DE2010151A1

DE2010151A1 - Spritzgußverfahren und Maschine dafür

Info

Publication number: DE2010151A1
Application number: DE19702010151
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-03-05
Filing date: 1970-03-04
Publication date: 1970-09-17
Also published as: NL7003032A; ES377540A1; CH517583A; DE7007897U; CA918363A; FR2037529A5; US3685937A

Description

PATENTANWALT

D θ MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE la TELEGRAMME: MAYPATENT MÜNCHEN

TELEFON C081O 093682 ;

70979 Manchen, den 4. Marx 1970

Dr.M./mj

E-13-P-1/835

Thomas Paul Engel in 6056 Heusenstamm/Offenbach a.M. Spritzgußverfahren und Maschine dafür.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine für den Spritzguß oder das Formen vonMaterialien durch typischer-weise Spritzen oder Blasformen.

Die Herstellung von Spritzgußmaschinen und ähnlichen Vorrichtungen wird bereits mit erheblichem Aufvand und Bemühungen betrieben» und solche Maschinen arbeiten gegenwärtig so» daß einePörderschnecke vorgesehen ist, velche zerkleinertes Material einer geiz· kammer zuführt, von vo es durch einen Stoß eines Kolbens in eine Form gedrückt vird. Das erhitzte Material, typischer-«reise ein thermoplastisches Material, vie z.B. Polyäthylen oder Polyvinyl-» Chlorid, befindet sich in seinem geschmolzenen Zustand, ist zäh« flüssig und übt auf die Wände der Kompressionskammer «inen erheb« liehen Zug aus, während es aus der Kompressionskammer in die Form

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gedrückt vird. Dieser Strömungswiderstand führt zu einer Verringerung der vom loiben aufgebrachten wirksamen Kraft, sodaß die Kraft, welche auf das die Enden der Form füllende Material wirkt» erheblich geringer ist als die durch den Kolben aufgebrachte Kraft.

Die Erfindung soll diesen Nachteil beheben«

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren sum Formen von Material vorgeschlagen« vobei das Material in eine Kompressionskammer eingeführt, in dieser auf eine Form- oder Spritstemperatur erhitzt und aus der Kammer in eine Form oder durch ein Mundstück gespritzt wird, das sich dadurch auszeichnet, daß wenigstens während des Spritzens des Materials auf das in der Kompressionskammer befindliche Material eine Mehrzahl dynamischer Stöße ausgeübt wird.

Das Material kann durch Spritzen in eine Form geformt werden, und das Spritzen kann durchgeführt werden, indem die Form relativ zu dem in der Kompressionskammer befindlichen Körper des Materials bewegt wird, wobei die mehreren dynamischen Stöße das Füllen der Form fördern·

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Hauptmenge des Materials in der Kompressionskammer in Ruhe bleibt und sich nicht relativ zu den Wänden der Kammer selbst

bewegt. Auf diese Weise wird der Zähflüssigkeitszug oder Strömungswiderstand

/ des sich relativ zu den feststehenden Wänden der Kompressionskammer bewegenden Materials erheblich verringert, wodurch die auf das in und in der Nähe der Form befindliche Material aufgebrachte Druckkraft und die Formungskräfte innerhalb der Form selbst sehr viel größer sind.

Außerdem wird durch die Vielzahl von Impulsen, die auf das ge-

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schmolzene Material während des Formungsvorgangs ausgeübt werden, das Füllen der äußeren Teile der Form durch das geschmolzene Material begünstigt.

