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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein System zur Spritzformung von hochqualitativen
Formgegenständen
mit verschiedenen Formen, und insbesondere auf ein System zum Formen
von Formgegenständen,
die eine im wesentlichen homogene Molekularorientierung haben, derart,
daß sie
keine unidirektionelle Molekularorientierung oder Schweißlinien aufweisen,
und insbesondere auf solche Formgegenstände, die ein genau angeordnetes
zentrales Loch haben. Speziell hat das System die Form einer Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse, welche
verschiedene Aufgaben hinsichtlich des geschmolzenes Harzes vollführt, um
eine homogene Molekularorientierung des geschmolzenen Harzes zu
erzielen.
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Es
ist nach dem Stand der Technik bekannt, daß während der Spritzformung von
Gegenständen, wie
PET-Vorformlingen, eine unidirektionelle Molekularorientierung und
Schweißlinien
unter Verwendung der bisherigen Heißkanal-Verschlußventilausbildungen
schwierig zu vermeiden sind. Der Nachteil dieser Ausbildungen stellt
einen Hauptgrund für
Bemängelungen
dar, weil Schweißlinien
und unidirektionelle Orientierung potentielle Ursachen für die Schwäche von
blasgeformten PET-Flaschen ist, die nachher mit kohlenstoffhältigen Getränken unter
Druck gefüllt werden,
wodurch die Gefahr eines Behälterbruches erhöht wird.
Außerdem
können
Schweißlinien
die Festigkeit reduzieren und haben auch einen nachteiligen Effekt
auf die Dimensionsgenauigkeit der spritzgeformten Präzisionsteile,
wie Getrieberädern,
die ein zentrales Loch haben, insbesondere jene, die für Hochlastanwendungen
bestimmt sind. Auch für
Gegenstände,
die für
optische Anwendungen bestimmt sind, wie Compactdiscs (CDs) und digitale
Videodiscs (DVDs), rufen Schweißlinien
und eine unidirektionelle Molekularorientierung Doppelbrechung hervor,
was ein unannehmbarer Defekt ist, weil die von den Pits in den Oberflächen dieser
Scheiben getragenen Informationen durch Darüberführen eines Laserstrahles durch
das Kunststoffsubstrat hindurch wiedergewonnen werden müssen, aus
dem sie geformt sind, von einer den Pits gegenüberliegenden Seite. Die Spritzformung
von CDs und DVDs stellt eine noch größere Herausforderung dar, weil
diese beiden Formgegenstände
ein präzise
angeordnetes zentrales Loch haben müssen. Idealerweise sollten CDs
und DVDs unter Anwendung eines Spritzvorganges ohne Angußzapfen
geformt werden, was die Einsparung von Kunstharz ermöglicht,
die Zykluszeit reduziert und die Ausbildung der Form sowie der Spritzformungsmaschine
vereinfacht. Die bisherigen Entwicklungen des Standes der Technik
lehren jedoch kein solches System, und insbesondere lehren sie keine
Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse und -form
bzw. kein Verfahren, das befähigt
wäre, solche
CDs und DVDs mit annehmbaren Doppelbrechungseigenschaften und innerhalb
enger geometrischer Toleranzen herzustellen.
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Die
bisherigen Entwicklungen der Formungstechnik erörtern verschiedene Verfahren
zur Erzeugung von Kunststoffgegenständen, die keine Schweißlinien
oder eine unidirektionelle Molekularorientierung haben. Diese Verfahren
liefern jedoch keine zufriedenstellenden Ergebnisse hinsichtlich
der Verwendung von Heißkanal-Verschluß-Verteilern und
-Einspritzdüsen.
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Einige
relevantere Entwicklungen des Standes der Technik werden nachfolgend
erörtert.
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Mit
dem Ziel, den Kontakt zwischen dem bewegbaren Schaft und dem geschmolzenen
Harz zu reduzieren, um das Auftreten von Schweißlinien zu verhindern, welche
durch das Aufteilen des geschmolzenen Harzes um einen Ventilschaft
herum verursacht werden, offenbart das US Patent 4,412,807 an York
einen Ventilschaft, der parallel zur Fließrichtung des geschmolzenen
Harzes angeordnet ist. Der Ventilschaft hat eine sehr beschränkte Berührung mit
dem Harz, die sehr nahe der Düsenspitze
auftritt. Während
Schweißlinien
bei Anwendung dieser Konstruktion reduziert werden, wird eine nennenswerte
Kernverlagerung hervorgerufen, weil der Harzstrom bezüglich des
Hohlraumverschlusses nicht symmetrisch ist und die Tendenz hat,
vorzugsweise eine Seite des Hohlraumes schneller zu füllen als
die andere.
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In ähnlicher
Weise offenbart das US Patent 4,925,384 an Manner ein Heißkanal-Verschlußventil, das
ebenfalls einen Ventilschaft aufweist, der parallel zum Strom des
geschmolzenen Harzes angeordnet ist. Dieser Schaft steht jedoch
nur teilweise mit dem geschmolzenen Harz entlang des inneren Schmelzenkanals
der Heißkanal-Einspritzdüse in Berührung. Die
Schmelze umgibt den Schaft nicht vollständig, wodurch sich eine leichte
Verbesserung gegenüber
dem Auftreten von Schweißlinien
ergibt. Da jedoch der Schmelzenkanal bezüglich des Hohlraumverschlusses
wieder seitlich verlagert ist, treten immer noch einige Schweißlinien
und eine Kernverlagerung auf. Zusätzlich stellt die Führung des
Schaftes nur durch den oberen Teil desselben einen anderen Nachteil
dieses Systems dar.
