsysteme
für Verglasungsanwendungen
ist, dass sie nicht für
die Herstellung großer Produkte
geeignet sind. Für
Verglasungsanwendungen werden häufig
Kunststoffe wie Polycarbonat verwendet, die relativ leicht zerfließen. Zudem
sind die gewünschten
Wanddicken für
die Verglasungsprodukte relativ dick. Das hat zur Folge, dass mit
einem einzigen Spritzdurchgang nur ein relativ kleiner Teil des
letztendlichen Produkts bestrichen werden kann. Zur Herstellung
des großen
Produkts sind daher mehrere Spritzdurchgänge erforderlich. Diese Spritzdurchgänge können im
letztendlichen Produkt sichtbar werden. Das ist für ein großes Verglasungsprodukt,
wie z. B. für
eine Autoscheibe, nicht wünschenswert,
da dadurch die optischen Eigenschaften des Produkts lokal verändert werden.
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Ein
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, um mindestens eines der Probleme
der gegenwärtig bestehenden
Spritzgießsysteme
zu lösen.
Gemäß einem
Aspekt wird eine Spritzgießeinrichtung
geboten, die für
die Herstellung von Kunststoffprodukten aus Granulat, vor allem
von lichtdurchlässigen
Kunststoffen, geeignet ist. Dabei ist die Spritzgießeinrichtung vor
allem für
die Herstellung großer
lichtdurchlässiger Kunststoffprodukte
geeignet.
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Zu
diesem Zweck besteht die Spritzgießeinrichtung aus einer Zufuhreinrichtung
für die
Zufuhr von geschmolzenem Kunststoff, einer Verteilereinrichtung
für den
geschmolzenen Kunststoff und einer Matrizeneinrichtung. Die Zufuhreinrichtung
ist z. B. mit Schmelzelementen zum Schmelzen eines Granulats ausgeführt, so
dass geschmolzener Kunststoff erzeugt wird. Über die Verteilereinrichtung,
einem Heißkanal,
wird das Schmelzmaterial in die Matrize mit der Formöffnung geleitet.
Die erfindungsgemäße Matrizeneinrichtung
umfasst einen auf einem Gestell angebrachten ersten Matrizenteil
und einen auf einem Gestell angebrachten zweiten Matrizenteil. Der erste
Matrizenteil kann eine erste Formöffnung haben. Der zweite Matrizenteil
kann eine zweite Formöffnung
haben. Die Matrizenteile bilden zusammen eine Formöffnung für das zu
formende Kunststoffprodukt. Zu diesem Zweck kann mindestens ein
Matrizenteil bewegen und ist es über
Bewegungselemente mit dem Gestell verbunden. Durch die Bewegung können die
Matrizenteile formschlüssig
aufeinander gelegt werden.
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Des
Weiteren ist mindestens ein Matrizenteil mittels eines Druckelements
mit dem Gestell verbunden. Dieses Druckelement dient dazu, die Matrizenteile
aneinander zu drücken.
Dadurch kann Einspritzkompression angewandt werden. Ein Druckelement kann
ein Zylinder sein, vor allem ein hydraulischer Zylinder.
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Gemäß der Erfindung
hat der erste Matrizenteil mehrere Spritzöffnungen, die mit den Auslassleitungen
der Verteilereinrichtung verbunden sind, um geschmolzenen Kunststoff der
Formöffnung
zuzuführen.
Die Verteilereinrichtung verteilt das zugeführte Schmelzmaterial in die
verschiedenen Spritzöffnungen
im ersten Matrizenteil.
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Die
Verteilereinrichtung ist außerdem
mit einem Einlass versehen, der mit der Zufuhreinrichtung für geschmolzenen
Kunststoff verbindbar ist. Die Verteilereinrichtung wird durch das
Gestell gestützt.
Dadurch kann die Position der Verteilereinrichtung gegenüber den
Matrizenteilen, besonders dem ersten Matrizenteil, gestützt werden
und vor allem auch reguliert und gesteuert werden.