Durch die Erfindung wird ferner eine Spritzgußmaschine geschaffen, die eine Kompressionskammer, Einrichtungen zur Zuführung des zu formenden Materials in die Kompressionskammer, Vorrichtungen zum Spritzen des in der Kompressionskammer befindlichen Materials in eine Form oder durch ein Mundstück besitzt und gekennzeichnet ist durch eine Vorrichtung, welche auf das in der Kompressionskammer befindliche Material während des Spritzens eine Vielzahl dynamischer Stöße ausübt.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine ist zur Durchführung von Spritzgußverfahren bestimmt, und ihre Einrichtung zum Spritzen des zu formenden Materials in eine Form zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung zurVeränderung des Volumens der Kompressionskammer zwischen vorbestimmten Grenzen und zur Bewegung der Form relativ zur in der Kompressionskammer befindlichen Materialmasse im Sinne einer Verringerung des Volumens der Kompressionskammer, wobei die dynamischen Stöße das Füllen der Form während des Spritzens begünstigen.

Die Kompressionskammer kann eine zweiteilige Kompressionskammer sein, deren einer Teil innerhalb des anderen teleskopartig verschiebbar ist. Stattdessen kann eine Mehrzahl von Teilen vorgesehen sein. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens oder Stempels quer oder senkrecht zur Sichtung der Bewegung der Form während des Auf bringens von Druck auf das in 4er Kompressionskamner befindliche Material.

Pas erfindungsgeuäfle Verfahren und die erfindungsgemäße Maschine

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werden erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen Ausführungsform, die in den beigefügten Zeich nungen dargestellt ist. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der Maschine teilweise im -Schnitt;

Pig, 2 eine andere Ansicht flor Maschine der Fig. 1, wobei sich die Form in der Füllstellung befindet und

F:ig. 3 eine¹, v/eitere Ansicht der Maschine der Fig. 1, wobei sich die Form in der öffnung:; stellung befindet und der geformte GegcASfcand daraus herausgenommen oder ausgeworfen wird.

Die Haschine besitzt: einen iUocl: 11, der in einem Teil als Aufgabe trichter 12 für die Einführung dos au formenden Materials in die Maschine ausgobildßt: ist, wobei die V/ünde des Aufgäbet richte? s nach unten konvergieren und "in ο in on Zylinder 13 münden» der mit einer waagerechten Vorkammer 14 in Verbindung steht, tti« Vorkammer 14 milnrfol au ihrem hinteren Ende? in eine I empressions» hTimiiiGr 16, die von einem inneren '.!V'.1< .^3'.opc".lci:innt 17, das am IKIocl: 11 bofeßt if/1: :^:<l_ä und einci.¹ iK.Y.o;j3ichon Uußer(?n Το2οί!ΐ:ορ-elowGnt 1Π bügro)i;vl wird. Dan !.■<■ -v< π!'.;·,:hc T(.."leiU.Gi'Olcinoni. 10 i<-i von Iteiäi !ic^nent'cn }[; m:\fj(2l:cn, v^:< :.^!«j1jo ',;vu\ Erhitzen uvs Halcriai.· In der r.ojii]¹;·. oi;ii;!o?JiJlu';r.i.i'.ⁱr 16 dienen, Vov HauptteÜl dor Ko Itnmmor 16 νύνά von e.iiKjm tcrpcdo^hnliclien Clement 20 (iingenominon, das auch ο in HGii'.olunünt. ΡΛ rr,t:liiill, veli-'lieii fcum Ki'v/ärinun Materials in der J'(»]n]'>*GSii:ioii;.iI>am;uor 16 beiträgt.

Vην bev/cglichc Τ<?Π(. «jIiopeleiiKMit- 10 steht an seinem hinteren Ende mit einer Form 2.\ iu VcrbinduHf/, dio aur; üvoi Formh<Uften 22 a bzw. 22 b besteht, weiche i^vi ο j »or Quer -kopfanorndung 23 a und ;\3 b r/(!li3lton r.inä, V:\r- h:iiit(:-.T»<: 31 einen t "3 h der Quer kopf anordnung :i';t jiiit '·»'.-*' )HM...'i^f.:i'<!»nn: ;jl;.'ui-.t<" 'ΛΑ o.iuva (nicht gcBoigtrn) hy<1»\u'-

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iischen Stempels verbunden, der auf die zweite Formhälfte 22 b den Formdruck ausübt» wodurch sie an die Formhälfte 22 a angedrückt und mit dieser als geschlossene Formanordnung 22 zusammen mit dembeveglichen äußeren Teleskopelement 18 nach vorn gegen den Block 11 der Maschine gedrückt wird, wodurch das Volumen der Kpmpressionskammer 16 verringert wird.

