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Die
Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine, welche eine Einspritzeinheit,
eine Schließeinheit und
eine Vorplastifizierungseinheit aufweist.
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Sowohl
die Einspritzeinheit als auch die Schließeinheit weisen elektrische
Antriebe auf, wobei der elektrische Antrieb der Einspritzeinheit
zum Einspritzen von Schmelzmaterial dient und der elektrische Antrieb
der Schließeinheit
zur Schließung
eines Werkzeugs dient, wobei in das Werkzeug Schmelzmaterial einspritzbar
ist. Nach dem Einspritzen, dem darauf folgenden Abkühlen und Öffnen des
Werkzeugs ist ein Spritzgießteil
entstanden. In einer Spritzgießmaschine
werden Spritzgießteile
nacheinander gespritzt. Dabei gibt eine Zykluszeit an, wie viel Zeit
benötigt
wird, um ein Spritzgießteil
herzustellen. Die Zykluszeit hängt
beispielsweise von der Verwendung bestimmter elektrischer Antriebe
ab. Um hohe Momente oder Geschwindigkeiten zu erreichen werden Getriebe
eingesetzt. Abhängig
vom Werkzeug können
innerhalb eines Zyklus auch mehrere Spritzgießteile hergestellt werden.
In diesem Fall weist das Werkzeug eine Form auf, welche das gleichzeitige Spritzen
mehrerer Spritzgießteile
ermöglicht.
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Zur
Herstellung von optischen Datenträgern wie z.B. CD's oder DVD's sind Spritzgießmaschinen bekannt,
welche mit hydraulischen und/oder rotatorischen elektrischen Antrieben
ausgestattet sind. Dabei weist eine Einspritzseite eine oder mehrere Schubschneckensysteme
auf. Mit Hilfe der bekannten Antriebstechnik können Zykluszeiten zwischen
2 und 3 Sekunden erreicht werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, auf einfache Weise die Zykluszeit
zu verkürzen.
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Die
Lösung
der Aufgabe gelingt bei einer Spritzgießmaschine, welche die Merkmale
nach Anspruch 1 aufweist. Weitere Lösungen der Aufgabe ergeben
sich gemäß den Weiterbildungen
der Spritzgießmaschine
nach den abhängigen
Ansprüche
2 bis 5.
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Bei
einer Spritzgießmaschine,
welche insbesondere zum Spritzprägen
vorgesehen ist, wobei die Spritzgießmaschine zumindest folgende
Einheiten aufweist: Eine Einspritzeinheit, eine Schließeinheit und
eine Vorplastifizierungseinheit, werden Linearmotoren zum Antrieb
beweglicher Teile verwendet. Ein Linearmotor ist zum Antrieb der
Schließeinheit vorgesehen.
Ein weiterer Linearmotor ist zum Antrieb der Einspritzeinheit vorgesehen.
Durch die Verwendung von Linearmotoren sowohl bei der Schließeinheit
wie auch bei der Einspritzeinheit, ist es möglich, die Zykluszeit zu verringern,
da Linearmotoren als Direktantriebe einsetzbar sind und diese eine
hohe Beschleunigung, wie auch hohe Kräfte aufbringen können.
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Mittels
einer Vorplastifizierungseinheit ist eine Vorplastifizierung zum
Beispiel mittels eines Extruders möglich. Der Extruder fördert plastifiziertes Granulat
in einem Schmelzespeicher, welcher ein variables Volumen von plastifiziertem
Granulat aufnehmen kann. Vom Schmelzespeicher ist das plastifizierte
Granulat, also die Schmelze, an eine Einspritzeinheit führbar. Der
Schmelzespeicher ist mit der Einspritzeinheit beispielsweise über ein
Ventil verbunden. Die Einspritzeinheit ist beispielsweise eine Kolbeneinspritzeinheit,
welche einen Kolben aufweist, der mittels des Linearmotors für die Einspritzeinheit linear
bewegbar ist.
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Im
Gegensatz zu konventionellen Spritzgießmaschinen kommt ist eine Vorplastifizierung
mittels eines Extruders einsetzbar, welcher die Schmelze, z.B. plastifiziertes
Granulat, in einen Schmelzspeicher mit variablem Volumen fördert. Der
Schmelzespeicher kann danach die Schmelze an eine Kolbeneinspritzeinheit übergeben.
Die Kolbeneinspritzeinheit ist ohne eine Schnecke ausführbar.
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Bei
einer Spritzgießmaschine,
welche eine Kolbeneinspritzeinheit aufweist, ist vorteilhafterweise der
Kolben der Einspritzeinheit mittels eines Linearmotors bewegbar.
