DE2249033A1 - Vorrichtung zum schmelzen und verteilen von thermoplastischem material - Google Patents

Vorrichtung zum schmelzen und verteilen von thermoplastischem material

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Description

Dipl.-Ing. Heinz Bardehle
Pa!e-ntanwe!t Z Z HO U Oo
Münchsn 22, iierrnstr. 15, Tel. 29 25 55
Postanschrift München 26, Postfach 4
München, den 6. Oktober 1972
Mein Zeichen: p 1497 Anmelder:
USM CORPORATION
Flemington, New Jersey / USA Zustelladresse: Balch Street - Beverly,Mass.Ol915
Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermoplastischem Material <, bestehend' aus einem Hauptkörper mit einer Schmelzkämmer, einem Einlaßkanal, der zu einem Ende der Schmelzkammer führt, einem Auslaßkanal, der mit dem anderen Ende der Schmelzkammer verbunden ist, eine Einrichtung zur Erhitzung der Schmelzkammer und einerVorschubeinrichtung, um das thermoplastische Material durch den Einlaßkanal in die Schmelzkammer zu transportieren, so daß das Material fortschreitend erhitzt, geschmolzen und durch den Auslaßkanal extrudiert wird»
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Eine derartige Vorrichtung soll insbesonder zum Aufbringen thermoplastischer Klebstoffe verwendet werden.
Durch die Erfindung wird eine tragbare, von Hand betätigbare Extrudierpistole für stangenförmige thermoplastische Klebstoffe geschaffen, die für den privaten und den industriellen Gebrauch geeignet ist. Durch Vergrößerung der Schmelzkammer und Anordnung einer automatischen Vorschubeinrichtung kann die Erfindung vor allem für den industriellen Gebrauch angepaßt werden. Eine derartige Vorrichtung kann z.B. zum Auftragen von Klebstoffen bei der Herstellung von Schuhen oder Packungsbehältern verwendet werden.
Thermoplastische Klebstoffe haben viele Vorteile, da sie frei von Lösungsmitteln sind und schnell härten. In der erhitzten und geschmolzenen Form treten jedoch einige Schwierigkeiten in der Handhabung auf. Aus vielen Gründen einschließlich der Zweckmäßigkeit der Klebstoffzuführung und der verminderten Zeit, während der der Klebstoff auf erhöhten Temperaturen gehalten wird, sind Vorrichtungen zum Schmelzen und Auftragen mit freiem Durchgang (wie sie z.B. in der US-PS 2 874 084 gezeigt sind) weit verbreitet. Anwendungsfälle derartiger Vorrichtungen auf Handklebstoffextruder sind in den US-PS 3 298 572 und 3 337 093 gezeigt. Bei diesen Vorrichtungen wird ein stangen- bzw. strangförmlger thermoplastischer Klebstoff einer Schmelzkammer zugeführt. Der geschmolzene Klebstoff in der Kammer wird dann auf eine Aufnahmefläche eines Werkstücks aufgebracht. Die Kraft, um den geschmolzenen Klebstoff durch die Vorrichtung zu bewegen und dann auf die gewünschte Fläche aufzubringen, kann von der kolbenartigen Bewegung des in die Schmelzkammer eingeführten stangenförmigen Materials hervorgerufen werden. Die Zuführung des Materials kann durch Drehung von Vorschubrädern oder einem anderen Vorschubmechanismus hervorgerufen werden, die den
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stangen- bzw. strangförmigen Klebstoff in das Einlaßende der Schmelzkamraer drücken.
Obwohl es gelungen ist, geeignete Handklebstoffverteilungsvorrichtuhgen zu schaffen, haben diese dennoch erhebliche Nachteile. Einer der Nachteile ist die begrenzte Schmelzkapazität der Schmelzkörper und -kammern bei üblichen Pistolen. Wegen der Beschränkungen hinsichtlich der Schmelzkapazität der bekannten Vorrichtungen, haben derartige Handextruder nur begrenzte private und eigentlich;keine industrielle Anwendung gefunden. Wegen der begrenzten Kapazität der vorhandenen Schmelzkammern ist es außerdem wirtschaftlich nicht möglich, irgendeine Mechanisierung der Vorschubeinrichtung zum Vorschub des stangen- bzw. strangförmigen thermoplastischen Klebstoffs in und durch die Schmelzkammern vorzusehen.