Die Vorrichtung zur Einführung des Materials in die Vorkammer besteht aus einem Stempel 30» der mit einer hin- und hergehenden Bewegung in den Zylinder 13 hinein und aus diesem heraus bewegt wird. - λ

Das obere Ende des Stempels 30 ist als verdickter Abschnitt 31 ausgebildet, der in einer Bohrung 32 einer Verbindungsstange 33 gleitet, die den hin- und hergehenden Teil einer allgemein mit 34 bezeichneten Exzenterpresse bildet. An der Verbindungsstelle des verdickten Abschnitts 31 mit dem Stempel 30 ist ein Ringflansch 35 vorgesehen, der das Ausmaß des Eindringens des verdickten Abschnitts 31 in die Verbindungsstange 33 begrenzt. Der verdickte Abschnitt 31 ist mit einer Ringnut 36 versehen, die mit einem Querzylinder 37 zusammenwirkt, wenn der verdickte Abschnitt | 31 soweit wie möglich in die Bohrung 32 hinein geschoben ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Im Zylinder 37 gleitet ein Riegel 38, der zwischen einer Verriegelungsstellung, in welcher ein Ende des Riegels 38 in die Nut 36 eingreift und den Stempel 30 mit der Verbindungsstange 33 verschiebungsfest kuppelt, und einer Entriegelungsstellung» in welcher die Verbindungsstange 33 bezüglich des Stempels 30 hin- und herbeweglich ist, verschiebbar ist.

Der Riegel 38 trägt an seinem hinteren Ende einen Kolben 40» der in einem Druckluftzylinder 41 verschiebbar ist, welcher mit Luft-

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Zuleitungen 42 bzv. 43 versehen ist«

Das äußere Teleskopelement 18 ist mit einem Paar nach oben vorstehender Anschläge 43 und 46 versehen, die jeder mit Mikroschaltern 47 bzv. 48 zusammenwirken. Eine Feder 49 ist zwischen einen vom inneren Teleskopelement 17 getragenen einstellbaren Anschlag 50 und einem am vorderen Ende des beweglichen äußeren Teleskopelements 18 vorgesehenen Plansch 51 angeordnet.

Der Arbeitszyklus der oben beschriebenen Maschine ist wie folgt: Das zu formende Material wird in den Aufgabetrichter 12 im Block gegeben und die Vorkammer 14 und Kompressionskammer 16 werden zu Anfang mit dem Material gefüllt. Wenn der Riegel 38 nicht in die Nut 36 eingreift, steht der Stempel 30 im Zylinder 13 im wesentlichen still und die Verbindungsstange 33 bewegt sich relativ zum Stempel 30 hin- und her und schlägt bei oder kurs vor dem unteren Totpunkt jeder Hin- und Herbewegung auf den Plansch 35 des Stempels 30_t wodurch auf das in den Kammern 14 und 16 enthaltene Material ein Stoß ausgeübt wird.

Bei Beginn des Formens werden die Formhälften 22 a und 22 b durch die Kraft zusammengedrückt, die vom hydraulischen Stempel über die Stempelstange 24 ausgeübt wird, und die fortsetzt ausgeübte Kraft drückt die Formanordnung 22 zusammen mit dem äußeren Teleskopelement 18 in der Maschine nach vorne, sodaß sich das äußere Teleskopelement über die Außenfläche des inneren Teleskopeleatnts 17 schiebt und dadurch in der Kompressionskammer 16 der Formungsdruck erzeugt wird. Das zu formende Material wird in die For« 22 gedrückt, während gleichzeitig dem in den Kammern 14 und 16 befindlichen Material ein Impuls erteilt wird, der das Füllen der Form begünstigt. Das forgesetzte Andrücken der Pormanordnung 22

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bewirkt eine forgesetzte Vorwärtsbewegung der Form, wobei die Feder 49 dazu dient, den Widerstand gegen die Bewegung des äußeren Teleskopelements 18 allmählich zu steigern, um ein öffnen der Form infolge des erhöhten Fluiddruck^ der von dem darin enthaltenen geformten Material ausgeübt wird, zu verhindern.

