DE8513284U1 - Spritzgießvorrichtung - Google Patents

Description

Beim Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischem ' Kunststoff durch Spritzgießen unter Verwendung eines mit i einer Schnecke versehenen Extruders mit Düsenkopf und einer ; Spritzgießform, bei welchem zunächst durch axiales Verschiej ben der Schnecke des Extruders das in einem ersten Speicher-I raum gespeicherte Material in Richtung auf die Spritzgieß- ! form zum Füllen derselben bewegt wird, bleibt nach dem ; Füllen der Spritzgießform auf das in letzterer befindliche j thermoplastische Material ein Nachdruck zur Kompensation von bei der Abkühlung auftretenden Materialschwindungen aufrechterhalten. Die Dauer, wahrend welcher der Nachdruck aufrechterhalten bleiben muß, ist insbesondere bei dickwandigen Gegenständen verhältnismäßig lang. Dies ist bei den heute allgemein eingesetzten Schubschnecken-Spritzgießmaschinen dann nachteilig, wenn der Nachdruck über den von der ^! Schnecke aufgebrachten axialen Druck aufrechterhalten wird, ' da während der dafür benötigten Zeit die Schnecke nicht zur Plastifizierung des thermoplastischen Materials für den nächsten Arbeitsgang genutzt werden kann*

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Die DE-OS 3 307 586 offenbart eine Spritzgießvorrichtüng zürn Spritzgießen von Kunststoffteilen, bei welchem dieser Nachteil dadurch vermieden wird, daß ein zusätzlicher, zweiter Speicherraum vorgesehen ist, aus welchem durch einen besonderen, diesem Speicherraüm zugeordneten Kolben thermopläS ti SOl'iöS Material in Ricrifcüny äü£ die Spt ic. zy ießföJt ITi verdränqt wird, um den erforderlichen Nachdruck aufrechtzuerhalten. Dabei ist gleichzeitig die Verbindung zwischen Extruder und zweitem Speicherraum bzw. Spritzgießform unterbrochen, so daß die Schnecke des Extruders bereits wieder vor Beendigung der Nachdruckphase in Rotation versetzt werden kann, um das für den nächsten Arbeitszyklus benötigte thermoplastische Materal zu plastifizieren. Jedoch zweigt im bekannten Fall der zweite Speicherraum rechtwinkling von den im Düsenkopf befindlichen Verbindungskanal zwischen Extruder und Spritzgießform ab, so daß das thermoplastische Material eine zweimalige scharfe Umlenkung erfährt. Dies ist unerwünscht. Außerdem begünstigt die Anordnung des Speicherraumes ein Stagnieren des Materials und somit dessen thermische Zersetzung. Die Reinigung des Speicherraumes wird zudem durch die Art der Anordnung erschwert. Hinzu kommt, daß der dem zweiten Speicherraum zugeordnete Kolben einen zusätzlichen Antrieb und Steuereinrichtungen erfordert. Die Gesamtvorrichtung erfährt dadurch eine gewisse Komplizierung.

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Die firfindüng geht aus von einer Spritzgießvorrichtüng zum Herstellen νοίί Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Extruder und einem ersten Speicherraum, der durch die axial verschiebbare Schnecke des Extruders zumindest teilweise entleerbar ist, und einem die Verbindung zwischen Extruder und Spritzgießform herstellenden Düsenkopf mit Düsenteil, wobei ein mit Extruder und Spritzgießform verbindbarer, mittels eines Kolbens entleerbarer zweiter Speicherraum und zwischen Extruder und zweitem Speicherraum ein Absperrelentent vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung auch für thermisch empfindliche Materialien geeignet zu machen und zu vereinfachen. Insbesondere wird angestrebt, den Aufwand für die zum Aufbringen des Nachdruckes unabhängig von der Schnecke des Extruders erforderlichen Mittel zu verringern. Das thermoplastische Material soll innerhalb des Düsenkopfes und des zweiten Speicherraumes möglichst wenig Umlenkungen erfahren, so daß zumindest im Grundsatz trotz des Vorhandenseins des zweiten Speicherräümes das Material einen im wesentlichen linearen Strömungsverlauf beibehält und auch die einzelnen Partikel des thermoplastischen Materials etwa in der zeitlichen Reihenfolge in die Spritzgießform eingeführt werden, in welcher sie den Extruder passieren.

