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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für eine Spritzgießvorrichtung.
Die Düse
umfasst einen Düsenkörper, der
einen Düsenschmelzekanal mit
einer Längsachse
und einer Düsenspitze
aufweist. Die Düsenspitze
weist einen ersten Schmelzekanal auf, der in Fluidverbindung mit
dem Düsenschmelzekanal
steht, der erste Schmelzekanal weist eine erste Schmelzekanalachse
auf, und ein zweiter Schmelzekanal, der in Fluidverbindung mit dem
ersten Schmelzekanal steht und eine zweite Schmelzekanalachse aufweist,
die in Bezug auf die erste Schmelzekanalachse geneigt ist. Die Düse umfasst weiter
eine Halte- und/oder Dichtungseinrichtung, die die Düsenspitze
in Bezug auf den Düsenkörper positioniert
und/oder eine Dichtung zwischen der Düse und einer Formhohlraumplatte
vorsieht, dabei steht ein ringförmiger
Schmelzekanal in Fluidverbindung mit dem zweiten Schmelzekanal,
der ringförmige Schmelzekanal
ist zwischen der Düsenspitze
und der Halte- und/oder Dichtungseinrichtung ausgebildet, und ein
Ventilangusselement, das sich entlang der Längsachse des Düsenkörpers und
in dem ersten Schmelzekanal bewegt, um ausgewählt eine Formangussöffnung zu öffnen.
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Spritzgießsysteme
umfassen üblicherweise eine
Spritzgießeinheit,
einen Spritzgießverteiler
und eine oder mehrere Heißläuferdüsen zum
Aufnehmen der Schmelze von einem Verteiler und zum Überführen/Verteilen
der Schmelze auf einen oder mehrere Formhohlräume. Heißläufersysteme bieten die Wahl zwischen
einem thermisch betätigten
und einem ventilbetätigten
Anguss. Ein ventilbetätigter
Anguss wird in Anwendungen eingesetzt, in denen das ästhetische
Aussehen des fertigen, geformten Teils wichtig ist, weil es einen
besseren Angussrest auf dem Teil als ein thermisch betätigter Anguss
hinterlässt.
Ein Problem mit einem ventilbetätigtem
Anguss ist der permanente Verschleiß der Ventilnadel und der Düse infolge
der Fehlausrichtung der Ventilnadel; dies kann wiederum eine Leckage
und eine schlechte kosmetische Qualität der Teile verursachen.
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Bestimmte
bekannte ventilbetätigte
Heißläuferdüsen sind
nicht geeignet, wenn geformte Teile eine erhöhte Festigkeit oder verbesserte ästhetische Werte
erfordern.
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Dies
liegt daran, dass die Ventilnadel als ein Hindernis in der Strömung der
Schmelze durch die Düse
und in Richtung des Formhohlraums wirkt. Die Ventilnadel teilt den
Schmelzestrom und verursacht dadurch unerwünschte Strömungslinien, die sichtbar sind
oder das fertige, geformte Produkt schwächen. Um ein Läufersystem
zum Herstellen spritzgegossener Teile aus verschiedenen Farben zu
verwenden, muss ein erstes farbiges geschmolzenes Material aus dem
System ausgespült
werden, so dass ein zweites farbiges geschmolzenes Material durch
die Spritzgießmaschine
laufen kann, um Teile aus einer unterschiedlichen Farbe zu produzieren.
Restmaterial von der ersten/folgenden Farbe des geschmolzenen Materials
verursacht üblicherweise
eine Anzahl von Spritzungen mit fehlerhaften Spritzgießprodukten,
weil sie eine unerwünschte
Mischung aus zwei Farben des geschmolzenen Materials aufweisen.
Es ist üblich,
dass eine erhebliche Anzahl von Produkten in dieser Weise fehlerhaft
sind, und dass eine Vielzahl von Einspritzzyklen notwendig sind,
um das Läufersystem
zu reinigen, bevor verwendbare Produkte geformt werden.
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Zusätzlich oder
abgesehen von dem Fall, in dem ein Farbwechsel ein Problem sein
kann, können eine
einseitige molekulare Ausrichtung und Schweiß-/Strömungslinien eine mögliche Ursache
für Schwächen in
der strukturellen Integrität
und in der Genauigkeit der Abmessungen sein oder eine unerwünschte Doppelbrechung
des geformten Produkts verursachen.
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Daher
wird ein System und ein Verfahren benötigt, das die Rückstände von
geschmolzenen Material in einem Angussbereich einer Spritzgießmaschine
wesentlich reduziert, während
dabei auch ein Verfahren vorgesehen ist, das die Ventilnadelausrichtung
in der Düse
und im Angussbereich verbessert. Zusätzlich oder alternativ wird
ein System und ein Verfahren benötigt
zur Unterdrückung
oder zur wesentlichen Reduzierung einseitiger molekularer Ausrichtungen
und/oder Schweiß-/Strömungslinien in
einem geformten Produkt verursacht durch die Ventilangusseinrichtung,
wie beispielsweise eine Ventilnadel.
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Dieses
Problem kann mit einer gattungsgemäßen Düse für eine ventilbetätigte Spritzgießvorrichtung
bewältigt
werden, in der ein erster Teil des ringförmigen Schmelzekanals eine
Dekompressionskammer umfasst und ein zweiter Teil des ringförmigen Schmelzekanals
eine Kompressionskammer umfasst.