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Das
US Patent 5,104,307 an Brink offenbart ferner einen Verschlußventilschaft,
der einen Winkel bezüglich
des Stromes des geschmolzenen Harzes einschließt und auf einen kugelförmigen Schließstift einwirkt.
Bei Anwendung dieser Konstruktion besteht kein Kontakt zwischen
dem Schaft und dem Harz. Diese Ausbildung erhöht jedoch die Größe des Heißkanal-Verschlußventiles,
ist bezüglich
eines Leckens um den kugelförmigen
Stift herum sehr schwierig abzudichten und kann in vielen Anwendungsfällen nicht angewendet
werden, wie in jenen Fällen,
wo die Formgegenstände
mit einem präzise
angeordneten zentralen Loch geformt werden müssen.
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Eine
andere Bestrebung zur Verbesserung der Qualität von Kunststoffgegenständen und
zur Verhinderung von Schweißlinien
ist die Verwendung von verschlußkörperlosen
Heißkanal-Einspritzdüsen, wie
sie im US Patent 4,965,028 an Maus et al. offenbart sind. Eine lange
Liste von Bezugspatenten, die sich auf diese Entwicklung richtet,
ist in dem Patent ebenfalls diskutiert. Maus et al. offenbart und
beansprucht Schmelzkonditionierelemente mit Heiz-, Filter- und Mischmerkmalen,
die unmittelbar stromaufwärts
des Formverschlusses liegen. Diese Merkmale werden vorgeschlagen,
um die Qualität
der Schmelze und dementsprechend die Qualität des geformten Kunststoffgegenstandes
zu verbessern. Das Mischmerkmal, wie es in Maus et al. offenbart
ist, ist hinsichtlich dieser Offenbarung nicht vollständig neu, und
es wird diesbezüglich
auf die deutsche Patentanmeldung
DE 3201710 A1 von Gellert Bezug genommen.
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Gellert
lehrt einen allgemein verdrehten Streifen, der in der Düse angeordnet
ist und dazu verwendet wird, Turbulenz zu erzeugen und die unidirektionellen
Eigenschaften der Formgegenstände
zu reduzieren. Das Mischelement nach Gellert ist nicht sehr effektiv,
weil es den geschmolzenen Harzstrom nicht aggressiv genug aufteilt
und erneut mischt, um die Bildung von Schweißlinien zu verhindern, die durch
das Aufteilen und Verdrehen des einströmenden, dem Hohlraum zugeführten, geschmolzenen Harzes
in mehrere Ströme
verursacht werden. Das Schmelzkonditionierelement nach Maus et al.
ist jedoch als ein Mixer wirksamer, verursacht aber einen relativ
hohen und nicht erwünschten
Druckabfall, welcher die Zykluszeit der Spritzformungsmaschine erhöht. Sowohl
bei den Heißkanal-Verschlußventilen nach
Maus et al. als auch nach Gellert werden Ventilschäfte nicht
verwendet, und dementsprechend haben diese Vorrichtungen einen beschränkten Anwendungsbereich.
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Eine
weitere Annäherung
zur Vermedung einer unidirektionellen Molekularorientierung der Schmelze
ist in mehreren Patenten gezeigt, welche verschiedene Möglichkeiten
lehren, dem geschmolzenen Harz um den Schaft eines Heißkanal-Verschiußventiles
eine Wendelbewegung aufzuerlegen. Dementsprechend wird Bezug auf
das US Patent 4,303,382 nach Gellert genommen, welches drei wendelförmige Kanäle lehrt,
die in der Innenwand der Düse
angeordnet sind, welche den Ventilschaft umgibt. Diese Kanäle enden
unmittelbar vor der Spitze der Düse
und werden verwendet, um der Schmelze eine gekrümmte Bewegung aufzuerlegen,
wenn diese in den Formhohlraum eintritt. Während diese Ausbildung eine
unidirektionelle Molekularorientierung des geschmolzenen Harzes
vermeidet, verhindert sie nicht die Bildung von Schweißlinien,
weil die drei Ströme
des geschmolzenen Harzes nicht gemischt werden, bevor sie in den
Hohlraum eintreten.
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Andere
Formungsanwendungen erfordern das Hervorrufen einer kreisförmigen oder
wendelförmigen
Bewegung des geschmolzenen Harzes, wobei das geschmolzene Harz nur
ein sehr beschränktes Ausmaß an Berührung mit
dem Schaft des Ventiles haben darf. Derartige Anwendungsfälle umfassen das
gleichzeitige Einspritzen mehrerer geschmolzener Harze in einen
gemeinsamen Verschlußkörper. Es
wird beispielsweise auf das US Patent 4,512,730 an Kudert und das
US Patent 5,143,733 an Von Buren Bezug genommen. Kudert lehrt ein
komplexes Heißkanal-Einspritzdüsenkonzept,
bei welchem das ringförmige
Strömungsprofil
jedes geschmolzenen Harzstromes, welcher in der Heißkanal-Düse ankommt,
in ein kreisförmiges
oder wendelförmiges Profil
transformiert wird, das vom Verschlußventilschaft vollkommen getrennt
ist. Durch Induzieren konzentrischer Bewegungen jedes einzelnen
Harzes für
ihre gleichzeitige Einspritzung würde der in den Formhohlraum
eintretende kombinierte Strom jede Düse vollständig umgeben, und dementsprechend würden die
Lagen der Ströme
den gesamten Hohlraum füllen.