Ein weiteres Problem aufgrund der vorhandenen Schmelzkammern mit niedriger Kapazität liegt darin, daß der geschmolzene Klebstoff dazu neigt, längs des Einlaßkanals oder des Einlaßrohrs nach hinten zurückgedrückt zu werden, wenn die Bedienungsperson versucht, die Schmelzkammer zu übersteuern.
Zur Beseitigung dieser Nachteile zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, daß die Schmelzkammer wenigstens zwei Abschnitte aufweist, von denen der eine beginnend am Einlaßende der Schmelzkammer einen inneren Querschnitt mit rundem Umfang und der andere Abschnitt einen sich fortschreitend zum Auslaßende der Schmelzkammer hin ändernden Querschnitt mit gewelltem Umfang hat.
Bei dieser Vorrichtung wird der SchmelzVorgang beim Vorschub des thermoplastischen Materials wesentlich erhöht, ohne daß es notwendig ist, die Schmelzkörper-
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temperatur über die üblichen Werte zu erhöhen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer bevorzugten Ausfuhrungsform als Spritzpistole ausgebildet sein.
Der zweite Abschnitt der Schmelzkammer, der der Schmelzbeschleunigung dient, hat vorzugsweise einen W-förmigen Querschnitt. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen eine von Hand betätigte, mechanisierte Vorschubeinrichtung oder eine motorgetriebene Vorschubeinrichtung für das thermoplastische, zu schmelzende Material auf, das vorzugsweise stangenförmig ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 9 beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Seitenansicht der Handextrudiervorrichtung gemäß der Erfindung,
Figur 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung der Figur im Schnitt,
Figuren 3, 4 und 5
jeweils einen Schnitt längs der Linien III-III, IV-IV und V-V in Figur 2,
Figuren 6, 7 und 8
jeweils einen Teilschnitt des Vorschubmechanismus der Figur 2 in aufeinanderfolgenden Zwischenstellungen, und
Figur 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Figur
In Figur 1 ist mit 2 eine Vorrichtung zum Extrudieren thermoplastischer Materialien wie Klebstoffen oder Füllstoffen bezeichnet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung von Hand bedienbar und hat einen Iland-
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griff 4, der von einem Hauptgehäuse 6 ausgeht, das einen Schmelzkörper 8 (teilweise sichtbar) enthält. An dem Auslaßende IO ist eine Extrudierdüse 12 angeordnet. Gegenüber dem Auslaßende 10 befindet sich das Einfüllende 14. Das Gehäuse 6 enthält einen Einlaßkanal 16 und Teile des Vorschubmechanismus 18 (ebenfalls nur teilweise sichtbar). Die von Hand zu haltende gezeigte Vorrichtung eignet sich zur Verwendung eines thermoplastischen Materials R in Stangenform.
Es wird nun anhand der Figur 2 die Extrudiervorrichtung im einzelnen erläutert. Der Schmelzkörper 8 ist zentral in dem Gehäuse 6 angeordnet und besteht aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium. In dem Schmelzkörper 8 befindet sich eine langgestreckte Schmelzkammer 20 mit einem Einlaßende 22 und einem Auslaßende 24. Bei der dargestellten Ausführungsform der Extrudiervorrichtung hat die Kammer 20 am Einlaßende 22 einen Anfangsschmelzabschnitt 23 mit einem kreisförmigen Querschnitt, der das stangenförmige thermoplastische Material R dicht aufnimmt. Bei der bevorzugten Ausführungsform setzt sich der Abschnitt 20 mit kreisförmigem Querschnitt der Kammer 20 in Richtung des Auslaßendes bis zu einem Bereich 26 auf der Seite des Auslaßendes in der Längsmitte der Kammer 20 fort. Beginnend, in dem Bereich 26 und sich fortsetzend bis zu dem Auslaßende 24 ändert sich der Querschnitt der Kammer 20 fortschreitend von dem kreisförmigen Umfang zu einem gewellten Umfang, wie im Querschnitt Figur 9 zeigt und nachfolgend beschrieben ist. Dieser Bereich wird als Schmelzbeschleunigungsabschnitt 25 bezeichnet.