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KURZE ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht eine Düse für eine Spritzgießvorrichtung
vor, die einen Düsenkörper, eine
Düsenspitze, eine
Halteeinrichtung, einen ringförmigen
Schmelzekanal und ein Ventilangusselement umfasst. Der Düsenkörper weist
einen Düsenschmelzekanal
mit einer Längsachse
auf. Die Düsenspitze
umfasst einen ersten Schmelzekanal und einen zweiten Schmelzekanal.
Der erste Schmelzekanal weist eine erste Schmelzekanal-Längsachse
auf. Der zweite Schmelzekanal steht in Fluidverbindung mit dem ersten Schmelzekanal
und weist eine zweite Schmelzekanal-Längsachse auf, die in Bezug
auf die erste Schmelzekanal-Längsachse
in einem Winkel angeordnet ist. Die Halteeinrichtung positioniert
die Düsenspitze
in Bezug auf den Düsenkanal.
Der ringförmige
Schmelzekanal ist zwischen der Düsenspitze und
der Halteeinrichtung ausgebildet. Das Ventilangusselement umfasst
eine Ventilnadel, die sich entlang der Längsachse des Düsenkörpers und
der Düsenspitze
bewegt.
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sieht eine Düse in einer Spritzgießvorrichtung
vor, umfassend einen Düsenkörper, eine
Düsendichtung,
einen ringförmigen
Schmelzekanal und ein Ventilangusselement. Der Düsenkörper weist einen Düsenschmelzekanal
auf. Der Düsenschmelzekanal
weist eine Längsachse
auf. Die Düsendichtung umfasst
ein erstes Teil und ein zweites Teil, das erste Teil ist als eine
Düsenspitze
und das zweite Teil ist als eine Halte- und Dichtungseinrichtung
ausgebildet. Das zweite Teil umfasst einen Halteabschnitt, der die Düsenspitze
in Bezug auf den Düsenkörper positioniert
und ein Dichtungsabschnitt, der die Düsenspitze gegen eine Formhohlraumplatte
isoliert. Der ringförmige
Schmelzekanal ist zwischen dem ersten und zweiten Teilen der Düsendichtung
ausgebildet, so dass Schmelze durch den ringförmigen Schmelzekanal strömt, bevor
sie in den Formhohlraum eintritt. Das Ventilangusselement umfasst
eine Ventilnadel, die sich entlang der Längsachse des Düsenkörpers und
in einer Bohrung des zweiten Teils der Düsendichtung bewegt, um ausgewählt eine
Formangussöffnung
eines Formhohlraums zu öffnen.
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Eine
andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine der obigen Düsen aufgenommen
in einer Spritzgießmaschine.
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Weitere
Ausführungsformen,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung als auch die Konstruktion
und der Betrieb der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung sind weiter unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
im Detail beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN/FIGUREN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind und einen Teil der Schutzrechtsschrift
bilden, veranschaulichen die vorliegende Erfindung und dienen, zusammen
mit der Beschreibung, weiter dazu die Prinzipien der Erfindung zu
erklären,
und dazu dem Fachmann in der entsprechenden Technik es zu ermöglichen,
die Erfindung herzustellen und zu nutzen.
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1 stellt
eine teilweise Schnittansicht einer Spritzgießmaschine dar, in der die vorliegende Erfindung
verwendet werden kann.
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2 zeigt
eine Seitenschnittansicht einer Düse zur Verwendung in der Maschine
aus 1, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
eine Seitenschnittansicht einer Düse zur Verwendung in der Maschine
aus 1, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils der Düse
aus 3.
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht der Düse
aus 3 entlang der Linie D-D in 3, entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
eine Seitenschnittansicht eines Teils einer Düse zur Verwendung in der Maschine aus 1,
entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 und 8 zeigen
eine Querschnittsansicht (entlang der Linie E-E in 8)
und eine entsprechende Seitenansicht, entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Teils einer Düse entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beschrieben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen können ähnliche
Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Bauteile angeben. Zusätzlich können die
Ziffer(n) am linken Rand eine Bezugsziffer, die Zeichnung bezeichnen,
in der die Bezugsziffer erstmals erscheint.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Überblick
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Wenn
besondere Aufbauten und Anordnungen diskutiert werden, ist es selbstverständlich,
dass dies nur zu Darstellungszwecken geschieht. Ein Fachmann der
entsprechenden Technik erkennt, dass andere Aufbauten und Anordnungen
verwendet werden können,
ohne sich von dem Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Es ist offensichtlich für
einen Fachmann in der entsprechenden Technik, dass diese Erfindung
auch in einer Vielzahl von anderen Anwendungen verwendet werden
kann.
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sehen eine ventilbetätigte Düse in einer Spritzgießmaschine
vor, die eine verbesserte Strömung
eines geschmolzenen Materials in einen Formhohlraum erlaubt, die
die Strömungslinien
in einem Spritzgießprodukt
wesentlich reduzieren oder unterdrücken kann. In einem Beispiel
wird dies erreicht durch die Verwendung einer ventilbetätigten Düse, die
einen Düsenkörper aufweist,
mit einem Düsenschmelzekanal,
der in Fluidverbindung mit einer Düsenspitze steht und der auch
in Fluidverbindung mit einem Verteilerschmelzekanal stehen kann.
Die Düsenspitze
umfasst einen ersten Schmelzekanal in Fluidverbindung mit dem Düsenschmelzekanal
und einem oder mehreren Abgabeschmelzekanälen zwischen dem ersten Schmelzekanal
und dem ringförmigen
Schmelzekanal.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der ringförmige Schmelzekanal zwischen
einer Halteeinrichtung und der Düsenspitze ausgebildet.