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Zur Lösung dieser Aufgabe Schlägt die Erfindung vor/der zweite Speichetraum Teil des Verbindüngskanals im Düsenkopf zwischen Extruder und Spritzgießform Und der Kolben als parallel zur Längsachse der Schnecke Verschiebbarer Ringkolben ausgebildet und mit dem mit der Spritzgießform zusammenwirkenden Düsenteil des Düsenkopfes verbunden ist und die aus Extruder Und Düsenkopf bestehende Einheit ein eine axiale Verschiebung dieser Einheit bewirkendes Antriebs^- mittel aufweist«

Auf diese Weise ist es möglich, daß während des Füllens der Spritzgießform der Düsenkopf mit dem Düsenteil, das mit dem dem zweiten Speicherraum zugeordnete Ringkolben verbunden ist, durch ein Antriebsmittel mit einer Kraft gegen die Spritzgießform gedruckt wird, die großer ist als die entgegengerichtete Kraft, die aus dem Einpressen des thermoplastischer. Materials in die Spritzgießform resultiert, worauf nach Beendigung des Füllvorganges der durch die mittels der Axialverschiebung der Schnecke aufgebrachte Druck auf niedrigerem Niveau aufrechterhalten und die durch das Antriebsmittel auf den Düsenkopf ausgeübte Kraft soweit abgesenkt wird, daß aufgrund des Druckes der Schnecke der im zweite Speicherraum befindliche Ringkolben gegenüber dem Düsenkopf unter gleichzeitiger Füllung des zweiten Speicherraumes parallel zur Längsachse der Schnecke verschoben wird, worauf die Verbindung zwischen Extruder und zweitem Spei-

cherraum unterbrochen und die durch das Antriebsmittel auf dem Düsenkopf aufgebrachte Kraft so eingestellt wird, daß sie über den im Speicherraum verschiebbaren Ringkolben die für den weiteren Nachdruck erforderliche Kraft aufbringt, worauf nach Beendigung der Nachdruckphase die Verbindung zwischen Extruder und Speicherraum wiederhergestellt und durch entsprechende Veränderung der durch das Antriebsmittel auf den Düsenkopf aufgebrachten Kraft der Ringkolben wieder unter gleichzeitiger Verdrängung des im zweiten Speicherraum noch befindlichen thermoplastischen Materials in Richtung auf den Extruder in seine dem entleerten Zustand des zweiten Speicherraums entsprechende Position zurückbewegt wird. |;

Bei dem der aus Extruder und Düsenkopf bestehenden Einheit jj

zugeordneten Antriebsmittel handelt es sich vorteilhaft um j

die an den meisten Spritzgießvorrichtungen ohnehin vorhan- \

denen hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung, mittels '*

welcher die Einheit parallel zur Längsache des Extruders I«

hin- und herverschoben werden kann. D. h., daß der dem i zweiten Speicherraum zugeordnete, das Düsenteil tragende Ringkolben ebenfalls parallel zur Längsachse des Extruders und damit im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des thermoplastischen Materials im Düsenkopf hin- und herbeweg-

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bar ist, so daß das thermoplastische Material weder beim Füllen noch beim Entleeren des zweiten Speicherraumes eine scharfe umlenkung erfährt.

Gemäß einem weiteren Vorschlaq der Erfindung kann das Absperrelement als Kolben ausgebildet sein, der innerhalb einer im Düsenkopf befindlichen Bohrung axial verschiebbar und mit einem axialen Durchgang versehen ist, der den im Bereich des Kolbens befindlichen Durchgang im Düsenkopf angepaßt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Spritzgießvorrichtung mit gefülltem ersten Speicherraum und entleertem zweiten Speicherraum,

Fiq. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit entleertem erstem Speicherraum und gefülltem zweiten Speicherraum,

Fig. 3 ein Diagramm, welches einen bevorzugten Zeitablauf der einzelnen Funktionen während eines Arbeitszyklus darstellt.