Von Buren lehrt eine andere Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse zum gleichzeitigen Einspritzen
dreier Harze durch einen einzigen Formverschlußkörper, wobei nur einer der Harzströme einem
gleichsam kreisförmigen
Fluß folgt.
Gemäß 3 hat
der Kanal (104) ein wendelförmiges Profil, das es ermöglicht,
daß ein
dünner
Harzstrom den Düsenkörper (83)
vollständig
umgibt, damit dieser den Verschlußkörper als vollständig symmetrischer geschmolzener
Harzstrom erreicht. Weder Kudert noch Von Buren lehren eine Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse, die
befähigt
ist, einen einzigen Strom von geschmolzenem Harz effektiv zu mischen und
zu homogenisieren, und die Bildung von Schweißlinien im fertig geformten
Produkt zu verhindern.
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Unter
Bezugnahme auf die US Patente 4,340,353 an Mayer,
US 5,324,190 an Frei und
US 5,460,763 an Asai, sind verschiedene
angußzapfenfreie
Einspritzverfahren zum Herstellen von Compactdiscs offenbart, die
ein genaues zentrales Loch haben. Es ist jedoch keine Vorsorge getroffen,
um das Auftreten von Schweißlinien
oder eine unidirektionelle Molekularorientierung der Schmelze zu
verhindern. Speziell lehrt Mayer eine Vielzahl von radial nach außen und
winkelmäßig beabstandeten
Armen (
76) und (
78), die einen Ventilschaft (
74)
entlang zweier Abschnitte führen.
Diese Arme stellen gemeinsam mit der Strömungseintrittsöffnung (
89)
Hindernisse für
das einströmende
geschmolzene Harz dar, das gegen den Formhohlraum strömt, wodurch mehrere
Schmelzlinien erzeugt werden, die bei Anwendung von polarisiertem
Licht sichtbar werden. Weniger sichtbare Schweißlinien sollten mit der Ausbildung
nach Frei und Asai erwartet werden, weil diese nicht diese Art von
Führungsarmen
haben, welche den Strom des Harzes stören. Keines dieser Patente lehrt
jedoch irgendwelche Mittel zum Rekombinieren der einzelnen Ströme des geschmolzenen
Harzes nach deren Aufteilung und vor ihrem Eintritt in die Hohlraumöffnung,
um eine brauchbare Lösung
zur Vermeidung des Auftretens von Schweißlinien zu bieten. Alle drei
Patente lehren verschiedene Verfahren und Mittel zur Bildung eines
zentralen Loches in zeiteffizienter und einfacher Weise, ohne das
in jedem vorhandene hohe Potential zu erörtern, durch Spritzformen Compactdiscs
zu erzeugen, die keine Schweißlinien
und eine unidirektionelle Molekularorientierung in dem erhärteten Harz
haben.
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Die
Schwierigkeit, die sich durch das Entfernen von Schweißlinien
ergibt, welche durch Unterbrechung oder Aufteilen des Stromes des
Kunststoffmaterials verursacht werden, wird im US Patent 4,942,010
hervorgehoben. In diesem Patent ist eine einfache, aber sehr beschränkte Mischlösung zur Reduzierung
der Schweißlinien
offenbart. Eine weitere Offenbarung, welche die Schwierigkeit der
Eliminierung von Schweißlinien
anzeigt, findet sich im US Patent 4,584,154, wobei erörtert wird,
daß Polycarbonat,
ein häufig
zur Formung von CDs verwendetes Material, sehr empfindlich auf die
Bildung von Schweißlinien
ist, die durch das erste Aufteilen und dann Wiedervereinigen der
getrennten Ströme
verursacht werden.
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Es
besteht somit ein Bedarf nach einer Vorrichtung zur Verwendung in
angußzapfenfreien Spritzformungsvorgängen zur
Formung von hochqualitativen Formteilen, und insbesondere hochqualitativen
Formteilen, die ein präzise
angeordnetes Loch haben, wobei der Formteil im wesentlichen frei von
erhärtetem
Harz mit unidirektioneller Molekularorientierung und auch frei von
Schweißlinien
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung
zum Spritzformen ohne Angußzapfen
von hochqualitativen Kunststoffgegenständen zu schaffen.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum
Spritzformen ohne Angußzapfen
von hochqualitativen Kunststoffgegenständen zu schaffen, wobei die
Gegenstände
verschiedene Formen haben, aus verschiedenen Harzen bestehen und
keine Schweißlinien
aufweisen.
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Ein
noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung
zum Spritzformen ohne Angußzapfen
von hochqualitativen Kunststoffgegenständen, die keine unidirektionelle
Molekularorientierung und/oder Schweißlinien haben.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung
für das
Spritzformen von hochqualitativen Kunststoffgegenständen, die
ein präzise
angeordnetes zentrales Loch haben und die keine unidirektionelle
Molekularorientierung und Schweißlinien aufweisen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Vorrichtung zum Homogenisieren von geschmolzenem Harz in der unmittelbaren
Nähe eines
Formverschlusses vor dem Einspritzen in die Form zu schaffen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Heißkanal-Verteilers
mit einem verbesserten Heißkanal-Einspritzventil
zum Homogenisieren des geschmolzenen Harzes in der unmittelbaren Nähe eines
Formverschlusses.
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Ein
noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten
Einspritzdüse
zur Verwendung mit einer Spritzformungsmaschine für Formgegenstände mit
homogenisiertem Kunstharz zur Formung von Formgegenständen ohne
Schweißlinien,
und bei welchen das verfestigte Harz keine unidirektionelle Molekularorientierung
aufweist.