Der ringförmige
Schmelzekanal umfasst eine Dekompressionskammer, die in Fluidverbindung mit
den entsprechenden Kanälen
der Abgabeschmelzekanäle
und einer Kompressionskammer zwischen der Dekompressionskammer und
einem Formhohlraum steht. In dieser Ausführungsform entsteht eine Druckdifferenz
zwischen den entsprechenden Abgabeschmelzekanälen und der Dekompressionskammer
und zwischen der Dekompressionskammer und der Kompressionskammer,
die bewirkt, dass sich das geschmolzene Material in dem Düsenspitzenbereich
schneller und wirksamer vermischt als in den bisher bekannten Systemen,
so dass es in einem Formhohlraum ohne Strömungslinien, d.h. Schweißlinien,
eintritt.
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In
einem Beispiel ist das für
die Düsenspitze verwendete
Material ein hochthermischleitfähiges Material
mit einer Korrosions- und Abnutzungswiderstandfähigkeit (z.B. verschleißfest).
Eine Vielzahl von Löchern
oder Bohrungen, d.h. Abgabeschmelzekanäle oder zweite Spitzenschmelzekanäle, sind
an einem Punkt angeordnet, in dem die Düsenspitze von der Halteeinrichtung
getrennt ist. Die Löcher
oder Bohrungen sind von dem ersten Spitzenschmelzekanal aus nach
außen
in Richtung der Halteeinrichtung ausgerichtet. Die von dem Heißläufersystem
benötigte
Strömungsgeschwindigkeit,
um den Formhohlraum zu füllen,
wird verwendet, um den Durchmesser und die Anzahl der Austrittslöcher zu
bestimmen.
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In
diesem Beispiel ist, und wie oben diskutiert, die Düsenspitze
ausgebildet in Verbindung mit der Halteeinrichtung, um den ringförmigen Schmelzekanal
mit Dekompressions- und Kompressionskammern auszugestalten. Die
Düsenspitzenlöcher oder
-bohrungen enden in der Dekompressionskammer, die eine kreisförmige Strömung des
geschmolzenen Materials um die Düsenspitze
herum hervorruft, um das geschmolzene Material zu mischen/vermischen.
Dann strömt
das geschmolzene Material unter dem ansteigenden Druck des geschmolzenen Materials
in der Dekompressionskammer durch die Kompressionskammer, die als
ein Druckregler und Scherkrafterzeuger wirkt. Dies führt zu einer
ringförmigen
Strömung,
die das geschmolzene Material ausspült und weiter vermischt, um
Strömungslinien zu
unterdrücken
und/oder einen Farbwechsel zu erleichtern.
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Die
Kompression des geschmolzenen Materials tritt oberhalb eines Dichtungsbereichs
an einem stromabwärtigen
Teil der Halteeinrichtung und eines Formangussbereichs auf. So ermöglicht in
dem Dichtungsbereich eine Verkleinerung der ringförmigen Oberfläche der
Düsenspitze
eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit
und der Scherkraft der Schmelze, wodurch eine Steigerung der relativen Temperatur
des geschmolzenen Materials und der Heißläuferbauteile (z.B. der Halteeinrichtung
und der Düsenspitze)
entstehen kann. Dies erleichtert ein Wiederaufschmelzen und Ausspülen von
jeglichen erstarrtem, mit der Form in Berührung stehendem Schmelzematerial,
das von einer vorherigen Einspritzung zurückgeblieben ist, was die Anzahl
von Einspritzungen reduziert, die zum Erreichen eines vollständigen Farbwechsels
notwendig sind.
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Auch
dient in diesem Beispiel die Düsenspitze
als eine Führung
für die
Ventilnadel, um jede Abweichung durch das Verschließen mit
der Nadel und/oder einen Druck gegen die Ventilnadel zu vermeiden.
Durch das Verbessern der Ventilnadelausrichtung tritt eine geringere
Abnutzung der Ventilnadel, der Düse
und des Angussbereichs auf, was zu einer besseren Teilequalität und einer
geringeren Wahrscheinlichkeit einer Leckage führt.
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Gesamtsystem
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1 zeigt
eine Spritzgießvorrichtung 100, in
der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Die Vorrichtung 100 umfasst
einen Verteiler 102, eine Vielzahl von Düsen 104 und
eine Formplatte 106. Der Verteiler 102 hat eine
Vielzahl von Verteilerschmelzekanälen 108, die sich
dort hindurch von einem Einlass 110 zu einer Vielzahl von
Auslässen 112 erstrecken.
Der Verteiler 102 umfasst einen Heizer 114 zum
Erwärmen
der Schmelze in den Verteilerschmelzekanälen 108.
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Ein
Düsenschmelzekanal 116 erstreckt
sich durch ein Kopfteil 118 und ein Rumpfteil 120 der Düse 104,
die sich von einem Einlass 122 in dem Kopfteil 118 zu
ei nem Auslass 124 in dem Rumpfteil 120 erstreckt.
Das Kopfteil 118 stößt gegen
eine stromabwärtige
Oberfläche
des Verteilers 102, so dass einer der Verteilerschmelzekanalauslässe 112 mit
dem Einlass 122 des Düsenschmelzekanals 116 in
Verbindung steht. Der Düsenschmelzekanal 116 kann
in den Kopf- und Rumpfteilen 118 und 120 im Wesentlichen
in Längsrichtung
zentriert angeordnet sein, d.h. der Schmelzekanal 116 kann
sich im Wesentlichen entlang der Achse CL erstrecken.