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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel besteht im wesentlichen aus einem Extruder 10, innerhalb dessen Gehäuse 12 eine Schnecke 14 drehbar und axial verschiebbar angeordnet ist. Der Extruder kann in üblicher Weise ausgebildet sein. Das dem Extruder im allgemeinen in Form eines Granulats aufgegebene Kunststoffmaterial wird unter Einwirkung von Wärme und der Drehbewegung der Schnecke 14 plastifiziert und gleichzeitig in Richtung des Pfeiles 16 transportiert. Die Schnecke 14 ist axial verschiebbar im Gehäuse 12 gelagert derart, daß das durch die Schnecke transportierte thermoplastische Material die Schnecke 14 entgeqen Oer i<ichtungdes Pfeils 16 unter Bildung eines ersten Speichet'raumes 17 zurückschiebt, in welchem das plastifizierte Material zunächst gesammelt wird. An den Extruder 10 schließt ein Düsenkopf 18 an, welcher mit einem, bezogen auf den Extruder 10, axialen Durchgang 20 versehen ist. In einem erweiterten Abschnitt 22 dieses Durchganges 20 ist ein Ringkolben 24 axial hin- und herverschiebbar geführt, der an seiner dem Extruder 10 abgekehrten Seite ein Düsenteil 26 trägt, das in der üblichen Weise derart zur Anlage an der Spritzgießform 30 gebracht werden kann, daß sein Durchgang 28 für das thermoplastische Material mit dem Eintrittskanal 32 der Spritzgießform 30 fluchtet.

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Der erweiterte, zylindrische Abschnitt 22 bildet einen zweiten Speicherraum für das thermoplastische Material. Zwischen zweitem Sammelraum 22 und Extruder 10 ist innerhalb einer Bohrunq 36 des Düsenkopfes 18 ein darin geführter Kolben 34 passend angeordnet, der im wesentlichen senkrecht zum Durchgang 20 verläuft und mit einem radiaJLe Durchgang 38 versehen ist, dessen Querabmessungen etwa denen des Durchganges 20 entsprechen. Bei der in der Zeichnung dargestellten Lage des Kolbens 34 fluchtet der Durchgang 38 im Kolben 34 mit dem Durchgang 20 im Düsenkopf 18, so daß das thermoplastische Material unbehindert aus dem Extruder 10 durch den Düsenkopf 18 in die Spritzgießform 3 0 fliessen kann. Andererseits hateine axiale Verschiebung des Kolbens 34 um einen Betrag, der mindestens dem Durchmesser dos Durchganges 38 entspricht, ein Verschliessen des Durchganges 20 zur Folge, so daß das thermoplastische Material weder aus dem Extruder 10 in den zweiten Speicherraum 22 noch aus letzteren in den Extruder 10 gelangen kann.

Die aus Extruder 10 und Düsenkopf 18 einschließlich Ringkolben 24 und Düsenteil 26 bestehende Einheit ist gegenüber der Spritzgießform 30 axial bewegbar gelagert und über eine Traverse 39 mit der Kolbenstange 40 eines in einem Hydraulikzylinder 42 geführten Kolbens 44 verbunden.

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Selbstverständlich können insbesondere zur Erzielung symmetrischer Krafteirileitüngen zwei oder mehrere Zylinder-Kolben-Änordnungen vorgesehen sein.

Die in der Zeichnung dargestellte Spritzgießvorrichtung

I arbeitet folgendermaßen, wobei der in Fig. 3 dargestellte

Arbeitszyklus mit dem Schliessen der nicht im Detail I dargestellten Spritzgießform nach Entnahme des im vorange- |

qangenen Arbeitszyklus hergestellten Spritzgießteiles |

beginnen soll.