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Gemäß der Erfindung
sind die Matrizenteile gegenüber
einander um eine Schwenkachse herum schwenkbar. Dadurch wird eine
besondere Bewegung der Matrizenteile gegenüber einander erzielt, wobei
die Matrizenteile sich von einer ihrer Kanten aus zueinander hin
schließen.
Die Kanten der Matrizenteile nahe der Schwenkachse werden aufeinander
angebracht und dann schwenken die Matrizenteile, so dass sie wie
ein Scharnier schließen,
wobei die Kante des von der Schwenkachse am weitesten entfernten
Matrizenteils die größte Bewegung
durchführt.
Diese schwenkende Schließbewegung
funktioniert wie ein Keil. Das in die Formöffnung gespritzte Schmelzmaterial
wird von der Schwenkachse weggedrückt. Beim Aufeinanderdrücken der
Spritzgießformteile
wird das Schmelzmaterial durch die Formöffnung zerfließen. Dieses
Verfahren sorgt dafür,
dass das Schmelzmaterial weiter zerfließen kann. Dadurch kann mit
weniger Spritzöffnungen
gearbeitet werden.
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Das
Schwenken ist vorzugsweise ein Schwenken der Matrizenteile zueinander
in einem Winkel von weniger als 5 Grad, vorzugsweise weniger als
3 Grad, besonders weniger als 2 Grad. Bei weniger als 1,5 Grad werden
die besten Ergebnisse erzielt.
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Beim
Spritzen großer
Oberflächen
aus Polycarbonat ist es wichtig, die Spannungen im Material zu minimieren.
Dann wird erst die Öffnung
durch Einspritzen gefüllt
und wird danach eine "Kompression" des Materials vorgenommen,
um die letztendliche Wanddicke zu bekommen. So werden hohe Einspritzdrücke vermieden.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn die Schwenkachse nahe einer Kante
des ersten Matrizenteils montiert ist, wo sich viele Spritzöffnungen befinden.
Das Schwenken und Schließen
der Matrizenteile lässt
das eingespritzte Schmelzmaterial von den Spritzöffnungen wegströmen.
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Das
führt zu
einer günstigen
Verteilung des Schmelzmaterials im zu formenden Produkt.
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Vorzugsweise
hat die Formöffnung
eine Füllrichtung,
die außerdem
von der Schwenkachse weg verläuft.
Das Einspritzen findet vor allem nahe der Schwenkachse statt.
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Außerdem können dadurch
die Spritzdüsen außerhalb
der Mitte der Formöffnung
positioniert werden. Die Anspritzung kann nahe der Ränder des
zu formenden Produkts erfolgen. Bei einem Produkt, wie z. B. einer
Fensterscheibe, kann dadurch die Anspritzung nahe des Randes der
Fensterscheibe erfolgen.
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In
einer Sonderausführung
ist der Einlass der Verteilereinrichtung fest mit dem Gestell verbunden. Dadurch
wird der Einlass sich während
des Schließens und Öffnen
der Matrizeneinrichtung nicht verstellen. Dadurch hat die Schwenkbewegung
keine Auswirkung auf die Position der Zufuhreinrichtung.
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Vorteilhaft
ist, wenn scharnierbare miteinander verbundene Matrizenteile vorhanden
sind. Dadurch wird die Bewegung der Matrizenteile gegenüber einander
weiter definiert und bestimmt.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn der erste Matrizenteil gegenüber dem
Gestell schwenkbar ist. Der zweite Matrizenteil kann dann fest positioniert
werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Verteilereinrichtung mit einem Rohr
ausgeführt
ist, das mindestens einen Teil der Verbindung zwischen Einlass und
Auslass der Verteilereinrichtung bildet, wobei dieses Rohr flexibel
ist. Das Rohr hat trotz seiner Flexibilität vorzugsweise einen inflexiblen,
vorzugsweise konstanten, Durchmesser. Dadurch wird das Rohr sich
nicht ausdehnen, wenn das Schmelzmaterial unter Druck zugeführt wird.