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Die
Formplatte 106 umfasst eine Vielzahl von Formhohlräumen 126,
in denen die spritzgeformten Teile geformt werden. Jeder Formhohlraum 126 erhält die Schmelze
durch eine Angussöffnung 128, die
in Verbindung mit dem Auslass 124 von einer der Düsen 104 steht.
Die Formplatte 106 kann mittels eines Fluids, das durch
eine Vielzahl von Kühlkanälen 130 strömt, gekühlt sein,
um die Schmelze in den Formhohlräumen 126 erstarren
zu lassen und dadurch ein geformtes Teil (nicht gezeigt) auszubilden.
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Jede
Düse 104 umfasst
einen Heizer 132, der um den Rumpfteil 120 herumgewickelt
ist.
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Wie
beispielhaft in 1 gezeigt, umfasst eine der
Düsen 104 ein
Ventilangusselement 134. Das Ventilangusselement 134 umfasst
eine Ventilnadel 135, die mittels eines Stellantriebs 136 in
dem Düsenschmelzekanal 116 bewegbar
ist. Die andere der Düsen 104 ist
thermisch betätigt
und umfasst daher keine Ventilnadel.
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Im
Betrieb strömt
die Schmelze von einer Schmelzequelle (nicht gezeigt) durch den
Verteilereinlass 110, durch die Verteilerschmelzekanäle 108, durch
die Düsenschmelzekanäle 116,
durch die Angussöffnung 128 und
in die Schmelzehohlräume 126 hinein.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die Düsen 104 mit
anderen als der in 1 gezeigten Konfigurationen
von Spritzgießvorrichtungen
verwendet werden können.
Zum Beispiel kann die Düse 104 mit
Spritzgießvorrichtungen
mit einem einzelnen Formhohlraum verwendet werden. Die Düsen 104 können auch
mit Co-Einspritzvorrichtungen,
die eine Vielzahl von Verteilern 102 aufweisen, verwendet werden.
Die Düsen 104 können weiter
mit Stapel-Spritzgießmaschinen
verwendet werden.
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Erstes Beispiel
einer ventilbetätigten
Düse
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2 zeigt
eine Seitenschnittansicht eines Teils einer ventilbetätigten Düse, entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, zur Verwendung in der in 1 beschriebenen
Umgebung. Diese Ausführungsform
umfasst eine ventilbetätigte
Düse 204,
eine torpedoartige Düsenspitze/-Buchse 204.
Die Düse 204 umfasst
auch eine Halteeinrichtung 242. In einem Beispiel dient
die Düsenspitze 204 und
die Halteeinrichtung 242 als eine zweiteilige Düsendichtung.
Die Halteeinrichtung 242 positioniert die Düsenspitze 240 in
einen Düsenkörper 220.
In dieser Ausführungsform
ist die Halteeinrichtung 242 durch Gewinde (nicht gezeigt)
an einer Außenwand 244 der
Halteeinrichtung 242 mit entgegengesetzten Gewinden (nicht
gezeigt) an einer Innenwand 246 des Düsenkörpers 220 befestigt.
Wenn die Halteeinrichtung befestigt ist, stößt eine Schulter 248 der
Halteeinrichtung 242 gegen einen gebogenen Abschnitt 250 der
Düsenspitze 240,
um sie im Düsenkörper 220 zu
sichern. In einem Beispiel umfasst die Halteeinrichtung 242 auch
ein Dichtungsteil 251. Die Halteeinrichtung 242 kann
mit dem Düsenkörper 220 durch
Schweißen,
Löten,
Pressen oder jedes andere bekannte geeignete Verfahren befestigt werden.
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In
einem Beispiel dient das Dichtungsteil 251 als Isoliereinsatz
oder Isolierteil und kann hergestellt sein aus Titan, einer Keramik,
einem Hochtemperaturkunststoff, oder einem ähnlichen Material.
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In
dieser Figur ist eine Ventilnadel 235 in beiden Positionen,
der offenen (rechte Hälfte)
und der geschlossenen (linke Hälfte)
Position, gezeigt. In einem Beispiel ist die Halteeinrichtung 242 hergestellt aus
einem auf Stahl basierenden, auf Titan basierenden, auf Keramik
basierenden oder auf einem anderen thermisch isolierenden Material.
In einem Beispiel ist die Düsenspitze 240 hergestellt
aus einem auf Kupfer basierenden, auf Stahl basierenden oder auf
einem anderen thermisch leitfähigen
Material. Andere Materialien, die in einer ähnlichen Weise wie die oben
be schriebenen wirken, sind für
den durchschnittlichen Fachmann beim Lesen dieser Beschreibung offensichtlich.
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Die
Düsenspitze 240 umfasst
einen ersten Schmelzekanal 252 mit einer Längsachse
CL und steht an einem stromaufwärtigen
Ende in Fluidverbindung mit einem Düsenkörperschmelzekanal 216. Der
erste Schmelzekanal 252 steht an einem stromabwärtigen Ende
in Fluidverbindung mit mindestens einem zweiten Schmelzekanal 254,
der eine Achse 255 aufweist. In einem Beispiel ist die
Längsachse CL
des ersten Schmelzekanals 252 und die Achse 255 des
zweiten Schmelzekanals 254 im wesentlichen senkrecht in
Bezug aufeinander. Zum Beispiel kann im wesentlichen senkrecht bedeuten,
dass sie in einem Winkel 90° +/– 10° zueinander
stehen. In einem anderen Beispiel ist ein anderer Bereich möglich, abhängig von
den Toleranzen der gewünschten Anwendungen.
Jedoch stehen in einem anderen Beispiel die Achsen CL und 255 in
einem Winkel in Bezug aufeinander, beispielsweise in einem spitzen Winkel.