Es sei angenommen, daß mit dem Schließen der Spritzgießform (Funktion 1 in Fig. 3) oder kurz vorher die für einen Arbeitszyklus benötigte Menge an thermoplastischem Material bereitgestellt ist. Dies geschieht in der Weise, daß durch die rotierende Schnecke 14 und durch gleichzeitige Wärmeeinwirkung das im allgemeinen in Granulatform dem Extruder 10 aufgegebene Kunststoffmaterial plastifiziert und durch die Schnecke 14 in Richtung auf den Düsenkopf 18 transportiert wird. Dabei wird zunächst das thermoplastische Material in einen ersten Speicherraum 17, der sich an dem dem Düsenkopf 18 zugekehrten Ende des Extruders 10 befindet, gesammelt, wobei, wie bereits erwähnt, die innerhalb des Gehäuses 12 axial verschiebbar angeordnete Schnecke 14 während der Plastifizierung und Förderung des Materials in Richtung des Pfeiles 16 entgegen dieser Richtung durch das sich im ersten

Speicherraüm 17 sammelnde Material zurückgeschoben wird (Funktion 2). Dabei ist das Absperrelemet 34 geschlossen. Nachdem sich eine ausreichende Menge an thermoplastischem Material im ersten Speicherraum 17 angesammelt hat, wird der Rotationsantrieb der Schnecke abgeschaltet. Nach Offen des Äbsperrelementes 34 (Funktion 8) wird durch Verschieben der Schnecke 14 aus ihrer beifür einen Spritzvorgang gefülltem Speicherraum 17 linken Endlage in Richtung des Pfeiles 16 nach rechts das angesammelte Material in Richtung auf die Spritzgießform 30 zum Füllen derselben verdrängt (Funktion 3). Bei diesem Vorgang wirkt die dabei, nicht rotierende Schnecke 14 als Kolben.

Spätestens unmittelbar vor Beginn des Spritzvorganges wird die Zylinder-Kolben-Anordnung 42, 44 mit einem ersten Druck beaufschlagt, der die aus Extruder 10 und Düsenkopf 18 mit Kolben 24 und Düsenteil 26 bestehende Einheit gegen die Spritzgießform 30 drückt (Funktion 5), wobei der dem zweiten Speicherraum 22 zugeordnete Kolben 24 gemäß der Darstellung in Fig. 1 seine linke Endposition innehat, in welcher er an der stirnseitigen Begrenzung 48 des zweiten Speicherraumes 22 anliegt. Die Zylinder-Kolben-Anordnung 42, 44 bewirkt eine in Richtung des Pfeiles 16, also gegen die Spritzgießform 30 gerichtete, auf die aus Extruder 10 und Düsenkopf 18 bestehende Einheit ausgeübte Kraft, die größer ist als die in Gegenrichtung wirkende Kraft, die aus der

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Verschiebung der Schnecke 14 nach rechts aus ihrer Position gemäß Fig. 1 in die Position gemäß Fig. 2 während der bewirkte Einspritzung des Materials in die Spritzgießform 30 resultiert. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das Düsenteil 26 in Anlage an der Spritzgießform bzw. an dem die Öffnunq des Eintrittskanals 32 aufweisenden Bereich derselben bleibt. Dabei nimmt das Absperrelement 34 seine Offenstellung, also die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Position, ein (Funktion 8).

Sobald im Verlauf der axialen Bewegung der Schnecke 14in Richtung des Pfeiles 16 die Spritzgießform gefüllt ist, wird der durch die als Kolben wirkende Schnecke 14 ausgeübte Druckin der Regelverringert, da sich im anderen Fall ein zu hoher Druck in der Spritzgießform aufbauenkönnte. Der so nach dem eigentlichen Füllvorgang aufrechterhaltene, verringerte Druck der Schnecke (Funktion 4) dient dazu, noch eine kleinere Menge an thermoplastischem Material in die Spritzgießform 30 zu drücken, um so durch Schwindung verursachte Volumenänderung des in der Spritzgießform bereits befindlichen und sich abkühlenden thermoplastischen Materials zu kompensieren. Etwa gleichzeitig mit dem Absenken des durch die Schnecke 14 ausgeübten Drucks auf das Nachdruckniveau (Funktion 4) wird auch der durch die Zylinder-Kolben-Einheit 42, 44 in Richtung des Pfeiles 16 ausgeübte Druck reduziert derart, daß er eine Kraft