Die Flexibilität
des Rohrs ermöglicht
die Verbindung des festen Einlasspunktes mit dem beweglichen Auslass,
welcher mit dem beweglichen Matrizenteil verbunden ist.
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Dadurch
bekommt man einen flexiblen Heißkanal.
Die Flexibilität
ist solchermaßen,
dass hohe Einspritzdrücke
möglich
sind, aber ausreichend Bewegung gewährleistet bleibt, um den Spritzpunkt
bewegen zu lassen.
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Eine
Erhitzung des Heißkanals
findet vorzugsweise mittels eines Multi-Heater-Systems mit mehreren unabhängig zu
einzustellenden Bereichen statt. Um das flexible Heizrohr herum
können
Heizelemente angebracht sein. Dadurch kann die Prozesstemperatur
des Schmelzmaterials konstant gehalten werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, einen dritten Matrizenteil zu erschaffen, wobei
dieser fest auf dem Gestell angebracht ist und, anliegend am ersten
Matrizenteil, bewegt werden kann. Mit dem dritten Matrizenteil kann
zusätzlicher
Druck auf die anderen Matrizenteile ausgeübt werden. Bei dieser Ausführung befindet
sich der schwenkende erste Matrizenteil zwischen dem zweiten und
dritten Matrizenteil. Es handelt sich dabei also um eine Sandwichstruktur. Zum
Druckaufbau für
die Einspritzkompression kann ein linear beweglicher zweiter Matrizenteil
verwendet werden, der senkrecht auf der Fläche des dritten Matrizenteils
beweglich ist. Während
der zweite Matrizenteil in die Richtung des dritten Matrizenteils
bewegt wird, wird der erste, teilweise geschwenkte Matrizenteil
zwischen die Matrizenteile gedrückt
und wird eine doppelte Keilfunktion erzielt, wobei, dadurch, dass
die zweite und dritte Matrize aufeinander zubewegen, ein Ausrichten
des dazwischenliegenden Matrizenteils sowie ein Zerfließen des
Schmelzmaterials in die Formöffnung
verursacht wird. Die Druckelemente können auf die äußeren Matrizenteile greifen.
Dies ist konstruktionsmäßig einfach
zu bauen. Der dritte Matrizenteil ist fest mit dem Gestell verbunden.
Der Einlass der Verteilereinrichtung ist fest mit dem Gestell verbunden,
vor allem mit dem dritten Matrizenteil.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Gefüge von Verteilereinrichtung
und Matrize, das zur Herstellung von Kunstoffprodukten geeignet
ist, und das aus einer der oben genannten Maßnahmen besteht.
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Bei
der Anspritzung ist eine gute Wärmetrennung
wichtig. Der warme Heißkanal
wird in Kontakt sein mit der relativ kalten Matrize. Der Konstruktionswerkstoff
des Heißkanals
ist relativ schlecht wärmeleitend.
Dem Fachmann sind geometrische Maßnahmen bekannt, womit ein
Wärmewiderstand
gebildet werden kann.
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Dem
Fachmann ist klar, dass es möglich
ist, die Erfindung in verschiedenen Ausführungen anzuwenden. Eine Vorzugsausführungsform
soll nun anhand der folgenden Abbildungen beschrieben werden, worin:
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1 eine
schematische Darstellung einer Spritzgießeinrichtung zeigt,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Gefüges von
Matrizeneinrichtung und Verteilereinrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
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3 eine
Darstellung eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Verteilereinrichtung
zeigt,
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4 die
Darstellung eines geschlossenen Zustands einer Matrizeneinrichtung
zeigt, und
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5 die
Darstellung eines geöffneten
Zustands einer Matrizeneinrichtung zeigt.
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1 zeigt
eine bekannte Spritzgießeinrichtung 1 mit
einer Zufuhreinrichtung 2 und zwei Matrizenteilen 3, 4 mit
einer Formöffnung 5.
Die Matrizenteile 3, 4 sind ein Teil der Matrizeneinrichtung.
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Andere
Ausführungen
sind möglich.