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Eine
Ventilnadelausrichtungsbohrung 264 der Düsenspitze 240 ist
dimensioniert um die Ventilnadel 235, aber nicht die Schmelze
aus dem ersten Schmelzekanal 252, gleitend aufzunehmen.
Der zweite Schmelzekanal 254 steht in Fluidverbindung mit
einem ringförmigen
Schmelzekanal 256, der zwischen der Düsenspitze und der Halteeinrichtung 242 ausgebildet
ist. Der ringförmige
Schmelzekanal 256 umfasst einen ersten Teil 258 und
einen zweiten Teil 260.
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Der
zweite Schmelzekanal 254 ist ein Abgabe- oder Ausgangsschmelzekanal,
durch den das geschmolzene Material von dem ersten Schmelzekanal 252 der
Düsenspitze 240 strömt. Der
zweite Schmelzekanal 254 kann als eine Bohrung oder ein Loch
durch eine Wand in der Düsenspitze 240 ausgebildet
sein. In Abhängigkeit
von der Anwendung und/oder der Materialausbildung der Düsenspitze 240 kann
jede Anzahl von Abgabeschmelzekanälen 254 vorhanden
sein.
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In
der in 2 gezeigten Ausführungsform wird der Abgabeschmelzekanal 254 der
Düsenspitze 240 verwendet,
um das geschmolzene Material zu dem ersten Teil 258 des
ringförmigen
Schmelzekanals 256 zu übertragen,
der in dieser Ausführungsform
als Dekompressionskammer wirkt. Der Druck des geschmolzenen Mate rials
ist in dem Abgabeschmelzekanal 254 größer als in der Dekompressionskammer 258.
Von der Dekompressionskammer 258 strömt das geschmolzene Material
in einen zweiten Teil 260, der als Kompressionskammer fungiert. Der
Druck des geschmolzenen Materials in der Dekompressionskammer 258 wird
reduziert durch die in der Dekompressionskammer 258 erlaubte
Ausdehnung des Materials. Von der Dekompressionskammer 258 strömt das geschmolzene
Material in den zweiten Teil 260 des ringförmigen Schmelzekanals 256,
der in dieser Ausführungsform
als Kompressionskammer fungiert. Durch den begrenzten Aufbau des
zweiten Teils 260 erhöht
sich der Druck des geschmolzenen Materials, wenn das geschmolzene Material
durch die Kompressionskammer 260 in Richtung auf eine Formangussöffnung 228 eines Formhohlraums 226 gefördert wird.
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Diese
Anordnung des ringförmigen
Schmelzekanals 256 gleicht die Strömungsgeschwindigkeit und den
Druck der im Düsenkörperschmelzekanal 216 vorhandenen
Schmelze aus, resultierend in einer ausgeglichenen Schmelzeströmung zwischen den
Formhohlräumen 226,
die wiederum eine konstante Teilequalität zwischen den in verschiedenen Formhohlräumen hergestellten
Teile ermöglicht.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Düsenspitze 240 aus
zwei Gründen
verwendet. Ein Grund ist, wie oben beschrieben, die Kontrolle der
Schmelzeströmung.
Die Düsenspitze 240 verteilt
das geschmolzene Material von dem ersten Schmelzekanal 252 durch
die Abgabeschmelzekanäle 254,
so dass die Strömung,
Geschwindigkeit und/oder der Druck ausgeglichen sind. Dies führt zu einer
gleichmäßigen und
ausgeglichenen Strömung
des geschmolzenen Materials.
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Die
Düsenspitze 240 dient
weiter als eine Ausrichtungseinrichtung für die Ventilnadel 235.
Daher umfasst die Düsenspitze 240 eine
Ventilnadelausrichtungsbohrung 264, die gleitend die Ventilnadel 235 in
der Angussöffnung 228 in
der Nähe
zur Angussöffnung
ausrichtet, um jede Fehlausrichtung während des Schließens der
Nadel und durch Druck gegen die Bewegung der Nadel zu vermeiden.
In einem Beispiel kann eine innere Oberfläche der Bohrung 264 mit
einer Beschichtung, die die Bewegung (Reibung) und/oder die Ausrichtung
der Ventilnadel 253 unterstützt, beschichtet sein. Die
Beschichtung kann ein auf Nickel basierendes oder ein ähnliches Material
sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Beschichtung kann
auch implementiert sein, um die Härte der Oberfläche der
Düsenspitze 240,
die in Berührung
mit der Ventilnadel 235 steht, zu verbessern.
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In
einem Beispiel ist es offensichtlich, dass eine Passung zwischen
der Ventilnadel 235 und der Bohrung 264 es der
Schmelze nicht erlaubt, um die Ventilnadel 253 herum zu
strömen.
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In
dieser Ausführungsform
ist, durch die „Spülungs-Eigenschaft" der Schmelzeströmung durch
die Düsenspitze 240 der
Düse 204,
kein üblicher „Blasenbereich" zwischen der Halteeinrichtung 242,
der Düsenspitze 240 und
der Formangussöffnung 228 vorhanden.