Der Linearmotor ermöglicht
eine schnelle, exakte Bewegung des Kolbens bei Aufbringung hoher
Einspritzkräfte.
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Durch
den Einsatz von Linearmotoren, gewinnt die Spritzgießmaschine
an Dynamik, da die eingesetzten Linearmotoren hochdynamische elektrische
Maschinen sind. Hierdurch lassen sich Nebenzeiten wie z.B. eine
Beschleunigungszeit reduzieren. Mit Linearmotoren sind zudem sehr
exakte Bewegungen möglich,
was insbesondere der notwendigen hohen Genauigkeit bei der Herstellung
optischer Datenträger
entgegen kommt.
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Der
Einsatz von Linearmotoren sowohl bei der Schließeinheit als auch bei der Einspritzeinheit
in Verbindung mit einer Vorplastifizierung ermöglicht also kleine Zykluszeiten,
da stetig vorplastifiziertes Material als Schmelze vorliegt. Das
vorplastifizierte Material dient der Ausbildung eines Spritzgutes.
Sowohl das Schließen
eines Werkzeuges, wie auch der Einspritzvorgang können jeweils
mit einem Linearmotor schnell und präzise erfolgen. Zur Vorplastifizierung
wird insbesondere eine Vorplastifizierungseinheit verwendet, welche
zum Beispiel einen Schmelzespeicher und eine Aufschmelzeinrichtung
aufweist. Die Aufschmelzeinrichtung weist zumindest eine Heizeinrichtung
und ein Mittel zur Beförderung
des Schmelzematerials auf.
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Die
Verwendung einer kontinuierlichen Vorplastifizierung, z.B. mittels
einer Schneckenvorplastifizierung, hat den Vorteil, dass die zum
Spritzen notwendige Schmelze parallel zum Einspritzen plastifiziert,
d.h. aufgeschmolzen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass
man durch die Schneckenvorplastifizierung eine thermisch und mechanisch äußerst homogen
aufbereitete Schmelze erhält.
Eine erfindungsgemäß ausgestaltete
Spritzgießmaschine
bietet somit die Möglichkeit
mit verkürzten
Zykluszeiten und hoher Präzision
insbesondere optische Datenträger
herzustellen.
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Ist
die Spritzgießmaschine
eine Spritzgießmaschine
zum Spritzprägen,
so ergeben sich durch die Verwendung von Linearmotoren für die Schließeinheit
und für
die Einspritzeinheit besondere Vorteile. Beim Spritzprägen erfolgt
das Schließen
des Werkzeuges durch die Schließeinheit
und das Einspritzen der Schmelze teilweise gleichzeitig. Diese Gleichzeitigkeit
ist bei herkömmlichen
Spritzgießmaschinen,
welche zum Spritzprägen
nicht vorgesehen sind, nicht vorhanden. Durch die Gleichzeitigkeit
bzw. das Überlappen
des Schließvorganges
mit dem Einspritzvorgang ergeben sich erhöhte Anforderungen bezüglich einer
präzisen
Bewegung der Schließeinheit
bzw. der Einspritzeinheit. Diese hohen Anforderungen bezüglich einer
exakten Bewegung, welche im hohen Maße aufeinander abgestimmt sein
müssen,
lassen sich besonders einfach und vorteilhafter Weise durch den
Einsatz von Linearmotoren als lineare Antriebseinheiten erzielen,
da Linearmotoren hohe Beschleunigungen und Kräfte bei einer gleichzeitigen
exakten Lagepositionierung aufbringen können. Vorteilhafter weise werden
folglich sowohl für das
Schließen,
das Prägen
und das Einspritzen Linearmotoren verwendet.