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Die
vorstehend angegebenen Ziele werden mit einer Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse gemäß der Erfindung
erreicht, die einen Ventilschaft zur Führung des geschmolzenen Harzes
zur Formzone aufweist. Der Ventilschaft umfaßt eine Eintragzone zur Aufnahme
des geschmolzenen Harzes, eine zentrale Zone im Anschluß an die
Eintragzone zur Verbindung der Düse
mit der Formungszone. Die zentrale Zone umfaßt eine erste Zone zum Aufteilen des
geschmolzenen Harzes in eine Vielzahl von Strömen, eine zweite Zone zum Mischen
und Homogenisieren des geschmolzenen Harzes und eine dritte Zone
zum Kombinieren der Vielzahl von Strömen und zur Bildung eines rekombinierten
geschmolzenen Harzes für
die nachfolgende Überführung in
homogenisiertem Zustand in die Austragzone. Die Düse umfaßt ferner
einen Düsenkörper, welcher
den Ventilschaft umgibt, wobei der Düsenkörperteil Mittel zum Erhitzen
des Harzes aufweist. Ein diese Düse
beinhaltendes Spritzformungssystem zum Homogenisieren von geschmolzenem
Harz ist ebenfalls offenbart.
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Die
Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche
Elemente bezeichnen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Heißkanal-Verschlußventileinspritzdüse nach
den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit einer
Spritzformungsmaschine und einer zugeordneten Düse zum Herstellen von Formgegenständen mit
einem präzise
angeordneten zentralen Loch, wie Compact- oder digitalen Videodiscs;
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1A ist
ein Querschnitt eines Ausführungsbeispieles
der Eintrittsöffnungsanordnung
des Ventilschaftes nach 1;
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1B ist
ein Querschnitt einer anderen Ausführung der Eintrittsöffnungsanordnung
für den Ventilschaft
nach 1;
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit einer
Spritzformungsmaschine zum Herstellen von Formgegenständen, die
frei von Schweißlinien
und/oder unidirektioneller Molekularorientierung sind;
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3 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht des Ventilschaftes gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine Ansicht und ein Querschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles
des Ventilschaftes gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung;
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Die 5A bis 5D illustrieren
die Verfahrensschritte zur Formung von hochqualitativen Formgegenständen, wie
einer Compact- oder digitalen Videodisc, gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung einer Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse nach 1;
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5E ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des offenen Verschlusses, damit geschmolzenes Harz in einen Formhohlraum
zur Formung von Präzisionsformgegenständen eingespritzt
werden kann, wie einer Compact- oder digitalen Videodisc, gemäß dem in
den 5A bis 5D illustrierten Verfahren;
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Die 6A und 6B illustrieren
ein Verfahren zur Formung von Präzisionszahnrädern in
einer Form mit einem einzigen Formhohlraum unter Verwendung einer
Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse nach 1,
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine teilweise Querschnittsansicht einer Form mit mehreren Hohlräumen und
eines Heißkanal-Verteilers
mit einer Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung, wobei ein Verschlußventilschaft und ein Mechanismus
zur Betätigung
des Verschlußventilschaftes
gezeigt sind;
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7A ist
eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispieles der Eintrittsöffnungsanordnung
des Ventilschaftes nach 7, ähnlich jener nach 1A;
und
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7B ist
eine Querschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispieles der Eintrittsöffnungsanordnung
für den
Ventilschaft nach 7, ähnlich jener nach 1B.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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Unter
detaillierte Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 eine
Querschnittsansicht einer Heißkanal-Verschlußventil-Einspritzdüse gezeigt,
die allgemein mit 10 bezeichnet ist, wie sie im betätigten Zustand
und in Verbindung mit einer Maschinendüse 11 einer Spritzformungsmaschine
(nicht gezeigt) gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung arbeitet. Im allgemeinen umfaßt das Heißkanal-Verschlußventil 10 eine
Einspritzdüse 13 und
einen Verschlußventilschaft 12,
der in einem langgestreckten zylindrisch geformten Ventilkörper 14 angeordnet
ist, wobei der Ventilkörper 14 aus
einem wärmeleitenden Material
besteht und von unteren Heizelementen 16 und oberen Heizelementen 18 umgeben
ist, die dazu verwendet werden, das geschmolzene Harz auf der optimalen
Temperatur zu halten, die in dem Spritzformungsverfahren benötigt wird.
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Der
Verschlußventilschaft 12 umfaßt einen inneren
Schmelzenkanal 20, welcher einen freien Zutritt des eingespritzten
geschmolzenen Harzes innerhalb des Düsenkörpers 14 gestattet.
Wie weiter in 1 allgemein gezeigt ist, sind
die oberen Heizelemente 18 von einer Feder 22 umgeben,
die dazu verwendet wird, einen eng abgedichteten Kontakt zwischen
dem Eintrittsende 24 des Verschlußventilschaftes 12 und
einer Zuführvorrichtung
für geschmolzenes
Harz, wie einer Spritzformungsmaschinendüse 11, sicherzustellen,
um das Harz in den inneren Schmelzenkanal 20 zu leiten.
Während
des Spritzformungsvorganges wird der Ventilschaft 12 axial
innerhalb des Düsenkörpers 14 verlagert,
damit der Strom des geschmolzenen Harzes in den Formhohlraum fließen kann
oder unterbrochen ist.