Beispielsweise kann ein „Blasenbereich" angesehen werden
als ein Stagnationsbereich zwischen der Halteeinrichtung 242,
der Spitze 240 und der Formangussöffnung 228 der sich während der
ersten Einspritzung mit Material füllt. Das Material bleibt dort
still stehen und wäscht
sich typischerweise nicht zwischen den Einspritzungen aus. In einem
Beispiel kann das stagnierende Material verwendet werden, um eine
Isolation zwischen der Düsenspitze 240 und
einer Form vorzusehen. Entsprechende Druckänderungen in der Schmelze zwischen
dem zweiten Schmelzekanal 254 und dem ersten und zweiten
Teilen 258 und 260 des ringförmigen Schmelzekanals 256 bewirken,
dass das geschmolzene Material zwischen den ersten Schmelzekanal 252 und
dem Formhohlraum 226 mit einer höheren Schergeschwindigkeit
als in üblichen
Düsen strömt, und
dadurch die Schmelze vermischt und sie in einem geschmolzenen Zustand
hält, um
sie leicht über
die Formangussöffnung 228 auszugeben.
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In
einem Beispiel erlaubt dies eine bessere Zusammensetzung des geschmolzenen
Materials, wodurch durch das Vermischen vor dem Formhohlraum 226 Schweiß-/Strömungslinien
in dem geformten Produkt reduziert oder eliminiert werden.
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In
einem anderen Beispiel wird durch die Verwendung dieser Anordnung
während
eines Farbwechsels, wie oben diskutiert, das geschmolzene Material
mit der vorherigen Farbe aus der Düse 204 im Wesentlichen
innerhalb sehr weniger Produktzyklen ausgespült, z.B. in ungefähr 1/4 bis
1/5 der Anzahl der Zyklen, die bei der Ver wendung einer herkömmlichen
Düsenanordnung
benötigt
werden, bevor ein vollständiger
Farbwechsel erreicht werden kann.
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9 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Teils einer Düse entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Alle in 9 gezeigten
Bauteile sind ähnlich
zu den in 2 gezeigten und oben beschriebenen,
außer,
dass in dieser Ausführungsform
eine Schulter 248 und ein gebogenes Teil 250 der
Düsenspitze 240 nicht
verwendet werden im Zusammenhang um die Düsenspitze 940 in der
Düse 904 zu
halten. Die Düsenspitze 940 wird in
der Düse 904 gehalten
durch die Verwendung einer Schraubverbindung zwischen den Gewinden 970,
ausgebildet auf der Düsenspitze 940,
und den Gewinden 972, ausgebildet in der Düse 904.
In anderen Beispielen kann anstelle von Gewinden ebenfalls ein Verschweißen oder
andere Kopplungssysteme eingesetzt werden.
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Zweites Beispiel
einer ventilbetätigten
Düse
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3 zeigt
eine Seitenschnittansicht einer Düse zur Verwendung in der Maschine
aus 1, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. 4 ist eine vergrößerte Ansicht
eines Teils der Düse
in 3. Diese Ausführungsform umfasst
eine ventilbetätigte
Düse 304,
eine Düsenspitze/-Buchse 340.
Die Düse 304 umfasst
weiter eine Halteeinrichtung 342. In einem Beispiel dienen die
Düsenspitze 340 und
die Halteeinrichtung 342 als eine zweiteilige Düsendichtung.
Die Halteeinrichtung 342 positioniert die Düsenspitze 340 in
einem Düsenkörper 320.
In dieser Ausführungsform
ist die Halteeinrichtung 342 schraubenförmig befestigt durch Gewinde
(nicht gezeigt) auf einer Außenwand 344 der Halteeinrichtung 342 mit
entsprechenden Gewinden (nicht gezeigt) an einer Innenwand 346 des
Düsenkörpers 320.
Wenn sie so befestigt ist, stößt eine Schulter 348 der
Halteeinrichtung 342 gegen ein gebogenes Teil der Düsenspitze 340 um
die Düsenspitze
an dem Düsenkörper 320 zu
sichern.
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In
dieser Figur ist eine Ventilnadel 335, in beiden Positionen
gezeigt, in seiner offenen (rechte Hälfte) und geschlossenen (linke
Hälfte)
Position. In einem Beispiel ist die Halteeinrichtung 342 hergestellt
aus einem auf Stahl basierenden, auf Titan basierenden, auf Keramik
basierenden oder auf einem anderen thermisch isolieren den Material.
In einem Beispiel kann die Düsenspitze 340 hergestellt
sein aus einem auf Kupfer basierenden, auf Stahl basierenden oder
auf einem anderen thermisch leitfähigen Material. Andere Materialien,
die in einer ähnlichen Weise
wie die oben beschriebenen wirken, sind für den durchschnittlichen Fachmann
beim Lesen der Beschreibung offensichtlich.
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Die
Düsenspitze 340 umfasst
einen ersten Schmelzekanal 352 mit einer Längsachse
CL und steht an einem stromaufwärtigen
Ende in Fluidverbindung mit einem Düsenkörperschmelzekanal 316. Der
erste Schmelzekanal 352 steht an einem stromabwärtigen Ende
in Fluidverbindung mit mindestens einem zweiten Schmelzekanal 354,
der eine Achse 355 aufweist. In einem Beispiel ist die
Längsachse CL
des ersten Schmelzekanals 352 und die Achse 355 des
zweiten Schmelzekanals 354 im Wesentlichen senkrecht in
Bezug aufeinander. Zum Beispiel kann in einem Beispiel im Wesentlichen
senkrecht bedeuten, dass sie in einem Winkel 90° +/– 10° zueinander stehen. Jedoch kann
in anderen Anwendungen mit anderen Toleranzen im Wesentlichen senkrecht
andere Winkelbereiche aufweisen. In einem anderen Beispiel kann
die Längsachse
CL und die Achse 355 in einem Winkel in Bezug aufeinander stehen,
z.B. einem geneigten spitzen Winkel. Eine Ventilnadelausrichtungsbohrung 364 ist
dimensioniert um die Ventilnadel 335, gleitend aufzunehmen, aber
nicht die Schmelze aus dem ersten Schmelzekanal 352. Der
zweite Schmelzekanal 354 steht in Fluidverbindung mit einem
ringförmigen
Schmelzekanal 356, der zwischen der Düsenspitze 340 und der
Halteeinrichtung 342 ausgebildet ist. Der ringförmige Schmelzekanal 356 umfasst
einen ersten Teil 358 und einen zweiten Teil 360.