Jeder der Matrizenteile kann eine Formöffnung haben. Zwischen den
Matrizenteilen kann ein zentraler Verteilerblock angebracht sein.
Dem Fachmann sind verschiedene Varianten für den Aufbau einer Matrizeneinrichtung
bekannt.
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Die
Ausführung
zeigt zwei Formöffnungen. Es
kann mehr Formöffnungen
geben.
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In
der gezeigten Ausführung
ist die Verteilereinrichtung 6 im ersten Matrizenteil 3 aufgenommen.
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1 zeigt
die Matrizenteile 3, 4 in einem anliegenden, geschlossenen
Zustand. Die Formöffnung 5 ist
geschlossen.
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Die
Spritzöffnung 7 der
Formöffnung 5 ist
mit dem Auslass 8 der Verteilereinrichtung 6 verbunden. Über die
Spritzöffnung 7 kann
geschmolzener Kunststoff in die Öffnung 5 geleitet
werden.
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Der
geschmolzene Kunststoff wird in der Zufuhreinrichtung 2 hergestellt,
die einen Granulatvorrat 11, verbunden mit einem Rohr 12,
worin eine Schnecke 13 aufgenommen ist, enthält. Indem Schnecke 13 entsprechend
Pfeil 14 rotiert, kann Granulat gemahlen werden und schmelzen,
und kann ein Strom geschmolzenen Kunststoffs erzeugt werden, der
durch den aufgebauten Druck in die Verteilereinrichtung 6 gedrückt wird.
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Über einen
zentralen Einlass 15 der Verteilereinrichtung 6 gelangt
das Schmelzmaterial in eine der Abzweigungen 16, 17,
um danach in die Formöffnung
gespritzt zu werden.
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Gemäß der Erfindung
gibt es für
eine Formöffnung
vorzugsweise mehrere Spritzöffnungen.
Dadurch können
größere Produkte
und insbesondere dickere Produkte geformt werden.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführung. Ein
dritter Matrizenteil 20 ist fest mit dem Gestell 21 verbunden.
Das Gestell ist schematisch als ein Rohrgestell dargestellt. Ein
erster Matrizenteil 22 ist beweglich mit dem Gestell verbunden.
Dieser Matrizenteil kann entlang der Rohre 21 entsprechend Pfeil 24 bewegen.
Diese Richtung ist hauptsächlich senkrecht
zur Hauptoberfläche 25 des
Matrizenteils 20.
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Gezeigt
werden Gleitlager 23 als Verbindung zwischen Matrizenteil 22 und
Gestell 20.
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Diese
Gleitlager ermöglichen
auch eine minimale Bewegung des Matrizenteils 22, insbesondere eine
Bewegung 26 rund um eine Achse 27, die senkrecht
zur Längsachse 28 der
rohrförmigen
Gestellteile 21 steht. Der Matrizenteil 22 hat
also auch einen Bewegungsfreiheitsgrad außerhalb der Längsrichtung 28.
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Der
erste Matrizenteil 22 kann fest mit Auslässen 30 einer
Verteilereinrichtung 31 verbunden sein. Damit hat die Verteilereinrichtung 31 dieselben Freiheitsgrade
wie der Matrizenteil 22.
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3 zeigt
eine Detailansicht der Verteilereinrichtung 31. Der Auslass 30 befindet
sich am Ende eines in der Verteilereinrichtung oder im Heißkanal gebildeten
Kanals 38. Im Kanal ist eine Nadel 35 aufgenommen.
Diese Nadel 35 ist unter Einfluss eines hydraulischen Zylinders 37 entsprechend
Pfeil 39 beweglich, um den Auslass 30 zu öffnen und
zu schließen.
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Dieser
Teil des Heißkanals
kann mittels Bolzen 33 mit einem Matrizenteil 22 gemäß 2 verbunden
sein. Andere feste Verbindungselemente können verwendet werden.
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Dem
Kanal 38 wird Schmelzmaterial aus der Verteilerleitung 36,
die mit mehreren Kanälen 38 des Heißkanals
verbunden ist, zugeführt.