Der Schmelzkörper 8 weist außerdem eine Bohrung 28 auf, um eine Heizeinrichtung 30, z.B. eine bekannte elektrische Heizeinrichtung dicht aufzunehmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind elektrische Leitungen 32,
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der Heizeinrichtung 30 über einen Thermostaten 34, der geeignet ist, die Schmelzkörpertemperatur auf den. gewünschten Pegel zu halten, mit eimer nicht gezeigten elektrischen Energiequelle verbunden.
An dem Auslaßende 10 des Schmelzkörpers 8 öffnet sich die Schmelzkammer in einen Behälter 36. Eine Düse 20 ist auf das sich verjüngende Auslaßende dee Schmelz-' körpers 8 nahe dem Behälter 36 aufgeschraubt. Die Düse 12 hat eine zentrale Bohrung 38, die Sich in Längsrichtung von einer in den Behälter 36 mündenden öffnung zu der Auslaßspitze 40 erstreckt. Bei der' bevorzugten AuS,-führungsform weist die Düse 12 ein KugelVerschlußventil 42 auf, das gegen den Auslaßstrom des thermoplatischen Materials durch eine federnde Einrichtung wie ein· Feder 44 vorgespannt ist.
An dem Einlaßende 22 der Schmelzkammer 20 ist ein Einlaßkanal 16 angeordnet, das das zu dem Schmelzkörper 8 vorrückende thermoplastische Material R frei verschieb* bar aufnimmt. Das hülsenförmige Teil 46 ist vorzugsweise aus einem, wärmebeständigen, im wesentlichen nicht wärmeleitenden gummi art igen elastischen. Material herff·* stellt, das ausreichend·elastisch istf um ünrpgtlmlßlgkeiten in dem stangenförmigen Material a^faunthmfn, Silikon- und Fiuore las tome re haben piqh, 'für da,s hülsenförmige Teil 46 als zweckmäßig erwiesen. Das Teil 46 ist in einer Erweiterung des Schmelzkörpers 8 derart aufgenommen, daß es an Bohrungswänden 48 und einer Schulter 50 anliegt. Das Teil 46 hat an dem Außenumfang einen ringförmigen Flansch, um an dem Ende 54 des Schmelzkörpers 8 anzugreifen.
Die Einlaßhülse 46 weist bei der bevorzugten Ausführungsform auch eine Lippe 55 an dem Innenumfang des Einlaßteils der Hülse 46 auf. pie Lippe 55 kann verschiedene
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geeignete Querschnittsformen, wie einen kreisförmigen oder einen polygonalen Querschnitt haben, solange sie einen Teil der Seiten der Stange R während des Durchlaufs erfaßt. Vorzugsweise umgibt die Lippe 55 die Stange R an dem Einlaßende der Hülse 46 nicht völlig, so daß eine Auslaßöffnung für eingeschlossene Gase geschaffen wird und diese die Schmelzkammer 20 und/oder die Hülse 46 verlassen können. Wenn eine Klebstoffstange R von dem Vorschubmechanismus 60 (der später beschrieben wird) vorgerückt wird, erfaßt die Lippe 55 die Stange R und verhindert, daß sie aus der Schmelzkammer 20 und der Einlaßhülse 46 durch den Rückzug des Vorschubmechanismus 60 zurückgezogen wird.