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Der
zweite Schmelzekanal 354 ist ein Abgabe- oder Ausgangsschmelzekanal,
durch den das geschmolzene Material von dem ersten Schmelzekanal 352 der
Düsenspitze 340 strömt. Der
zweite Schmelzekanal 354 kann als eine Bohrung oder ein Loch
durch eine Wand der Düsenspitze 340 ausgebildet
sein. In Abhängigkeit
von der Anwendung und/oder der Materialausbildung der Düsenspitze 340 kann
jede Anzahl von Abgabeschmelzekanälen 354 vorgesehen
sein.
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In
der in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsform
wird der Abgabeschmelzekanal 354 der Düsenspitze 340 verwendet,
um das geschmolzene Material zum ersten Teil 358 des ringförmigen Schmelzekanals 356 zu übertragen,
der in dieser Ausführungsform
als eine Dekompressionskammer fungiert. Der Druck des geschmolzenen
Materials ist in dem Abgabeschmelzekanal 354 größer als in
der Dekompressionskammer 358. Von der Dekompressionskammer 358 strömt das geschmolzene
Material in einen zweiten Teil 360 des ringförmigen Schmelzekanals 356,
der in dieser Ausführungsform als
eine Kompressionskammer fungiert. Durch den begrenzten Aufbau des
zweiten Teils 360 erhöht
sich der Druck des geschmolzenen Materials, wenn das geschmolzene
Material durch die Kompressionskammer 360 in Richtung auf
eine Formangussöffnung 328 des
Formhohlraums 326 gefördert
wird.
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Diese
Anordnung des ringförmigen
Schmelzekanals 356 gleicht die Strömungsgeschwindigkeit und den
Druck der in diesem Düsenkörperschmelzekanal 316 vorhandenen
Schmelze aus, resultierend in einer ausgeglichenen/gleichmäßigen Strömung aus
dem ringförmigen
Schmelzekanal 356 in den Formhohlraum 326.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Düsenspitze 340 aus
zwei Gründen
verwendet. Ein Grund ist, wie oben beschrieben, die Kontrolle der
Schmelzeströmung.
Die Düsenspitze 340 verteilt
das geschmolzene Material von dem ersten Schmelzekanal 352 durch
die Abgabeschmelzekanäle 354,
so dass die Strömung,
die Geschwindigkeit und/oder der Druck ausgeglichen sind. Dies führt zu einer
gleichmäßigen und
ausgeglichenen Strömung
des geschmolzenen Materials. Die Düsenspitze 340 dient weiter
als eine Ausrichtungseinrichtung für die Ventilnadel 335.
Daher umfasst die Düsenspitze 340 eine Ventilnadelausrichtungsbohrung 364,
die in direkter Nähe
zur Angussöffnung 328 die
Ventilnadel 335 gleitend ausrichtet, um jede Ablenkung
während
des Schließens
der Nadel und Druck gegen die Bewegung der Nadel zu verhindern.
In einem Beispiel kann die innere Oberfläche der Bohrung 364 mit
einer Beschichtung beschichtet sein, die die Bewegung und/oder die
Ausrichtung der Ventilnadel 335 unterstützt. Die Beschichtung kann
ein auf Nickel basierendes oder ein ähnliches Material sein, ist
aber nicht darauf beschränkt.
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In
dieser Ausführungsform
ist, durch die „Spülungs"-Eigenschaft der
Schmelzeströmung durch
den Düsenspitzenbereich 340 der
Düse 304 kein üblicher „Blasenbereich" zwischen der Halteeinrichtung 342,
der Düsenspitze 340 und
der Forman gussöffnung 328 vorhanden.
Beispielsweise kann ein „Blasenbereich" angesehen werden
als ein Stagnationsbereich zwischen der Halteeinrichtung 342,
der Spitze 340 und der Formangussöffnung 328, der sich während der
ersten Einspritzung mit Material füllt. Das Material bleibt dort
still stehen und wäscht
sich typischerweise nicht zwischen den Einspritzungen aus. In einem
Beispiel kann das stagnierende Material verwendet werden, um eine
Isolation zwischen der Düsenspitze 340 und
einer Form vorzusehen. Entsprechende Druckänderungen in der Schmelze zwischen
dem zweiten Schmelzekanal 354 und den ersten und zweiten
Teilen 358 und 360 des ringförmigen Schmelzekanals 356 bewirken,
dass das geschmolzene Material zwischen dem ersten Schmelzekanal 352 und
dem Formhohlraum 326 mit einer höheren Schergeschwindigkeit
als in üblichen
Düsen strömt, und
dadurch die Schmelze vermischt und in einem geschmolzenen Zustand
hält, um
sie leicht über
die Formangussöffnung 328 auszugeben.
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In
einem Beispiel erlaubt dies eine bessere Zusammensetzung des geschmolzenen
Materials, wodurch das Vermischen vor dem Formhohlraum 326 Schweiß-/Strömungslinien
in dem geformten Produkt reduziert oder eliminiert werden.