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Der
Verschlußventilschaft 12 gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung umfaßt
eine Vielzahl von innovativen Konstruktionsmerkmalen, welche wesentlich
dazu beitragen, Schweißlinien und/oder
eine unidirektionelle Molekularorientierung des geschmolzenen Harzes
zu eliminieren, das zur Formung eines Kunststoff-Formgegenstandes
verwendet wird. In 2 ist der Ventilschaft 12 gezeigt, der
eine Mehrzahl von axialen Funktionszonen hat, die dazu verwendet
werden, um im wesentlichen Schweißlinien und/oder eine unidirektionelle
Molekularorientierung des Harzes in dem fertig geformten Produkt
zu vermeiden. Gemäß der nachfolgenden Beschreibung
wirken die mehreren Funktionszonen zusammen, um eine Stromaufteil-,
dreidimensionale Misch- und Rekombiniertechnik zu erzeugen, um das geschmolzene
Harz im wesentlichen zu homogenisieren, das sich daneben in Strömung befindet.
Diese Zonen umfassen eine radiale Aufteilzone R, eine erste Mischzone
M1, eine zweite Mischzone M2, eine gerade Zone S und eine Stromabschneidzone
O.
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Wie
auch in 2 gezeigt ist, tritt das geschmolzene
Harz unter Druck in den inneren Schmelzenkanal 20 und wandert
im wesentlichen ungestört über den
Abstand L, bis es einen radialen Schmelzenteiler 26 in
einer ersten radialen Aufteilzone R erreicht. Der Schmelzenteiler 26 ist
speziell ausgebildet, um im wesentlichen keinen Druckabfall des
geschmolzenen Harzes stromabwärts
des Schmelzenkanals 20 zuzulassen und somit eine hohe Formzykluszeit
zu ermöglichen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfaßt
der Schmelzenteiler 26 eine Vielzahl und bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise
drei ringförmige
Schmelzenkanäle 28, 30 und 32,
die anfänglich
durch die Eintrittsöffnungen 33 definiert
sind, wie dies in den 1A und 1B gezeigt
ist. Diese Leitungen 28, 30 und 32 sind
winkelmäßig im Ventilschaft 12 beabstandet.
Alle drei Leitungen 28, 30 und 32 des
radialen Schmelzenteilers 26 sind in direkter Fluidverbindung
mit der Außenfläche 34 des
Ventilschaftes 12.
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Wie 1A zeigt,
kann das geschmolzene Harz in zumindest zwei und vorzugsweise drei
oder mehr einzelne Ströme
aufgeteilt werden, unter Verwendung von radial beabstandeten Öffnungen
bzw. Eintrittsöffnungen 33,
die sich außerhalb
des Schaftes befinden, d.h. zwischen dem Schaft 12 und
dem Düsenkörper 14.
Alternativ können,
wie dies in 1B gezeigt ist, die Ströme des geschmolzenen Harzes
vollständig
in den Schaft geleitet werden, bevor sie nach außen gegen die wendelförmigen Kanäle geleitet
werden. Das heißt,
die Eintrittsöffnungen 33 in 1A sind
in dem Körper
des Schaftes vollständig
ausgebildet und nicht zum Teil im Düsenkörper 14.
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Dementsprechend
wird das einströmende geschmolzene
Harz, welches den radialen Schmelzenteiler 26 als eine
rohrförmige
Strömung
erreicht, und welches die Wärmege schichte
der gesamten Wanderung der Ströme
durch den Aufteiler und die Düse
der Spritzformungsmaschine enthält,
durch den radialen Schmelzenteiler 26 in eine Vielzahl
von gleichen Strömen
aufgeteilt, vorzugsweise in drei Ströme gemäß den Leitungen 28, 30 und 32,
ohne irgendeinen Druckabfall in dem geschmolzenen Harz zu erzeugen.
Dementsprechend erreichen drei Ströme des geschmolzenen Harzes
gleichzeitig die Außenfläche 34 am
Beginn der ersten Mischzone M1 des Verschlußventilschaftes 12.
Da kein Druckabfall auftritt, wird jeder Strom des geschmolzenen
Harzes durch den Druck gezwungen, in einen der wendelförmigen inneren
Kanäle 36 einzutreten,
die präzise
in der Außenfläche 34 des
Verschlußventilschaftes 12 entlang
der ersten Mischzone M1 ausgebildet sind, wie dies die 1 und 2 zeigen.
Die Mischzone M1 des Verschlußventilschaftes 12 ist
verjüngt,
beginnend vom oberen Ende der Zone T bis hinunter zu dem oberen
Ende der zweiten Mischzone M2. Die Verjüngung der Zone T setzt sich
durch die zweite Mischzone M2 bis zur geraden Zone S fort. Infolge der
Verjüngung
des Verschlußventilschaftes 12 in
der Mischzone M1, beginnend in der verjüngten Zone T über einen
Teil der axialen Länge
der wendelförmigen
Kanäle 36,
wird eine bestimmte Menge des geschmolzenen Harzes jedes Stromes,
der in der Mischzone M1 wendelförmig
wandert, über
die Begrenzungsgänge 38 eingespritzt,
welche die wendelförmigen
Kanäle
trennen. Dementsprechend tritt ein dreidimensionaler Mischprozeß auf. Das
heißt,
zusätzlich
zur wendelförmigen
Verlagerung des geschmolzenen Harzes entlang der drei verschiedenen wendelförmigen Kanäle erzeugt
die Bewegung des geschmolzenen Harzes über die Begrenzungsgänge 38 einen
Mischvorgang für
Teile der einzelnen Ströme,
die über
die Gänge
eingespritzt werden, während
die übrigen
Teile der einzelnen Ströme
ihre wendelförmige
Bahn fortsetzen. Schließlich
wird in der Zone M2 und in der verjüngten Zone T1, die eine glatte
verjüngte
Zone ohne wendelförmige
Kanäle
ist, ein einzelner homogenisierter Strom des geschmolzenen Harzes
geformt, der eine kreisförmige
Strömung ergibt,
welche die Außenfläche des
Verschlußventilschaftes 12 vollständig umgibt.