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Das
Spritzprägen
wird insbesondere dann angewandt, wenn beispielsweise niedrige Einspritzdrücke der
Schmelze in ein Werkzeug gefordert sind. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn das Spritzgut derart herzustellen ist, das dieses
wenig innere Spannungen aufweist. Dies ist beispielsweise bei der
Herstellung von Gütern
notwendig, welche eine großflächige Ausdehnung
aufweisen, wie beispielsweise Scheiben für, zum Beispiel Fenster oder auch
optische Datenträger,
wie CD's, CD ROM's, DVD's, usw. Gerade bei
optischen Datenträgern
ist es nachteilig, wenn das Material eine hohe Spannung aufweist,
da die Funktionalität
eines derartigen optischen Datenträgers beeinträchtigt werden
kann. Die Erfindung betrifft also auch insbesondere eine Spritzgießmaschine,
welche zur Herstellung von optischen Datenträgern herangezogen wird.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Spritzgießmaschine weist diese wie oben
beschrieben, eine Vorplastifizierungs einheit auf, wobei die Vorplastifizerungseinheit
einen Schmelzespeicher aufweist. Der Schmelzespeicher beeinflusst
die Qualität
der Spritzgießmaschine
dahingehend, dass leicht zu gewährleisten
ist, dass stets eine Schmelze für
den Spritzguss zur Verfügung
steht, welche auf einfache Art in einem gleich bleibend homogenen
Zustand bereitgestellt ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einspritzeinheit
eine Kolbeneinspritzeinheit. Die Kolbeneinspritzeinheit ist besonders
vorteilhaft mit der Vorplastifizierungseinheit verwendbar, da die Einspritzeinheit
nunmehr nur noch eine Linearbewegung auszuführen hat und der sonst übliche Einsatz einer
Schnecke nicht notwendig ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Spritzgießmaschine
weist sowohl die Einspritzeinheit eine Heizeinrichtung auf, wie
auch die Vorplastifizierungseinheit eine Heizeinrichtung aufweist. Durch
diese zumindest zwei Heizeinrichtungen ist wiederum gewährleistet,
dass in einfacher Weise gleich bleibende Bedingungen für den Spritzvorgang hergestellt
werden können.
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Eine
Spritzgießmaschine
der erfindungsgemäßen Art
ist weiterhin dahingehend ausgestaltbar, dass die Spritzgießmaschine
eine Regelungseinrichtung aufweist, die zur Regelung des Linearmotors
für die
Schließeinheit
und zur Regelung des Linearmotors für die Einspritzeinheit vorgesehen
ist.
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Ist
die lineare Antriebseinheit, welche insbesondere als ein Linearmotor
ausgeführt
ist, sowohl bei der Schließeinheit
wie auch bei der Einspritzeinheit mittels nur genau einer Regelungseinrichtung
regelbar, so reduzieren sich Totzeiten, welche sich durch die Verwendung
eines Busses zwischen zwei Regelungseinheiten ausbilden, wobei jede
Regelungseinheit jeweils die Regelung der linearen Antriebseinheit
der Schließeinheit
und für
die lineare Antriebseinrichtung der Einspritzeinheit vorgesehen ist.
Die Regelungseinrichtung ist z.B. derart ausgebildet, dass diese
die Lageregelung, die Ge schwindigkeitsregelung und die Kräfteregelung
für beide
linearen Antriebseinheiten aufweist. Mittels der Regelung der Kräfte ergibt
sich insbesondere auch die Regelung von Momenten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Regelungseinrichtung
auch die Stromregelung für
beide linearen Antriebseinheiten auf. Also die lineare Antriebseinheit
der Schließeinheit
und die lineare Antriebseinheit für die Einspritzeinheit. Die
Regelungseinrichtung ist hierfür
mit jeweils einer Stromrichtereinheit für den Antrieb der Schließeinheit
und für
den Antrieb der Einspritzeinheit verbunden. Die jeweilige Stromrichtereinheit
weist Leistungshalbleiter Bauelemente und eine entsprechende Stromrichterschaltung
auf. Durch die Verwendung einer Regelungseinrichtung für zumindest
zwei lineare Antriebseinheiten ergeben sich kurze Signallaufzeiten
und eine Verbesserung der Spritzgüte und eine Reduzierung der
Zykluszeit.
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Beispiele
für eine
erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Spritzgießmaschine
sind in der Zeichnung angegeben. Dabei zeigt.
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1 eine
Spritzgießmaschine,
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2 eine
Schließeinheit,
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3 eine
lineare Antriebseinheit,
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4 eine
Einspritzeinheit,
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5 einen
ersten Zyklus eines Spritzgießvorgangs
und
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6 einen
zweiten Zyklus eines Spritzvorganges.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
eine Spritzgießmaschine 1.
Die Spritzgießmaschine 1 weist
ein Grundgestell 15 auf. Auf dem Grundgestell 15 befindet
sich eine Einspritzeinheit 3 und eine Schließeinheit 5.
Sowohl die Einspritzeinheit 3 wie auch die Schließeinheit 5 weisen
lineare Antriebseinheiten 9 und 11 auf. Die linearen
Antriebseinheiten 9, 11 weisen zumindest einen
Linearmotor auf, welcher in der Darstellung gemäß 1 jedoch
nicht dargestellt ist. In der 1 ist ferner
eine Vorplastifizierungseinheit 7 dargestellt.