Die kontinuierliche Vorortsbewegüiij des Teleskopelements 18 setzt sich fort, bis der Ansclilag 45 den'Mikroschaltw 47 auslöst. Dadurch wird.... ein (nicht'gezeigtes). Luftventil ,geöffnet*, sodaß -Druckluft durch.die Leitung 43_zur Rückseite des Kolbens 40 gelangt, und den Kolben 40 und den Riegel 38 nach vorn in Eingriff in die Ringnut 36 im Stempel 30 drückt, wodurch der Stempel 30 über die,Verbindungsstange 33 bewegungsfest mit der Exzenterpresse 34 gekuppelt . ist* Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 30 bewirkt die Einführung von im Aufgabetrichter 12 befindlichemMaterial in die'.Vorkammer. 1-4· Gleichzeitig, wird der auf die .Stange-24 aus— geübte.Formungsdruck soweit .verringert, daß nur noch der Schließ™ druck der Form allein aufrechterhalten wird, und die forgesetzte Hin·» Md Herbev/cguifig desStempels 30 treibt weiteres Material in diei Vorkammer "4 und von dort in die Kompressionskamifter Y6_r wodurch die· Eompr'es-sionskammer 16 vergrößert-und das äußere TeIeskopolement 18 in'der Maschine nach hinten bewegt wird, bis ein Anschlag 46 den- Mikroirchalter 48 auslöst» Bei Auslösung des Mikroscliaiters 48 wird ein (nicht gezeigtes) zweites Luftventil geöffnet, welches Druckluft über die Leitung 42 auf der anderen Seite desKoibens 40 zuführt und dadurch den Kolben 40 und den ,

30 Riegel 38 außer Eingriff mit derNut 36 unddem Stempel/bringt·- wodurch die Verbindungsstang© 33 bezüglich, des Stempels =30 frei·,,, Ιη.ή>»ί\Ώά hergehen kann, ■ nachdem,,eine .yorbest-immte Mengen das form-:

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Während dieser Zeit ist das Material in der Form 22 erstarrt und/oder gehärtet. Bei Rückkehr des äußeren Teleskopelements 18 in seine Ausgangs- oder Grundstellung wird die Stempelstange 24 von der Maschine aus nach hinten zurückgezogen, um die Formhälften 22 a und 22 b zu trennen, vie in Fig. 3 gezeigt, und das geformte Material nach unten in einen geeigneten Aufnahmebehälter abzugeben. Anschließend drückt der durch die Sterapelstange 24 virkende Formschließstempel die zweite Formhälfte 22 b in Schließberührung mit der Formhälfte 22 a, und der oben beschriebene Formungszyklus wird viederholt.

Wie ersichtlich kann die in die Form 22 einzuführende Materialmenge durch Einstellung der Verschiebungsstrecke des Teleskopelements 18 geregelt werden. Zu diesem Zweck sind der Mikroschalter 47 und Anschlag 50 beide hinsichtlich ihrer Stellung einstellbar, wodurch die Verschiebungsstrecke des Teleskopelements 18 und damit das Volumen des in die Form eingepressten Materials genau geregelt werden können.

Zwischen der Vorkammer 14 und der Kompressionskammer 16 kann ein Ventil eingebaut sein, um einen Rückfluß von Polymer aus der Iompressionskammer in die Vorkammer und von dort zum Stempel 30 während des Spritzvorgangs zu verhindern.

Wie ersichtlich ist die erfindungsgemäße Maschine auch zum Blasformen geeignet und kann mit irgendeinem hochmolekularen thermoplastischen Polymer,typischerweise Polyäthylen, Polystyrol und Riyvinylchlorid benutzt werden.