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In
einem anderen Beispiel wird durch die Verwendung dieser Anordnung
während
eines Farbwechsels, wie oben diskutiert, das geschmolzene Material
mit der vorherigen Farbe aus der Düse 304 im wesentlichen
innerhalb sehr weniger Produktzyklen ausgespült, z.B. innerhalb 10 bis 15
Produktzyklen. Dies sind wesentlich weniger als die 50 bis 60 Produktzyklen,
die üblicherweise
benötigt
werden, bevor die vorherige Farbe vollständig aus einer herkömmlichen
Düsenanordnung
ausgespült
ist.
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5 zeigt
eine Querschnittsansicht der Düse 304 aus 3,
entnommen entlang der Linie D-D in 3, entsprechend
einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform werden drei Abgabeschmelzkanäle 354 verwendet,
um die Schmelze von der Düsenspitze 340 zum
ringförmigen
Schmelzekanal 356 (der eine Dekompression im Teil 358 aufweisen
kann) zu transportieren. Eine bestimmte Anzahl von Abgabekanälen 354 ist
anwendungsspezifisch, wie es auch die Parameter (Größen) der
Abgabeschmelzekanäle 354,
der Dekompressionskammer 358 und der Dekompressionskammer 360 sind.
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Die 7 und 8 zeigen
eine Querschnittsansicht (entnommen entlang der Linie E-E in 8)
und eine entsprechende Seitenansicht einer Düsenspitze 740/840 entsprechend
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Düsenspitze 740/840 hat
eine Vielzahl von Abgabeschmelzekanälen 754A/854A auf
einer ersten Ebene und eine Vielzahl von Abgabeschmelzekanälen 754B/854B auf
einer zweiten Ebene. In einem Beispiel sind die Abgabeschmelzekanäle 754A/854A versetzt
angeordnet in Bezug auf die Abgabeschmelzekanäle 754B/854B.
Dies kann deshalb gemacht werden, um beispielsweise eine sich kreuzende Schmelzeströmung vorzusehen.
Dies erlaubt zum Beispiel eine wesentliche Reduzierung der Schweiß-/Risslinien
im Vergleich zu nur einem Abgabeschmelzekanal oder einer Abgabeschmelzekanalumgebung
auf einer einzelnen Ebene. In verschiedenen Beispielen kann eine
Anzahl von Abgabeschmelzekanälen 754A/854A auf
einer ersten Ebene gleich sein oder eine andere Anzahl als die Anzahl
von Abgabekanälen 754B/854B auf
der zweiten Ebene aufweisen.
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7 umfasst
alle oben beschriebenen Bauteile aus den 2 und 4 mit
der alternativen Düsenspitze 740 wie
für 7 beschrieben.
In dem in 7 gezeigten Beispiel treten
die Abgabeschmelzekanäle 754A und 754B von
einem ersten Schmelzekanal 752 aus in einen ersten Teil 758 eines
ringförmigen
Schmelzekanals 756 ein.
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Beispielhafte
Abmessungen des ringförmigen Schmelzekanals
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6 ist
eine Seitenschnittansicht eines Teils einer Düse zur Verwendung in der Maschine aus 1 entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist ein ringförmiger Schmelzekanal 656 definiert
zwischen einer Düsenspitze 640 und
einer Halteeinrichtung 642. Der ringförmige Schmelzekanal 656 umfasst
einen ersten Innendurchmesser D1, gebildet in einem ersten Teil 658 des
ringförmigen
Schmelzekanals 656 und einem zweiten Innendurchmesser D2 gebildet
in einem zweiten Teil 660 des ringförmigen Schmelzekanals 656.
In diesem Beispiel ist D1 kleiner als D2. Diese Figur zeigt weiter
einen Außendurchmesser
D3 des ringförmigen
Schmelzekanals 656.
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In
einem Beispiel weist die Halteeinrichtung einen im wesentlichen
konstanten Innendurchmesser auf. Der ringförmige Schmelzekanal umfasst
einen ersten Teil und einen zweiten Teil. Der erste Teil des ringförmigen Kanals
weist einen ersten Innendurchmesser auf und steht in Fluidverbindung
mit dem zweiten Schmelzekanal der Düsenspitze. Der zweite Teil
des ringförmigen
Kanals weist einen zweiten Innendurchmesser auf und steht in Fluidverbindung
mit dem ersten Teil des ringförmigen
Kanals und mit einem Formhohlraum. Der zweite Innendurchmesser ist
größer als
der erste Innendurchmesser.
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Schlussfolgerung
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Während verschiedene
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung oben beschrieben sind, ist es selbstverständlich,
dass sie als Beispiele und nicht als Beschränkung präsentiert sind. Es ist offensichtlich
für einen
Fachmann in der entsprechenden Technik, dass dabei verschiedene Änderungen
in der Form und im Detail gemacht werden können, ohne sich dadurch vom
Wesen und Umfang der Erfindung zu entfernen. Somit sollte die Breite
und der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch eine der oben beschriebenen
beispielhaften Ausführungsformen begrenzt
werden, sondern sollte nur in Übereinstimmung
mit den folgenden Ansprüchen
und ihren äquivalenten
Formen definiert werden.
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Es
ist selbstverständlich,
dass der Abschnitt der detaillierten Beschreibung und nicht die
Abschnitte der Übersicht
und Zusammenfassung vorgesehen sind, zur Auslegung der Ansprüche verwendet
zu werden. Die Abschnitte der Übersicht
und Zusammenfassung können
eine oder mehrere aber nicht alle beispielhaften Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wie durch den (die) Erfinder vorgesehen,
darlegen und sind daher nicht geeignet, die vorliegende Erfindung
und die beigefügten
Ansprüche
in irgendeiner Weise zu begrenzen.