Bei der von Hand zu haltenden Ausführungsform der Extrudiervorrichtung in Figuren 2 und 9, die für den Hausgebrauch oder die Verwendung in der Leichtindustrie geeignet ist, ist ein von Hand gesteuerter Vorschubmechanismus 60 eingebaut. Der Handvorschubmechanismus 60 weist einen Vorschubschlitten 62 auf, der in Längsrichtung mit der Stange R in Nuten 64 in dem Handgriff 4 verschiebbar ist. Der Vorschubschlitten 62 kann einen Querschnitt in Form eines umgekehrten U haben und sein Durchmesser sollte derart sein, daß die Stange R dicht aufgenommen wird. An dem Vorschubschlitten 62 ist eine Klemme 66 durch eine Schwenkbefestigung 68 angeordnet. Die Klemme 66 hat einen Klemmarm 70, der sich längs der Stange R erstreckt sowie einen Kurbelarm 72, der unter der Schwenkbefestigung 68 angeordnet ist. Unter dem Vorschubschlitten 62 und der Klemme 66 befindet sich ein Hebel 74, der bei 76 an dem Handgriff 4 zwischen den Enden 78 und 80 schwenkbar befestigt ist. Das Hebelarmende 7 8 greift verschiebbar an dem Klemmarm 70 an. Das Hebelarmende 80 ist vorzugsweise schwenkbar an einer Auslöseeinrichtung 82 befestigt. Die Auslöseeinrichtung 82 kann Olsen und unten verschi ebbar in Bahnen ,84 dos Handgriffs 4 angeordnet sein, l^ine Feder 86, die. rivc
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Vorspannung entgegen dem Vorschub erzeugt, kann zwischen dem Federschlitten 62 und dem Handgriff 4 angeordnet sein, um den Vorschubschlitten 62 nach einem Vorschubhub automatisch zurückzuholen.
Anhand der Figuren 3, 4 und 5 wird nun die Schmelzkammer im einzelnen erläutert. Die dargestellte Ausftihrungsform eignet sich zum Schmelzen und Extrudieren eines thermoplastischen Klebstoff in Stangenform mit einem Nenndurchmesser von 12,7 mm. Ein derartiger Klebstoff wird bei einer Temperatur von etwa 205 C optimal aufgebracht. Das Material soll daher in der Durchgangsschmelzkammer 20 auf diese Temperatur erhitzt werden. Je schneller das Material auf die Extrudiertemperatur erhitzt wird, desto größer ist die Abgabekapazität der Vorrichtung.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ergibt eine schnellere, gleichmäßigere Erhitzung des Materials R als bei den bekannten Vorrichtungen. Die abgegebene Menge ist zwei- bis viermal so groß wie die der bekannten Handextrudiervorrichtungen. Diese merkliche Erhöhung der Schmelzkapazität wird durch die neue Schmelzkammer erreicht, die einen Schmelzbeschleunigungsabschnitt 25 aufweist. Wie zuvor festgestellt wurde, ist die dargestellte Ausführungsform insbesondere zum Schmelzen von Klebstoff in Stangenform mit einem Durchmesser von 12,7 mm geeignet; sie ist jedoch allgemein auf thermoplastische Materialien anwendbar.
Beim Sehr(Izen von thermoplaste sehen Materialien wurde festgestellt, daß es für eine maximale Wärmezufuhr zu dem relativ qering wärmeleitenden Material von Vorteil ist, das Material in einei Schmc·] ζ kammer auszubreiten, um eine maxima]r Grenzschicht zuirclicn dem Material und (In orhitr-trr 1 .immer zu erhalten. Auch wurde festgestellt , «J. ι/, '.'<·■■. ι, !'iici in] di ι -u t iij 1 Ό!·<·ΐ'](Mini gt. vird, daß
'j (MiH 1 !: - P 9 1 i .,
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öie Durchlaufzeit des Jlaterialg merklich vermindert wird, die gewünschte; Zunahme der Wärmeühertra.gung nieht er^ reicht wird. Beim Ausbreiten in eier Sehmelzkainmer muß daher die gesamte Querschnittsfläche innerhalb annehm™ barer Grenzen gehalten werden» Ebenso kann das thermo," plastische Material für die Endschmelzbeschleun.igun.g nur schwer verteilt werden* wenn es nicht in dent An.-* fangsschmelzabschnitt 23 in einen formbaren Ausgangs·^ zustand gebracht wird. Mit einer mehrere Abschnitte auf*- weisenden Schmelzkammer mit sich anderendem Querschnitt, wie sie erläutert wurde, kann eine maximale Verteilung und Kapazität erreicht werden.