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(Funktion 6) verursacht, die kleiner ist als die in öegelnrichtüng wirkende Kraft, die durch den auf dem niedrigeren Nächdruckniveaugemäß Punktion 4 wirksamen Druck der Schnecke 14 verursacht wird. Dies hat zur Folge, daß der Extruder 10 mit dem Düsenkopf 18 entgegen der Pfeilrichtung 16, also, bezoqen auf die Darstellungen in den Figuren 1 und 2, nach links verschoben wird, bis der Kolben 24 seine in Fig. 2 dargestellte rechte Endlage einnimmt, wobei das Düsenteil 26 seine Position in Kontakt mit der Spritzgießform 30 beibehält. Die dabei erfolgende Relativverschiebuiig zwischen Düsenkopf 18 einerseits und Kolben 24 andererseits wird dadurch Verursacht, daß der als zweiter Speicherraiam wirkende Abschnitt größeren Durchmessers 22 mit thermoplastischem Material gefüllt wird. Der maximale Weg, um den der Kolben 24 verschoben wird, ist in Fig. 1 und Fig. 3 der Zeichnung mit χ bezeichnet. Demzufolge entspricht die Position des Kolbens 24 in Fig. 1 dem Niveau der Ordinate in Fig. 3, auf der die Zeit aufgetragen ist, wohingegen die andere Endlage des Kolbens 24 in Fig. 2 der parallel zur Ordinate in Fiq. 3 eingezeichneten strichpunktierten Linie entspricht. Die während der Wirksamkeit der Funktion 6 erfolgende relative Bewegung des Kolbens 24 entspricht somit dem linken Kurvenabschnitt a zwischen Ordinate und dazu paralleler strichpunktierter Linie in Fig. 3.

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Im allgemeinen wird dann, wenn der Kolben 24 seine rechte Endlaqe erreicht hat (Fig. 2) , das Absperrelement durch axiales Verschieben des Kolbens 34 aus seiner Offenstellung (Funktion 8) in seine Schließlage gebracht, so daß die Verbindung zwischen Extruder 10 und zweitem Speicherraum 22 sowie Spritzgießform 30 unterbrochen ist. D. h., daß die Schnecke 14 nunmehr wieder in Rotation versetzt werden kann, um das thermoplastische Material für den nächsten Arbeitszyklus zu plastifizieren und im ersten Speicherraum 17 zu sammeln (Wiederaufnahme der Funktion 2). Der immer noch auf das in der Spritzgießform 30 befindliche thermoplastische Material auszuübende Nachdruck wird nunmehr durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 42, 44 aufgebracht (Funktion 7), die die aus Extruder 10 und Düsekopf 18, mit Kolben 24 und Düsenteil 26 bestehende Einheit in Richtung des Pfeiles 16 gegen die Spritzgießform 30 drückt. Dabei werden, soweit dies durch Schwinden des in der Spritzgießform 30 befindlichen thermoplastischen Materials erforderlich und möglich ist, Extruder 10 und Düsenkopf 18 gegenüber dem Kolben 24 mit Düsenteil 26 nach rechts, in Richtung des Pfeiles 16 verschoben, und zwar unter gleichzeitiger Verdrängung einer entsprechenden Menge an thermoplastischem Material aus dem zweiten Speicherraum 22 durch den Ringkolben 24 hindurch in Richtung auf das Formnest der Spritzgießform 30. Das Ausmaß der Relativverschiebung zwischen Extruder 10 mit Zwischenstück 18 einerseits und Kolben 24 mit Düsenteil 26 anderer-

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seits hängt dabei von den jeweiligen Gegebenheiten, insbesondere dem Ausmaß der in diesem Zeitraum noch stattfindenden Schwindung des in der Spritzgießform befindlichen Materials, ab. In Fig. 3 soll der Kurvenabschnitt b der während des Nachdrückens erfolgenden Verschiebung des Kolbens 24 aus der Position gemäß Fig. 2 nach links in eine Zwischenposition zwischen den beiden Endlagen entsprechen.