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Die
Kombination des Einsatzes von Linearmotoren zum Antrieb:
- a) einer Einspritzeinheit 3, welche
insbesondere als Kolbeneinspritzeinheit ausgeführt ist und
- b) einer Schießeinheit 5
ist
zusammen mit dem Einsatz einer Vorplastifizierung und eines Schmelzspeichers 41 zur
Versorgung der Einspritzeinheit besonders vorteilhaft für die Herstellung
von optischen Datenträgern
mittels eines Spritzprägevorganges,
wobei die optischen Datenträger
zumindest teilweise aus einem Kunststoff bestehen.
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Die
Darstellung gemäß 2 zeigt
eine Schließeinheit 5.
Die Schließeinheit 5 weist
eine lineare Antriebseinheit 11 auf. Die lineare Antriebseinheit 11 weist
beispielsweise zwei nicht dargestellte Linearmotoren auf, die zum
Vorschub von Vorschubstangen 53 vorgesehen sind. Die Vorschubstangen
sind zur linearen Bewegung einer bewegten Werkzeugplatte 19 vorgesehen.
Die bewegte Werkzeugplatte 19 bildet zusammen mit einer
feststehenden Werkzeugplatte 17 das Werkzeug der Spritzgießmaschine 1.
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Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
eine lineare Antriebseinheit 54 für Einspritzeinrichtung. Die
lineare Antriebseinheit 54 weist vier Linearmotoren 55, 56, 57 und 58 auf.
Die Linearmotoren 55, 56, 57 und 58 weisen
jeweils ein Primärteil
und ein Sekundärteil
auf, wobei das Sekundärteil
des Linearmotors 55 mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet
ist und das Sekundärteil
des Linearmotors 56 mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet
ist. Das Sekundärteil
des Linearmotors 58 ist in der 3 nur mit
der Hälfte
eines Primärteils 25 des
Linearmotors 58 gezeigt. Das Sekundärteil des Linearmotors 57 ist
nicht dargestellt. Jeder Linearmotor 55, 56, 57 und 58 weist
ein Primärteil 25 auf.
Mittels der Linearmotoren 55, 56, 57 und 58 ist
ein Einspritzkolben 31 in eine lineare Bewegungs richtung 33 bewegbar.
Die lineare Antriebseinheit 54 ist auch mit mehr als vier
oder auch mit weniger als vier Linearmotoren ausrüstbar, wobei dies
in 3 nicht dargestellt ist. Gemäß 3 sind die
Primärteile 25 auf
einem Schlitten 35 angebracht. Der Schlitten 35,
an dem der Einspritzkolben 31 befestigt ist, läuft auf
Linearführungen 29.
Die Linearführungen 29 sind
mit einer Grundplatte 37 verbunden. Die Primärteile 25 können sich
in den Bewegungsrichtungen 33 bewegen.
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Die
Darstellung gemäß 4 zeigt
eine Einspritzeinheit 3, welche einen Einspritzkolben 31 aufweist.
Der Einspritzkolben 31 ist mittels einer linearen Antriebseinheit 9 linear
in einem Kolbenzylinder 66 bewegbar. Nach 4 ist
die Einspritzung von der Plastifizierung getrennt. Für die Plastifizierung
ist mittels eines Trichters 60 beispielsweise Kunststoffgranulat 62 einer
Schnecke 51 zuführbar.
Mittels der Schnecke 51 ist das Kunststoffgranulat 62 zu
einer Schneckenspitze 63 hin förderbar. Während der Förderung des Granulats ist dieses
mittels einer Heizeinrichtung 45 schmelzbar. Eine Aufschmelzeinrichtung 49 weist
im Beispiel gemäß 4 zumindest
eine Heizeinrichtung 45 und eine Schnecke 51 auf.
Das schmelzende Kunststoffgranulat gelangt mittels einer Drehbewegung
der Schnecke 51 in einen Schmelzespeicher 41.
Durch die Beförderung
des schmelzenden und/oder geschmolzenen Kunststoffgranulats ergibt
sich auch eine Homogenisierung. Die Schnecke 51 ist kontinuierlich
betreibbar, da die Schmelze im Schmelzspeicher 41 zwischenspeicherbar
ist und vom Schmelzespeicher 41 in den Kolbenzylinder überführt werden
kann. Dies gelingt, weil der Schmelzespeicher 41 über einen
Speicherkolben 39 vergrößerbar bzw.
verkleinerbar ist. Wird der Schmelzspeicher 41 verkleinert,
so wird über
eine Speicheröffnung 64 die
Schmelze in den Kolbenzylinder 66 gedrückt. Mittels des Einspritzkolbens 31 ist
dann die Schmelze auf einer Kolbenzylinderöffnung drückbar. Im Bereich des Kolbenzylinders 66 ist
eine Heizeinrichtung 43 positioniert, mit welcher die Schmelze weiterhin
aufheizbar ist. Die Schnecke 51 fördert vorteilhafter Weise kontinuierlich
die erzeugte Kunststoffschmelze in den Schmelzespeicher 41 bis
der Einspritzkolben 31 die Vorgänge Einspritzen und Nachdrücken beendet
hat. Für
einen neuen Einspritzvorgang wird mittels des Speicherkolbens 39 wieder
Schmelze in den Kolbenzylinder 66 gedrückt.
