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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse für eine Spritzgießmaschine zum Einspritzen einer Elastomermasse in einen Formhohlraum eines Spritzgießwerkzeugs, mit einem Düsenkörper und einem Düsenkanal, der eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für die Elastomermasse aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einer derartigen Düse und ein Verfahren zur Regelung der Düse.
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In einer Spritzgießmaschine wird zunächst die Elastomermasse in einem Extruder erhitzt und plastifiziert und anschließend über eine üblicherweise bikonische Maschinendüse in eine Spritzgießform eingespritzt. Unter Temperatureinwirkung vulkanisiert die Elastomermasse, so dass die Spritzgießform geöffnet und das Spritzgussteil entnommen werden kann.
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Bei herkömmlichen Spritzgießmaschinen ist nachteilig, dass die Anfangstemperatur der im Kern der Spritzgießform befindlichen Elastomermasse relativ gering ist, so dass es lange dauert bis das Spritzgussteil vollständig ausvulkanisiert ist. Folglich sind die Zykluszeiten verhältnismäßig lang.
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Aus der
DE 10 2004 047 347 A1 geht eine Spritzgießmaschine hervor, die eine erste Kolbenzylindereinheit und eine zweite Kolbenzylindereinheit aufweist. Zwischen den Kolbenzylindereinheiten ist ein Kanal vorgesehen, in dem eine regelbare Drossel vorgesehen ist, mit der die Temperatur der Elastomermasse veränderbar ist. Am Auslass der zweiten Kolbenzylindereinheit wird die Elastomermasse über eine Maschinendüse in das Spritzwerkzeug eingepresst.
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Solche Maschinendüsen weisen meistens einen bikonisch geformten Düsenkanal auf, der sich in Strömungsrichtung zunächst stark verjüngt und dann wieder erweitert. Die Taille in der Mitte fungiert als Sollbruchstelle, an der sich beim Öffnen der Presse der werkzeugseitig vulkanisierte Angusszapfen von dem auf der Maschinenseite noch unvulkanisierten Material abtrennt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Düse der oben genannten Art derart weiterzubilden, dass die Vulkanisationszeiten deutlich reduziert werden, wobei gleichzeitig nach jedem Schuss die vollständige Entfernung der in der Düse vulkanisierten Elastomermasse gesichert ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird bei einer Düse der oben genannten Art vorgeschlagen, dass in dem Düsenkanal eine einstellbare Drosseleinrichtung vorgesehen ist, mit der die Temperatur der Elastomermasse veränderbar ist.
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Die erfindungsgemäße Düse zeichnet sich dadurch aus, dass die einstellbare Drosseleinrichtung eine Erhöhung der Temperatur der Elastomermasse im Düsenkanal ermöglicht. Die Drosseleinrichtung verringert den Querschnitt des Düsenkanals, so dass die Temperatur der durch die Drosseleinrichtung hindurch strömenden Elastomermasse erhöht wird. Vorteilhafterweise wird mittels der Drosseleinrichtung die Temperatur der Elastomermasse nahezu auf die Temperatur der Spritzgießform erhöht, so dass für ein Ausvulkanisieren der Elastomermasse in der Spritzgießform weniger Zeit nötig ist. Des Weiteren ermöglicht die Drosseleinrichtung, dass die im Düsenkanal befindliche Elastomermasse bis in den Bereich der Einlassöffnung des Düsenkanals vulkanisiert wird, die eingangsseitige Masse aber nicht anvulkanisiert. Damit erfolgt der Abriss der vulkanisierten Elastomermasse reproduzierbar im Taillenbereich der Düse und Produktionsstörungen durch anvulkanisiertes Material werden zuverlässig vermieden. Die erfindungsgemäße Düse ist zum Nachrüsten einer herkömmlichen Spritzgießmaschine geeignet, da diese lediglich direkt an die Auslassöffnung der Kolbenzylindereinheit angeschraubt wird, so dass ein kostenintensiver und zeitaufwändiger Umbau einer Spritzgießmaschine nicht erforderlich ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Drosseleinrichtung wenigstens einen verstellbaren Schieber auf, der einen Drosselspalt begrenzt. Die Verwendung eines solchen verstellbaren Schiebers ermöglicht eine exakte Einstellung des Drosselspalts, über den der Druckabfall und letztlich die Temperatur der Elastomermasse gesteuert oder geregelt werden kann.