Auf diese Weise verbleibt das geschmolzene Harz für eine kurze
Zeitperiode als ein einziger kreisförmiger Strom zwischen dem Düsenkörper 14 und
dem Verschlußventilschaft 12 an
der unteren verjüngten
Zone T1 als ein einzelner homogenisierter geschmolzener Strom, der
im wesentlichen kein Harz enthält,
das eine unidirektionelle Molekularorientierung hat.
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Wie
die 1 und 2 zeigen, endet die verjüngte Zone
T mit einem sich nach außen
erstreckenden Damm 40, der dazu dient, den Strom des homogenisierten
Harzes in die verjüngte
Zone T teilweise aufzuhalten und ihn dadurch vor dem Eintritt des
homogenisierten geschmolzenen Harzes in die gerade Zone S des Verschlußventilschaftes 12 teilweise
zurückzuschicken.
Auf diese Weise wird ein weiteres Mischen des geschmolzenen Harzes
erreicht, um das Eliminieren von unidirektioneller Molekularorientierung
sicherzustellen. Dementsprechend wird in einer geraden Zone S ein
einziger Strom von hochhomogenisiertem geschmolzenem Harz erzielt, welcher
das Verschlußventilschaftmittel 12 umgibt und
nunmehr geeignet vorbereitet und ausgerichtet ist, um in den Formhohlraum 54 eingespritzt
zu werden, wie dies 1 schematisch zeigt. In dieser
Hinsicht hat das hochhomogenisierte geschmolzene Harz, das für eine kurze
Zeitperiode in der geraden Zone S verbleibt, keine unidirektionelle
Molekularorientierung und wird, wenn es in dem Formhohlraum 54 eingespritzt
wird, keine Schweißlinien
erzeugen, die üblicherweise
bei Verwendung der vorher angewendeten Heißkanäle und deren Verschlußventilen aufgetreten
sind.
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Eine
End-Abschneidzone O ist ebenfalls vorgesehen, wie dies 2 zeigt
(und noch klarer 5E), um den Ventilverschlußkörper und
damit den Strom des geschmolzenen Harzes in den Formhohlraum 54 abzusperren.
Dementsprechend umfaßt die
Zone O vorzugsweise eine kreisförmige
Fläche mit
einem Durchmesser, welcher nahezu dem Innendurchmesser des Düsengehäuses 14 entspricht,
um den Strom des geschmolzenen Harzes durch das Düsengehäuse 14 nahe
dem Verschlußventilschaftmittel 12 in
den Formhohlraum 54 abzusperren. Deshalb greift nach der
Betätigung
des Verschlußventilschaftes 12 zur
Aufwärtsverlagerung
in das Düsengehäuse 14,
wie dies später
unter Bezugnahme auf die 5A bis 5D beschrieben
wird, die Abschneidzone O im wesentlichen am Innendurchmesser des
Gehäuses 14 an,
um den Strom des geschmolzenen Harzes abzusperren.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfaßt die Einspritzdüse 13 auch
eine Spitze 44, um welche herum das homogenisierte geschmolzene
Harz in den Formhohlraum 54 strömt. Die Spitze 44 wird
in Formungssituationen verwendet, in denen die Einspritzdüse 13 zur
Herstellung von Formgegenständen
verwendet wird, die ein präzise
positioniertes zentrales Loch haben, wie bei der Herstellung von
Compact- und digitalen Videodiscs und Präzisionsgetrieberädern, die
ebenfalls ein geschmolzenes Harz erfordern und/oder vorzugsweise
aus einem solchen gebildet sind, das eine homogene Molekularorientierung
hat. Dementsprechend ist die in 1 gezeigte Einspritzdüse 13 sehr
geeignet, um Polycarbonate einzuspritzen, und außerordentlich gute Resultate sind
bei diesen Anwendungen erzielt worden, die eine angußzapfenfreie
Spritzformung von Compact- und digitalen Audiodiscs ermöglichen,
die keine Schweißlinien
haben, welche durch eine Stromaufteilung erzeugt werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist eine Verschlußventil-Einspritzdüse 113 gezeigt,
die eine Ausbildung hat, welche sehr ähnlich der Einspritzdüsenausbildung 13 nach 1 ist.
Der Hauptunterschied und im wesentlichen einzige Unterschied zwischen der
Einspritzdüse 113 und
der Einspritzdüse 13 ist das
Nichtvorhandensein der Spitze 44 und deren Ersatz durch
eine weitere verjüngte
Zone TT im Anschluß an
die gerade Zone S, statt der Spitze 44. Dementsprechend
bildet die verjüngte
Zone TT die Spitze 146, die es dem geschmolzenen Harzstrom gestattet,
aus der geraden Zone S in sehr homogenisiertem Zustand zum Formhohlraum 154 zu
strömen, ohne
Bildung eines präzise
ausgerichteten zentralen Loches.