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Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
einen Zyklus einer Einspritzmaschine, insbesondere für einen Spritzprägevorgang.
Der Zyklusstart 70 erfolgt mit dem Beginn der ersten Zyklusphase 71.
Die erste Zyklusphase 71 betrifft das Schließen eines
Werkzeuges. An die erste Zyklusphase 71 schließt sich
eine zweite Zyklusphase 72 an. Die zweite Zyklusphase 72 betrifft
ein Vorfahren der Einspritzeinheit. Diese zweite Phase betrifft
also das Vorfahren eines Aggregats, wobei das Aggregat zum Einspritzen
der Schmelze – insbesondere
einer Kunststoffschmelze – vorgesehen
ist. Mit dem Vorfahren der Einspritzeinrichtung wird erreicht, dass
die Kolbenzylinderöffnung
am Werkzeug anliegt. Die zweite Zyklusphase 72 wird gefolgt
von der dritten Zyklusphase 73, wobei in der dritten Zyklusphase 73 das
Einspritzen erfolgt. Daran anschließend folgt die vierte Zyklusphase 74, welche
eine Nachdruckzeit darstellt. In der darauf folgenden fünften Zyklusphase 75 wird
das Aggregat, also die Einspritzeinheit, vom Werkzeug zurückgefahren.
Nach dem Rückfahren
des Aggregats schließt
sich eine reine Kühlzeit
an. Die reine Kühlzeit entspricht
der sechsten Zyklusphase 76. Die gesamte Kühlzeit erstreckt
sich jedoch über
mehrere Zyklusphasen. Dies sind die dritte, vierte, fünfte und sechste
Zyklusphase 73, 74, 75 und 76.
Während
der reinen Kühlzeitphase 76 erfolgt
jedoch neben einer Plastifizierung 88 kein weiterer Vorgang
bezüglich primärer Vorgänge des
Einspritzens. Die Plastifizierungsphase 88 kann sich deswegen über den
gesamten Zyklus erstrecken, weil ein Schmelzspeicher als Puffer
vorgesehen ist. Der sechsten Zyklusphase 76 schließt sich
die siebte Zyklusphase 77 an. In dieser Zyklusphase 77 wird
das Werkzeug geöffnet
und das Spritzgießteil
aus dem Werkzeug, also aus einer Form, genommen. Die Entnahme erfolgt
beispielsweise mittels von Stößel, welche
das Teil aus der Form, d.h. dem geöffneten Werkzeug, drücken, wobei
auch ein Entnahmearm einsetzbar ist. Während der gesamten Zyklusphasen
1 bis 7 erfolgt eine Plastifizierung der Vorplastifizierungseinheit.
Die Plastifizierungsphase ist also eine achte Zyklusphase 88, welche
in einer vorteilhaften Ausgestaltung kontinuierlich über den
ganzen Zyklus verläuft.
Die Zykluszeit 79 ist die Zeit zwischen zwei Einspritzvorgängen.
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Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
einen weiteren vorteilhaften Zyklus für einen Spritzprägevorgang,
der sich jedoch von dem Zyklus gemäß 5 etwas
unterscheidet. Ein Spritzprägevorgang ist
beispielsweise derart ausgestaltbar, dass während des Schließens des
Werkzeuges das Aggregat, das heißt die Einspritzeinheit, bereits
zum Werkzeug vorfährt
und während
der Endphase des Schließens des
Werkzeugs bereits das Einspritzen erfolgt. Dieser Vorgang ist graphisch
in der 6 dargestellt. Hierbei unterscheiden sich die
Zyklusphasen eins, zwei und 3, 71, 72 und 73 bezüglich ihres
zeitlichen Verlaufs vom Ablauf der Phasen gemäß 5. Die zweite
Phase findet zumindest in einem zeitlichen Teilabschnitt parallel
zur ersten Phase statt. Nach Abschluss der zweiten Phase geht die
erste Phase (Zyklusphase) zeitlich überlappend in die dritte Phase über. In
der Zykluszeit 81 kann bereits die Einspritzphase 73 beginnen.
Damit wird eine Gesamtzykluszeitverkürzung erreicht.