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Vorteilhafterweise umfasst die Drosseleinrichtung mehrere Schieber, deren Endbereiche den Drosselspalt begrenzen. Die Verwendung mehrerer Schieber ermöglicht ein exaktes Zentrieren des Drosselspalts und damit eine symmetrische Temperaturverteilung im Massestrom.
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Die Endbereiche der Schieber sind vorteilhafterweise plan, konisch oder keilförmig ausgebildet. Infolge der planen, konischen oder keilförmigen Ausbildung der Endbereiche der Schieber ist es möglich, den Drosselspalt exakt einzustellen. Zudem ist es möglich, den Düsenkanal vollständig zu verschließen, so dass keine Elastomermasse mehr hindurchströmen kann.
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Vorteilhafterweise ist die Drosseleinrichtung mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch, piezoelektrisch oder magnetostriktiv verstellbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Düsenkörper und/oder dem Schieber mindestens ein Temperaturfühler zur Bestimmung der Temperatur der Elastomermasse eingebracht. Durch die Messung der Temperatur ist es möglich, die Erhöhung der Temperatur der Elastomermasse exakt zu steuern oder zu regeln. Somit kann die Vulkanisationszeit und die damit verbundene Zykluszeit erniedrigt werden ohne die Prozesssicherheit oder die Produktqualität zu beeinträchtigen.
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Vorteilhafterweise sind in dem Düsenkörper wenigstens zwei Temperaturfühler vorgesehen, wobei ein erster Temperaturfühler in der Nähe einer Wandung des Düsenkanals und ein zweiter Temperaturfühler in der Nähe einer Außenwand der Düse eingebracht ist. Die Messung dieser beiden Temperaturwerte ermöglicht es, über ein iteratives Berechnungsverfahren zunächst die Temperatur der Elastomermasse an der Wandung des Düsenkanals zu bestimmen. Durch die Messung der Temperatur in der Nähe der Wandung des Düsenkanals und in der Nähe einer Außenwand ist es auch möglich, die mittlere Temperatur des Elastomermassestroms zu ermitteln und ausgehend hiervon die Drosseleinrichtung entsprechend zu steuern oder zu regeln.
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Alternativ kann in dem wenigstens einen Schieber ein Temperaturfühler in der Nähe des Drosselspalts eingebracht sein. Hierdurch kann die Temperatur des Elastomermassestroms im Drosselspalt, insbesondere im Kern des Elastomermassestroms, gemessen werden, um somit direkt auf die durch die Drosseleinrichtung bewirkte Temperaturänderung der Elastomermasse schließen zu können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erweitert sich der Düsenkanal von der Einlassöffnung bis zu der Auslassöffnung konisch. Die konische Ausgestaltung des Düsenkanals ermöglicht es, die im Düsenkanal vulkanisierte Elastomermasse aus diesem leichter zu entfernen.
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Vorteilhafterweise ist während des Einspritzens der Drosselspalt kleiner als der Querschnitt der Einlassöffnung der Düse. Durch den zusätzlichen Druckverlust erhöht sich die Temperatur der Elastomermasse, insbesondere im Kern des Elastomermassestroms, so dass die Vulkanisationszeit reduziert wird.