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In 4 ist
eine Ventileinspritzdüse 213 gezeigt,
die ähnlich
dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 und 3 ist, und
vorzugsweise zum Einspritzen von Kunststoffmaterialien verwendet
wird, die weniger empfindlich auf die Entstehung von unidirektionellen
Molekularorientierungen während
des Einspritzvorganges sind. Dementsprechend könnte diese Düse verwendet
werden, um eine solche unidirektionelle Molekularorientierung und
zugeordnete Schweißlinien
zu vermeiden, wenn Materialien verwendet werden, die weniger empfindlich
für diese
unerwünschten
Merkmale sind. Der Hauptunterschied zwischen dem Verschlußventilschaft 212 und
den Verschlußventilschäften 12 und 112,
die vorstehend erläutert
worden sind, besteht darin, daß der
Verschlußventilschaft 212 keine
verjüngten
Zonen sowie den Damm an der Außenfläche derselben
aufweist. Dies bedeutet, daß unmittelbar
auf die Mischzone M eine gerade Zone S folgt, wie dies 4 zeigt.
Vorzugsweise hat die wendelförmige
Bahn der wendelförmigen
Kanäle 236 eine
aggressivere Geometrie, welche das Mischen in der Mischzone M und
in der zylindrischen Zone S zwischen dem Düsenkörper 214 und dem Verschlußventilschaft 212 verbessert. Die
Wendelwindungen der Kanäle 236 sind
stärker gekrümmt und
der wendelförmige
Pfad ist kompakter, wie dies gezeigt ist.
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Die 5A bis 5D zeigen
ein Verfahren zum präzisen
und molekularmäßig homogenen Spritzformen
von Compact- und digitalen Videodiscs unter Verwendung einer Ventilverschluß-Einspritzdüse, wie
sie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert worden
ist. Gemäß dem nachfolgenden
Verfahren wird ein innovatives Mischen und Homogenisieren gezeigt,
welches zu dem Erfolg der Spritzformung von Compact- und digitalen
Videodiscs beiträgt,
die keine Schweißlinien
und keine unidirektionelle Molekularorientierung in reproduzierbaren
Zykluszeiten haben.
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5A zeigt
den Beginn der Spritzformung, wobei die Spritzform Kernseitteile 50 und
Formhohlraumteile 42 aufweist, die sich vor dem Einspritzschritt
in einer geschlossenen Position befinden. Die Maschinendüse 11 ist
ebenfalls in abgedichteter Berührung
mit dem Ventilschaft am Eintrittsende 24, wobei diese Berührung durch
die Druckfeder 22 während
der gesamten Formungszykluszeit permanent aufrechterhalten wird.
Eine Einspritzeinheit (nicht gezeigt) ist mit doppelt wirkenden
Hubzylindern ausgestattet, während
ein Heißkanal-Hydraulikzylinder 52 einfach
wirkend ist. Wenn dementsprechend die vordere Kammer (nicht gezeigt)
des Einspritzeinheits-Hubzylinders unter Druck gesetzt wird, wird
die Einspritzeinheit einschließlich
der Düse 13 zurückgezogen.
Die hintere Kammer der Einspritzeinheit wird unter Druck gesetzt,
wobei hydraulischer Druck bewirkt, daß die Einspritzeinheit und
die Düse 13 nach vorne über dem
Abstand K bewegt werden, um den Formverschluß über dem Verschlußventilschaft 12 zu öffnen und
den Spitzenabschnitt 44 in den Formhohlraum 42 zu
bewegen, wie dies 5 zeigt. In dieser
Position wird keine Berührung
erzielt, bis der Kolben 52 durch den Druck nach vorne gedrückt wird,
wie dies 5B zeigt. Der Verschlußventilschaft 12 und
der hydraulische Betätiger 56 sind ebenfalls
in abgedichteter Berührung,
die durch den mechanischen Druck zwischen diesen Elementen erzeugt
wird, wodurch ein Lecken des geschmolzenen Harzes verhindert wird.
Wie dies in vergrößertem Querschnitt
in der Offenstellung des Formverschlusses nach 5E gezeigt
ist, kann das geschmolzene Harz den Formhohlraum 54 unter
Druck aus der Maschinendüse
füllen,
wodurch das geschmolzene Harz gezwungen wird, in einer wendelförmigen Bewegung
durch die Mischzone M des Schaftes 12 zu strömen. Um
die vom Verschlußventilschaft 12 herrührende Hitze
zu reduzieren, wird ein Kühlfluid
F über
eine Kühlleitung 58 eingebracht
und innerhalb des hohlen Kernes 60 des hydraulischen Betätigers 56 zirkuliert. 5C repräsentiert
den nächsten Schritt,
in welchem die Maschinendüse 11,
die am besten in 1 gezeigt ist, zurückgezogen
ist und entgegengesetzter Fluiddruck auf den Hydraulikzylinder 52 in
der Öffnung
A aufgebracht wird, um den hydraulischen Betätiger 56 in einer
Nachfolgebewegung gemeinsam mit dem zurückgezogenen Verschlußventilschaft 12 vorzuschieben,
der durch Federkraft betätigt
wird. Die kontrollierte Vorwärtsbewegung
des Betätigers 56 durch
den Formhohlraum 54 dient dazu, ein glattes und genaues
zentrales Loch in der spritzgeformten Scheibe zu bilden, welche
zur endgültigen
Abkühlung
in der Form bleibt, bevor sie durch einen Ausstoßmechanismus ausgestoßen wird.