Der Strömungswiderstand des im inneren Teleskopabschnitt bewegten Materials ist vollständig beseitigt; der einzige Strömungswiderstand ergibt sich aus der Vorwärtsbewegung des äußeren Teleskop-

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abschnitte bezüglich des zu formenden Materials» das im wesentlichen stationär bleibt« außer in dem zur Form fahrenden Teil der Maschine und selbstverständlich der Bewegung des Materials bezüglich der Form und in diese selbst.

Die folgenden Beispiele wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Maschine ausgeführt.

Beispiel 1

Körne? von Polyäthylen, das unter dar Handelsbezeichnung "Hostalen Gl^" verfügbar ist und ein Molekulargewicht von etwa 1 Millionen besitzt» wurden in den Aufgabetrichter 12 gegeben. Das Polymer wurde in. den Aufgabetriehter in Form heißer Teilchen geringer Größer eingegeben· Das Material wurde zu Anfang zusammengepreßt und in der Vorkammer 14 auf eine Temperatur von 150 ⁰C erhitzt. Das Material gelangte zur Kompressionskammer 16 und wurde dort auf eine Temperatur von 250⁰C erhitzt. Die Temperatur der Form blieb bei durchschnittlich 40 ⁰C, die Form diente zur Herstellung eines Zahnrads von 130 mm Durchmesser und einem Gewicht von etwa 200 g. Der ßpritzzyklus betrug 3 Minuten, und beim Entformen erhielt man ein Zahnrad mit ausgezeichneter Form und frei von Einschlüssen und Verformungen.

Beispiel 2 .

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Verwendung eines Polyäthylens« das unter der Handelsbezeichnung "Lupolen 5261 Z" verfügbar ist· Diese Polyäthylensorte hat ein Molekulargewicht von etwa 300,000· Das Polymer wurde in einem unregelmäßigen Strom von Klumpen und Stangen in den Aufgabetriehter 12 eingeführt. Die Temperatur betrug in der Vorkammer 150 ⁰C und in der Kompressionskammer 225 ⁰C. Die Formtemperatur betrug 4 ⁰C und die Zykluszeit etwa 2Minuten. Das

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gleiche Zahnrad wurde wiederum mit perfekter Form, ohne Einschlüsse oder Verformungen erzeugt.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt unter Vervendung eines Polypropylens , das unter der Handelsbezeichnung "Novolen BASF 1300* verfügbar ist. Das Polymer wurde in den Aufgabetrichter 12 in Form eines Kaltofenstroras von f©inverteilten Teilchen eingeführt. Die Temperatur der Vorkammer betrug 150⁰C, die der Kompressionskammer 25O⁰C und die Formtemperatur 40 ⁰C.

In diesem Fall wurde das Zahnrad des Beispiels 1 mit einer Zykluszeit von 2 Minuten hergestellt und zeigte eine ausgezeichnete Form ohne Blasen, Einschluüsse oder Verformungen.

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Claims

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Patentansprüche

1«J Verfahren zum Formen von thermoplastischem Material durch Ein-» führen des Materials in. eine Kompressionskammer» Er hit sen des Materials in der Kompressionslcaramer auf eine Formungs- oder Spritztemperatur und Spritsen des Materials aus der Kompressionskaramer in eine Form oder durch ein Mundstück, dadurch gekennzeichnet» daß wenigstens während des Spritsens des Materials auf das in der Kompreßsionskammer befindliche Material eine Mehrzahl von dynamischen Stößen .ausgeübt wird. |

2, Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material durch Spritzguß in ein©'.Form geformt wird* dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzen durch Bewegung, der Fora relativ su der in der Kompressionskammer befindlichen- Materialmasse bewirkt: wird und die mehreren dynamischen Stöße das Füllen der Form durch das Material begünstigen.