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Die Position des mindestens einen Schiebers ist vorteilhaft über einen Wegsensor erfassbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Drosseleinrichtung über eine Steuereinrichtung gesteuert oder geregelt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Düse unmittelbar an einer Auslassöffnung einer Spritzgießmaschine zum Einspritzen der Elastomermasse angebracht. Somit ist es möglich, die erfindungsgemäße Düse einfach gegen eine herkömmliche an einer Spritzgießmaschine befindliche Düse auszutauschen, ohne dass aufwändige, komplizierte und teuere Umbauten nötig sind. Hierdurch ist es möglich, insbesondere ältere Spritzgießmaschinen mit der erfindungsgemäßen Düse auszustatten, um so die Vulkanisationszeiten und die damit einhergehenden Zykluszeiten zu verringern.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Spritzgießmaschine mit einer erfindungsgemäßen Düse. Die erfindungsgemäße Spritzgießmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass aufgrund der in der Düse befindlichen Drosseleinrichtung die Temperatur der Elastomermasse erhöht werden kann, so dass die Vulkanisationszeiten und die sich hieraus ergebenden Zykluszeiten reduziert werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Düse einer Spritzgießmaschine mit folgenden Verfahrensschritten. Zunächst wird der mindestens eine Schieber der Drosseleinrichtung während der Einspritzphase der Elastomermasse in eine Arbeitsstellung verfahren, so dass eine gewünschte Erhöhung der Temperatur der Elastomermasse erfolgt. Nach dem Einspritzen der Elastomermasse wird der Schieber in eine Vulkanisationsstellung verfahren, so dass die Querschnittsfläche im Bereich der Schieber größer ist als die Querschnittsfläche der Einlassöffnung. Schließlich wird der Schieber zur Entfernung der vulkanisierten Elastomermasse aus dem Düsenkanal vollständig zurückgefahren, so dass 100% des maximalen Düsenquerschnitts im Bereich des Schiebers freigegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Schieber derart verfahren wird, dass während der Einspritzphase eine gezielte Erhöhung der Temperatur der Elastomermasse erfolgt, so dass die Vulkanisationszeit verringert wird. Des Weiteren wird durch die Vulkanisationsstellung gewährleistet, dass die Sollabrissstelle der im Düsenkanal vulkanisierten Elastomermasse in den Bereich der Einlassöffnung (Taille) der Maschinendüse verlegt wird. Durch das vollständige Zurückfahren der Schieber werden beim Vulkanisieren abgeformte Hinterschnitte im Angusszapfen freigegeben. Der vulkanisierte Angusszapfen reißt dadurch problemlos an der Sollbruchstelle (Einlassöffnung) ab.
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Vorteilhafterweise wird der Drosselspalt abhängig von der Temperatur der Elastomermasse gesteuert oder geregelt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Temperatur der Elastomermasse im Bereich der Wandung des Düsenkanals mittels der gemessenen Temperatur von mindestens zwei in dem Düsenkörper eingebrachten Temperaturfühlern über ein Berechnungsverfahren bestimmt. Hierdurch ist eine exakte Regelung des Drosselspalts und folglich der Temperatur der Elastomermasse möglich.
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Vorteilhafterweise wird über den Drosselspalt der Einspritzdruck der Spritzgießmaschine gesteuert. Hierdurch kann bei konstanter Einspritzgeschwindigkeit der Einspritzdruck konstant gehalten werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigen:
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1 einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Düse gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß 1;
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3 einen Vertikalschnitt der erfindungsgemäßen Düse gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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4 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß 1 einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse und
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5 eine schematische Darstellung einer Spritzgießeinheit mit der erfindungsgemäßen Düse.
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1 zeigt eine Düse 10 für eine Spritzgießeinheit 30 zum Einspritzen einer Elastomermasse in einen Formhohlraum 34 eines Spritzgießwerkzeugs 33.
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Die Düse 10 weist einen Düsenkörper 11 auf, in dem ein Düsenkanal 12 eingebracht ist. Der Düsenkanal 12 weist eine Einlassöffnung 13 und eine Auslassöffnung 14 auf. Wie aus 1 ersichtlich ist, erweitert sich der Düsenkanal 12 konisch von der Einlassöffnung 13 bis zu der Auslassöffnung 14. Ein konischer Einlasstrichter 15 mündet in den Düsenkanal 12.