Der Endschritt ist in 5D gezeigt, wobei beim Öffnen der
Form und Zurückziehen
des Zylinders 52 die Scheibe 62 freigegeben wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 6A und 6B ist
ein ähnliches
Verfahren wie jenes gezeigt, das anhand der 5A bis 5E erörtert worden ist,
unter Verwendung eines Betätigers 56 (der
hydraulisch, federbetätigt
oder pneumatisch sein kann, oder irgendein anderes erwünschtes
Mittel), wobei dieser Betätiger
dazu verwendet werden kann, eine unterschiedliche Art von Harz zur
Bildung eines Präzisionsgetrieberades 66 einzuspritzen,
das ein präzise
angeordnetes zentrales Loch hat. Während für diese Art von Anwendung eine
biaxiale Molekularorientierung kein Problem ist, kann das Vermeiden
von Schweißlinien
und das Ausbilden des zentralen Loches vorteilhaft durch die gleiche
Vorrichtung erreicht werden, die unter Bezugnahme auf die 1 und 2 sowie
die 5A bis 5E zur
Herstellung von Compact- und digitalen Videodiscs beschrieben worden
ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 7, 7A und 7B ist
eine Verschlußventil-Einspritzdüse 313 ähnlicher
jener gezeigt, wie sie unter Bezugnahme auf 3 besprochen
worden ist, zur Verwendung mit einer Form mit mehreren Hohlräumen und einem
Heißkanal-Verteiler,
die dazu verwendet werden, um Hochqualitäts-PET-Vorformlinge zur Bildung von
dünnwandigen
Behältern
zu erzeugen, wobei das Vermeiden von Schweißlinien und einer unidirektionellen
Molekularorientierung erwünscht
ist, nicht aber ein zentrales Loch. Bei diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt die Betätigung
des Verschlußventilschaftes 312 durch
hydraulische Kolben oder Luftkolben 370, unabhängig von
der Spritzformungsmaschine, so daß ein Unterschied zwischen
dieser Ausführungsform
und den vorhergehenden Ausführungsformen
besteht, wie dies vorstehend erläutert
worden ist. Ansonsten ist die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles
nach 7 ähnlich
jenem, wie es unter Bezugnahme auf die 5A bis 5E erläutert worden
ist, und ähnliche
Bezugszeichen bezeichnen ähnliche
Elemente. Die 7A und 7B sind ähnlich den 1A und 1B repräsentativ
für die verschiedenen
Anordnungen von Eintrittslöchern 333.
Für eine
detaillierte Beschreibung der Düse
und der zugeordneten Elemente, die in 7 gezeigt sind,
wird auf das US Patent 4,173,448 an Rees et al. Bezug genommen,
das an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen
worden ist, welches als Ganzes zur Bezugnahme hiermit einbezogen
wird. Statt der dort gezeigten Stange 29 wird der Ventilschaft 312 der
vorliegenden Erfindung verwendet, wie dies im Detail unter Bezugnahme
auf die Ventilschäfte 12 und 112 beschrieben
wird. Der Ventilschaft 312 umfaßt eine ausgedehnte Abschneidzone
O', die ein Teil
der geraden Zone S' ist,
um mit dem System nach Rees et al. zu funktionieren, um den Strom
des rekombinierten geschmolzenen Harzes in den Formhohlraum abzuschneiden.
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Der
Hauptvorteil dieser Erfindung besteht darin, daß eine verbesserte Vorrichtung
für die
Spritzformung von Hochqualitäts-Kunststoffgegenständen bereitgestellt
werden. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, daß eine Vorrichtung
zum angußzapfenfreien
Spritzformen von Hochqualitäts-Kunststoffgegenständen geschaffen
werden, bei welchen die Gegenstände
verschiedene Formen haben, aus verschiedenen Harzen bestehen und
keine Schweißlinien
aufweisen. Ein noch weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die Schaffung
einer Vorrichtung zum angußzapfenfreien
Spritzformen von Hochqualitäts-Kunststoffgegenständen, die
keine unidirektionelle Molekularorientierung und/oder Schweißlinien
haben. Ein noch anderer Vorteil dieser Erfindung liegt in der Schaffung
einer Vorrichtung für
die angußzapfenfreie Spritzformung
von Hochqualitäts-Kunststoffgegenständen, die
ein präzise
angeordnetes zentrales Loch haben und die keine unidirektionelle
Molekularorientierung und Schweißlinien aufweisen. Ein noch anderer
Vorteil der Erfindung sind eine verbesserte Vorrichtung zum Homogenisieren
von geschmolzenem Kunstharz in unmittelbarer Nähe eines Formverschlußkörpers vor
dem Einspritzen in die Form. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung
ist ein Heißkanal-Verteiler,
der ein Heißkanal-Verschlußventil
zum Homogenisieren von geschmolzenem Kunstharz in unmittelbarer
Nähe des
Verschlußkörpers aufweist. Ein
anderer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß eine verbesserte
Einspritzdüse
zur Verwendung in einer Spritzformungsmaschine zum Formen von Gegenständen aus
homogenisiertem geschmolzenem Kunstharz, insbesondere von Formgegenständen ohne
Schweißlinien
und ohne unidirektionelle Molekularorientierung des erhärteten Harzes,
geschaffen werden.
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Es
versteht sich, daß die
Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, die lediglich illustrative bestmögliche Ausführungsformen der Erfindung
sind und die Modifikationen hinsichtlich Form, Größe, Anordnung
von Teilen und Details des Arbeitsvorganges unterliegen können. Die
Erfindung soll vielmehr alle solche Modifikationen umfassen, die
innerhalb des von den Ansprüchen
definierten Schutzbereiches liegen.