Bei der dargestellten Ausfuhrungsform kann das Material mit einer Dicke von etwa 1,5 mm ohne wesentliche Erhöhung des Strömungswider Standes aufgetragen werden. Durch V-* bzw. W^-förmige Ausbildung der Extrusionsöffnungt wie Figur 5 zeigt, kann eine größere Grenzschicht bzw* ein größerer ümfang ebenso wie eine Auslaßöffnung mit einer relativ großen Querschnittsfläche erreicht werden,
Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausgießöffnung mit maximaler Grenzschicht 27 zwischen dem Klebstoff,, der Schmelzkammer und der Extrudieröffnung* Figur 4 zeigt den Umfang der Sehmelzkammer 20 in dem mittleren Bereich des : " Schmelzbeschleunigungsabschnitts 25. Figur 3 zeigt den Umfang der Schmelzkammer 2O vor dem Bereich der Schmelzbeschleunigung in dem Anfangsschmelzabschnitt 23* In dem Anfangsschmelzabschnitt 23 von dem Einlaßende 2-2 bis zu dem Bereich 26 ist der Umfang 29 kreisförmig und vorzugsweise sind die Wände 21 der Kammer 2Q in Längsrichtung leicht geneigt {\m etwa 1°), Eine so-l?Jhe Neigung bewirkt, daß der Klebstoff die Wände 2-1 der Kammer 2O fortschreitend reinigt, wenn die Stange R vorrückt, wodtirch die Wärmeübertragung weiter erhöht ' ' wird» Dies ermöglicht es, die Materialtemgieratur zu -i · :
- IO -
erhöhen und das Material in dem Anfangsschmelzabschnitt 23 ausreichend, tu erweichen, so daß es In dem Schmelzbeschleunigungsabechnitt 25 während der Seit ausgebreitet wird, in der die Stange den Bereich 26 durchläuft.
Die Figuren 6 bis 9 erläutern den Betrieb des Vorschubmechanismus 60, um das thermoplastische Material in den Einlaßkanal 16 vorzurücken. Beim Betrieb des Vorschubmechanismus 60 kann« wi« Figur 6 zeigt, ein Auslöser 62 von Hand in Richtung des Pfeils A bewegt werden, wodurch •int Drehung des Hebelarms 74 im Gegenuhrzeigersinn erfolgt. Beim Beginn der Drehung des Hebelarms 74 am Ende 78 wird die Klemme €6 im Uhrzeigersinn gedreht, to daß der Klemmarm 70 an dem Material R fest angreift und te in den Vorschubschlitten 62 drückt. Die weiter· Drehung des Hebelarms 74 aufgrund der weiteren Bewegung des Auslösers 82 in der angegebenen Richtung bewirkt, daß der Vorschubschlitten 62 längs der Nut 64 in Richtung des Pfeils B (Figur 7) gleitet. Aufgrund dieser Bewegung in der angegebenen Richtung wird das stangenförmige Material R durch 41· Hüls« 46 in die Schmelzkäser 20 transportiert« . .
wie Figur 8 zeigt« dreht die an dem Hebelarm 78 angreifende Feder 86 dem Hebelarm im Uhrzeigersinn, wenn der Auslöser 62 freigegeben wird, Die anfangliche Bewegung in dem Mechanismus 60 ist eine Drehung der Klemme 66 im Gegenuhrzeigersinn, so daß der Arm 70 die Stange R freifibt« DIt w#itnr# Bewegung der Feder ·6 veranlaßt eine seitlich« Bewegung des vorschubachUttena 62 und der Klemmt- 66 längs der Nut 64 in die in Figur 2 gezeigte Ruhestellung. ;
04« beschriebene Intruder vor richtung dl© sich vor allem für eine von. Hand *u haltende Vorrichtung »ur Verteilung von Klebstoff en eignet* kanu, auch »ur ver-
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teilung anderer thermoplastischer Materialien verwendet werden. Auch ist es möglich, den Vorschubmechanismus durch ein motorgetriebenes Rad und ein mit diesem zusammenwirkendes leerlaufendes Vorschubrad zu ersetzen, so daß, wenn es die Stange R gegen das motorgetriebene Rad drückt, die Stange R in die Schmelzkammer 20 transportiert wird.