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Der Düsenkörper 11 weist im Bereich des Einlasstrichters 15 einen Flansch 17 auf, der mit einem Gewinde ausgebildet ist. Über diesen Flansch 17 ist es möglich, die Düse 10 an eine Kolbenzylindereinheit 32 der Spritzgießeinheit 30 anzubringen. Im maschinenseitigen Bereich des Düsenkörpers 11 ist dieser mit Temperierkanälen 36 versehen, um die Elastomermasse im Bereich des Einlasstrichters 15 zu kühlen.
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Die Düse 10 weist eine in den Düsenkörper 11 integrierte Drosseleinrichtung 18 auf, die gemäß der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform zwei senkrecht zum Düsenkanal 12 bewegliche Schieber 19a, 19b umfasst. Die Schieber 19a, 19b dienen dazu, einen Drosselspalt 20 zwischen sich gegenüberliegenden Stirnflächen 21 der Schieber 19a, 19b einzustellen.
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Die Schieber 19a, 19b werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hydraulisch mittels einer Steuereinrichtung 22 verstellt, die der Drosseleinrichtung 18 zugeordnet ist. Um eine ausreichende Abdichtung zu gewährleisten, sind zwischen den Schiebern 19a, 19b und dem Düsenkörper 11 mehrere Dichtungen 23 eingebracht. Über Wegsensoren 29 kann die Position der Schieber 19a, 19b erfasst werden.
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In den Düsenkörper 11 eingebrachte Aussparungen 24, die insbesondere aus 2 ersichtlich sind, bewirken eine ausreichende thermische Trennung zwischen dem hydraulischen Antrieb der Schieber 19a, 19b und dem Auslassbereich 16 des Düsenkörpers 11.
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5 zeigt die Spritzgießeinheit 30, umfassend den Extruder 31, die Kolbenzylindereinheit 32, die Düse 10, die Steuereinrichtung 22 und das Spritzgießwerkzeug 33 mit dem Formhohlraum 34.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der Düse 10 anhand der 1, 2 und 5 näher erläutert. Zunächst wird die Elastomermasse in dem Extruder 31 erhitzt und plastifiziert und über einen Kanal 27 in die Kolbenzylindereinheit 32 eingeleitet. Die Kolbenzylindereinheit 32 weist einen Kolben 35 auf, der die Elastomermasse in den Einlasstrichter 15 der Düse 10 presst. Die Elastomermasse tritt über die Einlassöffnung 13 in den Düsenkanal 12 ein und verlässt den Düsenkanal 12 über die Auslassöffnung 14 in den Formhohlraum 34 des Spritzgießwerkzeugs 33.
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Zu Beginn des Einspritzvorgangs werden die beiden Schieber 19a, 19b der Drosseleinrichtung 18 in eine Arbeitsstellung verfahren, so dass der Drosselspalt 20 etwa 1% bis 30% des maximalen Düsenkanalquerschnitts im Bereich der Schieber 19a, 19b freigibt. Der zusätzliche Druckabfall im Drosselspalt 20 bewirkt eine Erhöhung der Temperatur der Elastomermasse.
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Nachdem der Kolben 35 die gesamte in der Kolbenzylindereinheit 32 befindliche Elastomermasse durch die Düse 10 in den Formhohlraum 34 gefördert hat, werden die Schieber 19a, 19b in eine Vulkanisationsstellung verfahren, so dass etwa 80% des maximalen Düsenkanalquerschnitts im Bereich der Schieber 19a, 19b freigegeben sind. Im Verlauf des Vulkanisationszyklus vulkanisiert die Elastomermasse im Düsenkanal 12 bis in den Bereich der Einlassöffnung 13. Durch die maschinenseitigen Temperierkanäle 36 wird eine thermische Trennung des Einlasstrichters 15 vom Auslassbereich 16, der mit dem heißen Spritzgießwerkzeug 33 in Kontakt steht, erreicht.