3. Verfahren nach Anspruch-1 oder 2» dadurch gekennzeiclinet, daß das Material zunächst in eine Vorkammer und anschließend in die Kompressionsfcanffiier eingeführt und ±a einer Mehrzahl von Kompressionsstufen unter. Druck gesetzt wird, um das Material zu erhitzen und zu komprimieren_t und das erhitzte und komprimierte Material aus der Vorkammer in die Kompressionskammer gedrückt wird.

4» Formmaschine mit einer Konipressionskamraer, Vorrichtungen zum Einführen des zu formenden Materials in die Kompressionskammer und Vorrichtungen zum Spritzen des in der Kompressionskammer befindlichen Materials in eine Form oder durch ein Mundstück, gekennzeichnet, durch eine Vorrichtung, welche auf das in der Komprassionskamraer befindliche Material während des Spritzens eine

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Mehrzahl dynamischer Stöße ausübt.

5. Spritzgußmaschine nach Anspruch 4 mit Einrichtungen zum Einspritzen des zu formenden Materials in eine Form, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Veränderung des Volumens der Kompression«- kammer zvischen vorbestimmten Grenzen und Vorrichtungen zur Verschiebung der Form relativ zu der injder Kompressionskammer befindlichen Masse des Materials zur Verringerung des Volumens dF-r Kompressionskammer₀ wobei die dynamischen Stöße das Füllen ά^.τ Form während des Spritzens begünstigen.

6. Spritsgußmaschine nach Anspruch 5₉ dadui h gekennzeichnet, daß die Kompressionskammer eine Mehrzahl von Teleskopteilen besitzt, die mit Bezug auf einander verschiebbar sind, sodaß das Volumen der Kompressionskammer verkleinert werden kann.

7. Spritzgußmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionskammer zwei relativ zu einander ineinander verschiebbare Teleskopelemente aufweist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vorkammer» die mit der Kompressionskammer in Verbindung steht,

) eine Vorrichtung zur Einführung des zu formenden Materials in di-·? Vorkammerρ einen Stempel der in einem mit der Vorkammer in Verbindung stehenden Zylinder hin- und herbeweglich ist_s um das Mater. <r in die Vorkammer und die Kompressionskammer einzuführen, eine Antriebsvorrichtung für den Stempel, welche diesem seine hin- und hergehende Bewegung erteilt, eine Kupplungsvorrichtung wodurch die Antriebsvorrichtung vom Stempel getrennt verden kann, um die Zuführung von Material in die Vorkammer zu unterbrechen und den Druck in der Vorkammer und der Kompressionskammer aufrechtzuerhalten und wenigstens während des Spritzens des in der Kompressionskammer en&

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haltene Material in die Form eine Mehrzahl dynamischer Stöße aufaas in der Kompressionskammer enthaltene Material auszuüben·

9·) Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionskammer von einem inneren und einem äußeren Teleskopelement begrenzt wird, von denen das äußere Teleskopelement mit einer Form in Verbindung steht und wenigstens teilweise über der äußeren Oberfläche des inneren Teleskopelements und darauf verschiebbar angeordnet ist, das hintere Ende des äußeren Teleskopelements als Angußöffnung der Form ausgebildet ist und das äußere Teleskopelement mit einem Teil der mehrteiligen Form verbunden , <| und damit verschiebbar ist, sowie ferner gekennzeichnet durch ein angetriebenes druckausübendes Element, welches die Vorrichtung zur Bewegung der Form und zum Zusammendrücken derselben sowie zum Druckausüben auf die Form und das äußere Teleskopelement in der v/eise, daß die Teleskopanordnung zusammengedrückt und dadurch das Volumen der Kompressionskammer verringert und darin enthaltenes Material in die Form gedrückt und ein Spritzgußvorgang bewirkt wird, bildet.

■ . ■ ^: ' A

10.) Maschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element der Teleskopanordnung bezüglich des anderen Teleskopelements drehbar ist, wodurch das in der Kompressionskammer befindliche Material durchmischt werden kann.

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