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Claims (3)

22Λ9033 Patentansprüche
1.Vorrichtung zum Schmelzen und Verteilen von thermo- v—-^ plastischem Material, bestehend aus einem Hauptkörper mit einer Schmelzkammer, einem Einlaßkanal, der zu einem Ende der Schmelzkammer führt, einem Auelaßkanal, der mit dem anderen Ende der Schmelzkammer verbunden ist, einer Einrichtung zur Erhitzung der Schmelzkammer und eine Vorschubeinrichtung, um das thermoplastische Material durch den Einlaßkanal in die Schmelzkammer zu transportieren, so daß das Material fortschreitend erhitzt, geschmolzen und durch den Auslaßkanal extrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (20) wenigstens zwei Abschnitte (23, 25) aufweist, von denen der eine (23) beginnend am Einlaßende (22) der Schmelzkammer (20) einen inneren Querschnitt mit rundem Umfang und der andere Abschnitt (25) einen sich fortschreitend zum Auslaßende (24) der Schmelzkammer (20) hin ändernden Querschnitt mit gewelltem Umfang hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schmelzkammerabschnitt (23) , der einen inneren Querschnitt mit rundem Umfang hat, sich von dem Einlaßende(22) in Richtung des Auslaßendes (24) bis zu einem Bereich (26) an der Auslaßseite in der Mitte der Schmelzkammer (20) erstreckt, von wo aus der zweite Abschnitt beginnt und der innere Querschnitt allmählich von dem runden Umfang zu dem gewellten Umfang übergeht und seine maximale Welligkeit an dem Auslaßende (24) erreicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt mit gewelltem Umfang des zweiten Schmelzkammerabschnitts (25) am Auslaßende (24) W-förmig ist.
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-4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Einlaßende der Schmelzkammer einen kreisförmigen Querschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Schmelzkammer (20) zu dem Auslaßende (24) fortschreitend abnimmt, und daß der Querschnitt der Kammer (20) in dem Bereich des gewellten Umfangs innerhalb der Hüllkurve des Querschnitts mit kreisförmigem Umfang der Kammer (20) projiziert in Richtung des Auslaßendes (24) liegt (Figur 5),
5, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (16) eine Dichtung (55) aufweist und aus einer Hülse (46) besteht, deren Innenseite einen Gleitsitz für das thermoplastische Material (R) bildet und aus einem wärmebeständigen, nicht-wärmeleitenden elastischen Gummimaterial besteht, das eine ausreichende Flexibilität hat, um beim Erfassen des thermoplastischen Materials (R) Unregelmäßigkeiten aufzunehmen,
6, Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5 mit einer Vorschubeinrichtung, um das thermoplastische Material in den Einlaßkanal zu transportieren, sowie mit einer von Hand zu betätigenden Einrichtung für den Vorschub des thermoplastischen, stangenförmigen Materials durch den Einlaßkanal und in die Schmelzkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung eine Klemme (66, 70) für das thermoplastische Material (R), und Mittel (62, 64, 66, 68, 74, 76) für den Vorschub der Klemme (66, 70) von einer äußeren Stellung zu dem Einlaßkanal (16) nach Aktivierung der Klemme (66, 70) vorzurücken,und eine Einrichtung (80, 82, 84, 86), um die Klemme (66, 70) freizugeben und die Mittel zum Vorrücken (62, 64, 66, 68, 74, 76) in die Ausgangsstellung zurückzubringen.
7, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtung des thermoplastischen
stangenförmigen Materials einen Motor aufweist» - 309815/0918
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