Sobald das thermoplastische Material in der Spritzgießform soweit erstarrt ist, daß von außen kein weiteres Material mehr in die Spritzgießform 30 eingedrückt werden kann, wird das Absperrelement 34 wieder in seine Offenstellung, also in die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Position gebracht (Funktion 8). Danach wird der durch die Zylinder-Kolben-Anordnung 42, 44 aufgebrachte Druck so eingestellt, daß die dadurch bewirkte Kraft ausreicht, die aus Extruder 10 und Düsenkopf 18 bestehende Einheit nach rechts gegenüber dem Kolben 24 und dem Düsenteil 26 zu verschieben (Funktion 7), bis der Kolben 24 die in Fig. 1 dargestellte linke Endlage erreicht hat, in welcher er an der Stirnseite 48 des zweiten Speicherraumes 22 anliegt. Die dabei vom Kolben 24 relativ gegenüber dem Düsenkopf 18 zurückgelegte Wegstrecke entspricht dem Kurvenabschnitt c in der Darstellung gemäß Fig. 3. Das noch im zweiten Speicherraum befindliche Material 22 wird dabei entgegen der Richtung des Pfeiles 16 in den ersten Speicherraum 17 zurück verdrängt. Das Absperrelement

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34 kann nach Beendigung dieses Vorganges wieder geschlossen werden, wobei es dann gemäß Fig. 3 mit Beginn des Einspritzens (Funktion 3) wieder geöffnet wird. Die Vorrichtung ist nunmehr für den nächsten Arbeitszyklus bereit, der beginnen kann, sobald die Spritzgießform 30 entleert und wieder geschlossen worden ist und die Schnecke 14 ihre vom Zwischenstück 18 abgekehrte Endlage gemäß Fig. 1 erreicht hat, in welcher sich eine für den nächsten Arbeitszyklus ausreichende Menge an thermoplastischem Material irr¹ ersten Speicherraum 17 befindet. Das Absperrelement 34 kann nach Beendigung der Funktion 7 wieder geschossen werden, wobei es dann gemäß Fig. 3 mit Beginn des Einspritzens (Funktion 3) wieder geöffnet wird.

Claims (2)

rc · - 16 - Schutzansprüche :

1. Spritzqießvorrichtung zum Herstellen von Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff mit einem Extruder (10) und einem ersten Speicherraum (17), der durch die axial verschiebbare Schnecke (14) des Extruders (10) zumindest teilweise entleorbar ist, und einem die Verbindung zwischen Extruder (10) und Spritzgießform (30) herstellenden Düsenkopf (18) rait Düsenteil (26), wobei ein mit Extruder (10) und Spritzgießform (30) verbindbarer, mittels eines Kolbens (24) entleerbarer zweiter Speicherraum (22) und zwischen Extruder (10) und zweitem Speicherraum (22) ein Absperrelement (34) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Speicherraum (22) Teil des Verbindungskanales (20) im Düsenkopf (18) zwischen Extruder (10) und Spritzgießform (30) und der Kolben (24) als parallel zur Längsachse der Schnecke (14) verschiebbarer Ringkolben ausgebildet und mit dem mit der Spritzgießform (30) zusammenwirkenden Düsenteil (26) des Düsenkopfes (18) verbunden ist und die aus Extruder (10) und Düsenkopf (18) bestehenden Einheit ein eine axiale Verschiebung dieser Einheit bewirkendes Antriebsmittel (42, 44) aufweist.

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2. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement als Kolben (34) ausgebildet ist, der innerhalb einer im Düsenkopf (18) befindlichen Bohrung (36) axial verschiebbar und mit einem radialen Durchgang versehen ist, der den im Bereich des Kolbens befindlichen Durchgang (20) im Düsenkopf (18) angepaßt ist.