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Nach der Vulkanisation werden die Schieber 19a, 19b vollständig zurückgefahren, so dass ein Herausziehen des im Düsenkanal 12 vulkanisierten Angusszapfens einfach möglich ist. Da die Sollabrissstelle im Bereich der Einlassöffnung 13 liegt, kann die vulkanisierte Elastomermasse vollständig aus dem Düsenkanal 12 entfernt werden.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Düse 10, zu deren Beschreibung die bereits eingeführten Bezugszeichen für gleiche oder funktionsgleiche Teile verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform sind in den Düsenkörper 11 mehrere Temperaturfühler 25a, 25b eingebracht. Die Temperaturfühler 25a, 25b dienen zur Messung der Temperatur der Elastomermasse im Bereich einer Wandung 26 des Düsenkanals 12. Hierzu sind jeweils zwei sich gegenüberliegende Temperaturfühler 25a, 25b in dem Düsenkörper 11 vorgesehen, wobei ein erster Temperaturfühler 25a im Bereich der Wandung 26 eingebracht ist und der zweite Temperaturfühler 25b im Bereich der Außenwand 28 des Düsenkörpers 11. Aus diesen Messwerten ist es über ein iteratives Berechnungsverfahren möglich, die Temperatur der Elastomermasse im Bereich der Wandung 26 zu ermitteln. Zusätzlich können Temperaturfühler im Bereich der Stirnflächen 21 der Schieber 19a, 19b angeordnet werden.
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Über die Steuereinrichtung 22 kann die Position der Schieber 19a, 19b anhand der gemessenen Temperatur gesteuert werden, so dass eine optimale Erhöhung der Temperatur der Elastomermasse erfolgt, um so die Vulkanisationszeit zu reduzieren.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Düse 10, zu deren Beschreibung die bereits eingeführten Bezugszeichen für gleiche oder funktionsgleiche Teile verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform der Düse 10 weist die Drosseleinrichtung 18 vier Schieber 19a, 19b, 19c, 19d auf. Die Schieber 19a, 19b, 19c, 19d sind an ihren einander zugewandten Stirnflächen 21 keilförmig ausgebildet.
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Die in der Düse 10 vorgesehene Drosseleinrichtung 18 bewirkt eine Erwärmung der Elastomermasse, so dass die Vulkanisationszeiten und folglich die Zykluszeiten reduziert werden. Zudem zeichnet sich die erfindungsgemäße Düse 10 dadurch aus, dass die Sollabrissstelle der vulkanisierten Elastomermasse im Bereich der Einlassöffnung 13 liegt und so die Entfernung der vulkanisierten Elastomermasse problemlos möglich ist. Die in die Düse 10 eingebrachten Temperaturfühler 19 ermöglichen eine exakte Bestimmung der Temperatur der Elastomermasse, so dass hiermit eine exakte Steuerung oder Regelung der Drosseleinrichtung 18 möglich ist. Die Düse 10 ist zum Nachrüsten einer herkömmlichen Spritzgießmaschine geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Düse
- 11
- Düsenkörper
- 12
- Düsenkanal
- 13
- Einlassöffnung
- 14
- Auslassöffnung
- 15
- Einlasstrichter
- 16
- Auslassbereich
- 17
- Flansch
- 18
- Drosseleinrichtung
- 19a
- Schieber
- 19b
- Schieber
- 19c
- Schieber
- 19d
- Schieber
- 20
- Drosselspalt
- 21
- Stirnfläche
- 22
- Steuereinrichtung
- 23
- Dichtung
- 24
- Aussparung
- 25a
- Temperaturfühler
- 25b
- Temperaturfühler
- 26
- Wandung
- 27
- Kanal
- 28
- Außenwand
- 29
- Wegsensor
- 30
- Spritzgießeinheit
- 31
- Extruder
- 32
- Kolbenzylindereinheit
- 33
- Spritzgießwerkzeug
- 34
- Formhohlraum
- 35
- Kolben
- 36
- Temperierkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004047347 A1 [0004]