Die Kanäle 38 sind
jeweils mit einer Spritzdüse
einer Formöffnung, eventuell
verschiedener Formöffnungen,
verbunden.
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Rund
um den Kanal 38 herum und auch um die Verteilerleitung 36 herum
können
Heizelemente 34 angebracht sein, um die Temperatur des
Schmelzmaterials zu steuern und regulieren. Die verschiedenen Heizelemente 34 können mit
einem zentralen Temperaturregler, schematisch als Temperaturregler 41 dargestellt,
verbunden sein. Zu diesem Zweck können mit den betreffenden Heizelementen
elektrische Verbindungen gelegt worden sein. Die Stromstärke kann
zur Regulierung der Wärme
verwendet werden. Durch Verwendung verschiedener Verbindungen können im
Heißkanal
verschiedene Temperaturbereiche erzielt werden.
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Die
Verteilerleitung 36 ist ihrerseits wieder mit einem erfindungsgemäßen flexiblen
Rohr 32 verbunden. Dieses ist an die Zufuhreinrichtung
angeschlossen. In einer Ausführung
ist der Einlass des Rohrs 42 fest mit dem Matrizenteil 20 verbunden,
so dass die Stelle bei Einlass 43 gegenüber Gestell 21 starr
ist.
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4 zeigt
einen Querschnitt der Matrizeneinrichtung und Verteilereinrichtung.
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Die
Matrizeneinrichtung ist geschlossen. Der feste, dritte Matrizenteil 20 ist
fest mit dem Einlass 43 des Rohrs 42 verbunden.
Heizelemente 44 sind rund um Rohr 42 herum angebracht.
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Der
zweite Matrizenteil 48 ist z. B. entlang den Gestellrohren 21 leitbar
und beweglich entsprechend Pfeil 24. Dieser zweite Teil
verfügt
nicht über die
Schwenkfreiheit entsprechend Pfeil 26.
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Gemäß der Erfindung
ist das zentrale Zufuhrrohr mit der Verteilerleitung, die flexibel
ist, verbunden. Das flexible Rohr kann die Bewegung des am ersten
Matrizenteil 22 verbundenen Auslassteils des Heißkanals
gegenüber
Einlass 43, welcher mit dem festen Gestellteil 20 verbunden
ist, ermöglichen.
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Im
geschlossenen Zustand liegen die Matrizenteile aufeinander. Die
Teile sind sozusagen gestapelt. Der erste Matrizenteil ist zwischen
dem zweiten und dritten Matrizenteil eingeklemmt.
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Wenn
der zweite Matrizenteil 48 entsprechend Pfeil 24 zum
festen Matrizenteil 20 bewegt wird, z. B. mittels eines
Druckelements, wie z. B. eines Zylinders, besonders eines hydraulischen
Zylinders, wird der erste Matrizenteil dieser Bewegung folgen.
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In
der geöffneten
Position ist der erste Matrizenteil um einige Grad gegenüber der
Längsrichtung 24 des
rohrförmigen
Gestells geschwenkt. Dies wird schematisch in 5b wiedergegeben.
Durch ein Schließen
der Matrizenteile wird der Zustand gemäß 5b angepasst
an hauptsächlich
parallel zueinander liegende Matrizenteile.
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Die
Anspritzung mit Schmelzmaterial in Formöffnung 49 gemäß 4 und 5 findet nahe
der Kante 50 der Matrizenteile statt. Nahe dieser Kante 50 befindet
sich die Schwenkachse des ersten Matrizenteils 22. Dadurch
wird Schmelzmaterial, das in die Formöffnung 49 geleitet
wurde entsprechend Pfeil 51 in die Formöffnung fließen und zusammengedrückt werden.
Der Punkt der Anspritzung befindet sich außerhalb der Mitte der Formöffnung. Die
Erfindung wird anhand einiger Beispielausführungsformen beschrieben. Im
Rahmen der Erfindung sind mehrere Ausführungsformen möglich.